專利名稱：金屬的或磁性對象的檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在對工件的確定的加工時存在風(fēng)險隱藏在工件中的物體通過加工被損壞。例如，在向墻鉆孔時可能損壞在墻內(nèi)伸展的輸水管道、電流管線或氣體管道。在相反的情況下可能值得期望的是，恰好如此執(zhí)行加工，使得隱藏在工件中的物體被一起加工，例如當(dāng)來自上面的例子中的孔應(yīng)該通過墻內(nèi)的鋼筋或支承結(jié)構(gòu)伸展時。
背景技術(shù)：
為了檢測這種隱藏的物體，基于線圈的金屬探測器在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。這種探測器在測量區(qū)域中產(chǎn)生磁場。如果金屬物體位于測量區(qū)域中，則物體由于其對所產(chǎn)生的磁場的影響而被識別出。經(jīng)常，為了確定所產(chǎn)生的磁場使用至少兩個接收線圈，所述接收線圈這樣取向和相互連接，使得當(dāng)在測量區(qū)域中不存在金屬對象情況下由兩個接收線圈共同提供的測量信號趨于零(差動測量)。在一種變型方案中，使用多個用于產(chǎn)生磁場的發(fā)送線圈，所述發(fā)送線圈如此被操控，使得與在測量區(qū)域中金屬對象的存在無關(guān)地，在兩個接收線圈中測量的信號趨于零(場補償測量)。DE 10 2007 053 881 Al描述了一種用于確定線圈關(guān)于兩個另外的線圈的位置或角度的測量方法。為此，借助于兩個有角地相互布置的發(fā)送線圈生成磁交變場。接收線圈被帶到磁交變場中并且發(fā)送線圈的操控這樣改變，使得在接收線圈中由發(fā)送線圈中的每一個感生相同的電壓。輸送給發(fā)送線圈的電流值的比例(Verhaeltnis)用作用于接收線圈關(guān)于發(fā)送線圈的位置和/或角度確定的尺度。具有印刷線圈的金屬搜索設(shè)備在DE 10 2004 047 189 Al中被公開。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的任務(wù)是提供用于金屬對象的簡單的和精確的探測器。本發(fā)明的另一任務(wù)在于說明用于確定金屬對象的方法。本發(fā)明借助于具有權(quán)利要求I的特征的測量設(shè)備和具有權(quán)利要求9的特征的方法來解決所述任務(wù)。從屬權(quán)利要求說明優(yōu)選的實施方式。根據(jù)本發(fā)明，用于檢測金屬對象的測量設(shè)備包括兩個用于產(chǎn)生疊加磁場的發(fā)送線圈、在兩個磁場的范圍中的接收線圈和控制裝置，所述控制裝置用于這樣給發(fā)送線圈供應(yīng)交變電壓，使得使在接收線圈中感生的與交變電壓時鐘同步的交流電壓在數(shù)值上最小化。在此，控制裝置被設(shè)立用于當(dāng)交變電壓的比例不對應(yīng)于(korrespondiert)接收線圈發(fā)送線圈的間距的比例時檢測到金屬對象。如果系統(tǒng)被金屬對象干擾，則在接收線圈中感生與交變電壓時鐘同步的交流電壓。調(diào)節(jié)系統(tǒng)如下被設(shè)計用于在數(shù)值上最小化該時鐘同步的交流電壓分量(也即使其為零)。直流電壓分量或者還有非時鐘同步的交流電壓分量通過外部耦合輸入保持不被考慮。由此可以有利地減小測量設(shè)備的易受干擾性。有利地，從而在使用僅三個線圈的情況下可以不僅差動地而且場補償?shù)販y量。由此可以在測量設(shè)備的高靈敏度時減少制造耗費，成本優(yōu)點可以與此相關(guān)聯(lián)。優(yōu)選地，交變電壓是彼此移相的交流電壓，用以周期性地在數(shù)值上和相位上改變發(fā)送線圈的磁場。交流電壓能夠?qū)崿F(xiàn)同步解調(diào)，由此可以非常有效地抑制具有與調(diào)制頻率不相等的頻率的干擾性信號。此外，可以通過交流電壓產(chǎn)生交變磁場，以便在非磁性材料諸如銅中感生渦流，基于所述渦流于是可以探測這些非磁性材料。接收線圈可以對稱地布置在發(fā)送線圈之間。由此根據(jù)金屬對象的接近方向，測量值的符號可以是不同的并且基于符號可以判定，是否對對象作反應(yīng)?？梢酝ㄟ^這種方式避免誤測量。在發(fā)送線圈的磁場的范圍中也可以布置另外的接收線圈，其中控制裝置被設(shè)立用
于基于在接收線圈中和在另外的接收線圈中感生的電壓交替地給發(fā)送線圈供應(yīng)電壓。接收線圈和該另外的接收線圈可以關(guān)于發(fā)送線圈采取不同的位置和/或基于其形狀、伸展或其構(gòu)造具有不同的靈敏度。在發(fā)送線圈和接收線圈的相應(yīng)的構(gòu)造和布置時，從而能夠可能的是，通過利用多個接收線圈的比較式測量來確定金屬對象的方向、距離和/或大小。盡管可以使用任意的線圈類型，但是優(yōu)選地線圈中的至少一個是空氣線圈。由此可以如此構(gòu)建測量裝置，使得所述測量裝置僅非常弱地對溫度或老化影響作反應(yīng)，由此可以在測量設(shè)備的制造范圍中一次地進(jìn)行校準(zhǔn)。優(yōu)選地，線圈中的至少一個被構(gòu)造為電路板上的印刷電路(“印刷線圈”)。由此可以在小生產(chǎn)耗費的情況下實現(xiàn)一個或多個印刷線圈的精確制造。在此，可以在同一電路板上構(gòu)建控制裝置。通過最小化布線和裝配成本從而可以節(jié)省另外的制造成本。也可設(shè)想的是，通過磁場傳感器代替接收線圈。例如可以使用磁阻磁場傳感器，例如霍爾傳感器。按照本發(fā)明的另一方面，用于檢測金屬對象的方法包括步驟借助于兩個發(fā)送線圈產(chǎn)生疊加的磁場，確定在兩個磁場的范圍中在接收線圈中感生的電壓，這樣地給發(fā)送線圈供應(yīng)交變電壓，使得使在接收線圈中感生的與交變電壓時鐘同步的交流電壓在數(shù)值上最小化，并且當(dāng)交變電壓的比例不對應(yīng)于接收線圈與發(fā)送線圈的間距的比例時檢測到金屬對象。本發(fā)明也可以被實施為計算機(jī)程序產(chǎn)品，其中本發(fā)明計算機(jī)程序產(chǎn)品包括用于執(zhí)行所述方法的程序代碼裝置并且可以在處理裝置上運行或者可以被存儲在計算機(jī)可讀的數(shù)據(jù)載體上。


下面參照附圖更精確地描述本發(fā)明，其中
圖I示出測量設(shè)備的框 圖2示出圖I的測量設(shè)備處的線圈和金屬對象的布置；
圖3示出圖I的測量設(shè)備的多個接收線圈的布置；和 圖4示出圖I的測量裝置的方法的流程圖。
具體實施方式
圖I示出測量設(shè)備100的框圖。測量設(shè)備100是用于檢測例如由含鐵的材料組成的金屬對象的金屬探測器105的部分。時鐘發(fā)生器110具有兩個輸出端，所述時鐘發(fā)生器在所述輸出側(cè)處提供移相的、優(yōu)選地移相180°的周期性交變信號。交變信號尤其可以包括矩形信號、三角形信號或正弦信號。時鐘發(fā)生器的輸出端與第一可控放大器115或第二可控放大器120連接?？煽胤糯笃?15、120中的每一個均擁有控制輸入端，所述可控放大器115、120中的每一個經(jīng)由所述控制輸入端接受信號，所述信號控制可控放大器115、120的放大因子。第一可控放大器115的輸出端與第一發(fā)送線圈125連接，并且第二可控放大器120的輸出端與第二發(fā)送線圈130連接。發(fā)送線圈125和130的剩余的端部分別與地電連接。如通過在發(fā)送線圈125和130處的點所表明的，發(fā)送線圈125和130同向地取向。 在供應(yīng)相對于地相反的電壓時，發(fā)送線圈125、130建立具有相反的定向的磁場。在無對象的情況下和在接收線圈135對稱地布置在發(fā)送線圈125和130之間時，接收線圈135實現(xiàn)的磁通量為零并且在接收線圈135中感生的電壓同樣為零。相同的效應(yīng)也可以通過相應(yīng)地對發(fā)送線圈125、130重新取向和適配由可控放大器115、120給出的電壓的極性來獲得。當(dāng)給發(fā)送線圈供應(yīng)關(guān)于地具有相同極性的電壓時，可以以仍然有利的方式實施測量原理。在供應(yīng)相反極性的電壓時在接收線圈135對稱地布置在發(fā)送線圈125和130之間時在無對象情況下在發(fā)送線圈125、130處的電壓在一個半波期間近似地具有相同的幅度，而這在供應(yīng)相同極性的電壓時是不需要的。更確切地說，也可設(shè)想的是，在供應(yīng)相同極性的電壓時在發(fā)送線圈125、130處施加的電壓的幅度在一個半波期間已經(jīng)在無對象情況下和在接收線圈135在發(fā)送線圈125、130之間的非對稱布置中不同。在接著的半波中，這些幅度于是施加在相應(yīng)的另外的發(fā)送線圈130、125上。而在金屬對象存在時，在相應(yīng)另外的發(fā)送線圈130、125處的幅度也在后續(xù)的半波中不同。在這種情況下，發(fā)送線圈125、130可以同向地取向，使得由兩個發(fā)送線圈125、130構(gòu)建相同指向的磁場。從而接收線圈135實現(xiàn)的磁通量在時間上是恒定的并且在接收線圈135中感生的電壓為零。其他描述涉及具有供應(yīng)電壓的相反極性和發(fā)送線圈125、130的同向取向的實施例。接收線圈135利用一個端子與地連接，第二端子引導(dǎo)向輸入放大器140。在另一實施方式中，接收線圈135可以通過磁場傳感器代替，例如霍爾傳感器。接收線圈可以利用其端部也與差分放大器的兩個輸入端連接，其中差分放大器的輸出端與輸入放大器140連接。輸入放大器140利用恒定的放大因子表示；但是在另外的實施方式中輸入放大器140的放大因子也可以是可控的。由此例如測量設(shè)備100的空間分辨率和/或靈敏性可以是可影響的并且例如根據(jù)測量參量是可控的。輸入放大器140的輸出端與同步解調(diào)器145連接。同步解調(diào)器145另外與時鐘發(fā)生器110連接并且從該時鐘發(fā)生器接收時鐘信號，所述時鐘信號指示在時鐘發(fā)生器110的輸出端處提供的信號的相位角值。在由時鐘發(fā)生器110提供的信號是對稱矩形信號的簡單實施方式中，輸出信號之一可以被用作時鐘信號。同步解調(diào)器145基本上基于由時鐘發(fā)生器110提供的時鐘信號交替地在其上面的或下面的輸出端處接通從輸入放大器140接收的測量信號。同步解調(diào)器145的兩個輸出端與積分器(積分比較器)150連接，所述積分器這里被表示為與兩個電阻和兩個電容器接線的運算放大器。另外的實施方式同樣是可能的，例如作為有源低通濾波器。連接到同步解調(diào)器145的數(shù)字實施也是可設(shè)想的，其中信號在同步解調(diào)器145的輸出端處在ー個半波內(nèi)在ー個/多個時刻從模擬的轉(zhuǎn)換成數(shù)字的并且然后與來自下一半波的相應(yīng)的值比較。差被積分并且例如再次被轉(zhuǎn)化成模擬信號并且被用于控制放大器。當(dāng)同步解調(diào)器145在其下面的輸出端處提供從輸入放大器140接收的測量信號的時候，積分器150在該時間上對該信號進(jìn)行積分并且在其輸出端處提供結(jié)果。當(dāng)同步解調(diào)器145在其上面的輸出端處提供從輸入放大器140接收的測量信號的時候，該測量信號在該時間上倒相地由積分器150積分并且結(jié)果在積分器150的輸出端處被提供。在積分器150的輸出端處的電壓是同步解調(diào)器的經(jīng)低通濾波的差的積分。 同步解調(diào)器僅考慮所感生的電壓，所述所感生的電壓與可控放大器115、120的交變電壓是時鐘同步的。所感生的電壓的直流電壓分量或還有非時鐘同步的交流電壓分量保持不被考慮，因此測量設(shè)備對于這種干擾是有抵抗力的。如果在接收線圈135中由第一發(fā)送線圈125的磁場感生出與由第二線圈130的磁場完全ー樣大的電壓，則在同步解調(diào)器145的輸出端處提供的信號在該時間上平均地大小相同并且在積分器150的輸出端處提供趨于零(地)的信號。但是如果發(fā)送線圈125、130之一的磁場的影響占優(yōu)勢，則在同步解調(diào)器145的輸出端處提供的信號平均地不再相同，并且在積分器150的輸出端處提供正的或負(fù)的信號。在接收線圈135中感生的電壓由于接收線圈135與發(fā)送線圈125、130的不相同的間距而被影響。相應(yīng)的影響通過由發(fā)送線圈125、130給出的電壓的不相同的幅度產(chǎn)生。因為接收線圈135的位置相對于發(fā)送線圈125、130是不變的，所以在由可控放大器115、120給出的電壓的幅度之間的預(yù)先確定的比例相應(yīng)于無對象的情況。如果電壓的比例與預(yù)先確定的比例不同，則可以在發(fā)送線圈125、130的疊加的磁場的區(qū)域中推斷出對象。由積分器150提供的信號經(jīng)由端子155被提供用于進(jìn)一歩處理。附加地，微計算機(jī)175可以與可控放大器115、120的控制輸入端連接。微計算機(jī)175執(zhí)行所提供的信號與閾值的比較并且在輸出端180處輸出信號，所述信號指示金屬対象。該信號可以以光學(xué)和/或聲學(xué)的方式呈現(xiàn)給金屬探測器105的用戶。微計算機(jī)175此外可以執(zhí)行對從可控放大器115、120的控制輸入端截取的信號的進(jìn)ー步處理并且根據(jù)其來控制測量設(shè)備100的參數(shù)。例如，在時鐘發(fā)生器110的輸出端處的交變電壓的頻率或信號形狀可以變化或者接收放大器140的靈敏性可以被改變。在另ー實施方式中，測量設(shè)備100的所示元件中的其他元件通過微計算機(jī)175實現(xiàn)，例如時鐘發(fā)生器110、同步解調(diào)器145或積分器150。積分器150的相同的信號也被用于控制可控放大器115和120的放大因子，其中第二可控放大器120直接與積分器150的輸出端連接并且第一可控放大器115借助于反相器160與積分器150的輸出端連接。反相器160這樣引起給其所提供的信號的翻轉(zhuǎn)，使得根據(jù)積分器150的輸出信號，第一可控放大器115的放大因子以與第二可控放大器120的放大因子減小的尺度増加或者反過來。也可設(shè)想，僅控制兩個可控放大器115、120之一的放大因子，而第二可控放大器115、120的放大因子被保持在固定的值。圖2示出發(fā)送線圈125、130和接收線圈135相對于金屬對象210的布置200用于闡述圖I的測量設(shè)備100的測量原理。發(fā)送線圈125和130這樣相互定向，使得其主磁場的方向相互對準(zhǔn)，其中發(fā)送線圈125、130具有一定的距離。在例如當(dāng)發(fā)送線圈125、130被實施為印刷線圈時其直徑顯著大于其長度的發(fā)送線圈125、130的情況下，發(fā)送線圈125、130可以處于彼此平行的平面中，在印刷線圈的例子中例如在電路板的相対的表面上。如上面參照圖I所述的，發(fā)送線圈125、130這樣被布置和相互連接，使得其根據(jù)由時鐘發(fā)生器Iio提供的信號生成交變的磁場,其中在姆個時刻第一發(fā)送線圈125的磁場與第二發(fā)送線圈130的磁場相反地定向。在發(fā)送線圈125和130之間的面上，疊加的磁場相互消除。接收線圈135被布置在該面中，其中接收線圈135圍繞其而纏繞的軸線優(yōu)選地與該面垂直。接收線圈135可以與發(fā)送線圈125、130對準(zhǔn)或者側(cè)向地相對于發(fā)送線圈125、130推移地布置。如果發(fā)送線圈125、130相互對準(zhǔn)，則該面是平面。金屬對象210位于發(fā)送線圈125和130的磁場的范圍中，其中金屬對象210與第ー發(fā)送線圈125的間距小干與第二發(fā)送線圈130的間距。第一發(fā)送線圈125的磁場因此由金屬對象210比第二發(fā)送線圈130的磁場更強(qiáng)烈地被影響。與此相應(yīng)地，接收線圈135遭受發(fā)送線圈125、130的磁場，所述磁場不相同地強(qiáng)烈，使得所得出的磁場在接收線圈135的范圍中存在并且在接收線圈135中感生正的電壓。如果金屬對象210比靠近第一發(fā)送線圈125更靠近第二發(fā)送線圈130，則差電壓與此相應(yīng)地為負(fù)的。在接收線圈135中感生的電壓的數(shù)值與發(fā)送線圈125、130的作用于接收線圈135的磁場的非対稱性有夫。因此在積分器150的輸出端處出現(xiàn)與磁場的非対稱性有關(guān)的信號。根據(jù)積分器150的輸出電壓，互相相反地改變可控放大器115、120的放大因子，使得給發(fā)送線圈125、130供應(yīng)不同大小的電壓。在接收線圈135的范圍中的由發(fā)送線圈125、130生成的磁場于是再次具有相同的數(shù)值和不同的符號，使得在接收線圈135中感生的電壓再次趨于零。金屬對象210在磁場中的存在可以通過在端子155處施加的調(diào)節(jié)信號與零的偏差來檢測。在一個實施方式中，金屬對象僅基于調(diào)節(jié)信號的預(yù)先確定的符號來檢測。從而例如可能由測量設(shè)備的用戶引起的對象在發(fā)送線圈125、130的側(cè)上被忽略。圖3示出圖I的測量設(shè)備100的多個接收線圈的布置300。除了接收線圈135，提供另外的接收線圈310。該另外的接收線圈310的ー個端子與地連接，另ー端子與開關(guān)320連接。開關(guān)320選擇性地或者將另外的接收線圈310的第二端子或者將接收線圈135的第ニ端子與輸入放大器140的輸入端連接。另外的接收線圈310具有比接收線圈135多的繞組并且因此在可比的磁場情況下提供比接收線圈135大的輸出信號。接收線圈135和310例如可以并排地或同中心地布置，例如作為印刷線圈。在另ー實施方式中，接收線圈135和310相同地被構(gòu)建。通過與具有合適數(shù)量的開關(guān)位置的開關(guān)320相結(jié)合地相應(yīng)地設(shè)置很多另外的接收線圈310，可以根據(jù)接收線圈135、310的布置可確定金屬對象210的方向、距離和/或大小，例如通過基于接收線圈135、310的布置的三角測量。
在一個實施方式中，可以在上面參照圖2所述的平面中布置大量同種接收線圈135,310o最接近金屬對象210的該接收線圈135、210需要通過發(fā)送線圈125、130產(chǎn)生的磁場的最大非對稱性。通過借助于開關(guān)320切換從而可以確定,接收線圈135、310中的哪個最接近金屬對象210，由此可以導(dǎo)出金屬對象210相對于發(fā)送線圈125、130的方向。
圖4示出用于根據(jù)圖I和圖2的測量設(shè)備100檢測金屬對象210的方法400的示意性流程圖。在步驟410中，借助于發(fā)送線圈125、130產(chǎn)生不同取向的磁交變場。在步驟420中確定在接收線圈135中感生的電壓。在步驟430中，根據(jù)在步驟420中確定的感生 的電壓這樣控制放大器115、120的放大因子，使得在接收線圈135中感生的與交變電壓時鐘同步的電壓在數(shù)值上被最小化。在最后的步驟440中，基于給發(fā)送線圈125、130的不對稱的電壓供應(yīng)或者放大器115、130的不相同的調(diào)節(jié)(Aussteuerung)來檢測金屬對象210。為此比較，在端子155處施加的電壓是否超過值零多于預(yù)先確定的尺度，其中該尺度本身可以是任意的值。
權(quán)利要求
1.用于檢測金屬對象(210)的測量設(shè)備(100)，其中該測量設(shè)備包括以下 -兩個用于產(chǎn)生疊加的磁場的發(fā)送線圈(125，130)； -在兩個磁場的范圍中的接收線圈(135)； -控制裝置(110-120，145-160)，用于給發(fā)送線圈(125，130)供應(yīng)交變電壓，使得使在接收線圈(135)中所感生的與交變電壓時鐘同步的電壓在數(shù)值上最小化，其特征在于， -控制裝置(110-120，145-160)被設(shè)立用于當(dāng)交變電壓的比例不對應(yīng)于接收線圈(135)與發(fā)送線圈(125，130)的間距的比例時，檢測到金屬對象(210)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量設(shè)備(100)，其特征在于，所述交變電壓是彼此移相的交流電壓，以便周期性地在數(shù)值上和相位上改變發(fā)送線圈(125，130)的磁場。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的測量設(shè)備(100)，其特征在于，所述接收線圈(135)對稱地布置在發(fā)送線圈(125，130)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量設(shè)備(100)，其特征在于至少一個在發(fā)送線圈(125，130)的磁場的范圍中布置的另外的接收線圈(310)，其中所述控制裝置(110-120, 145-160)被設(shè)立用于基于在接收線圈(135)中和在該另外的接收線圈(310)中感生的電壓交替地給發(fā)送線圈(125，130 )供應(yīng)電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量設(shè)備(100)，其特征在于，設(shè)置分析裝置，以便基于在接收線圈(135，310)中感生的電壓確定金屬對象(210)的方向、距離和大小中至少之一。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的測量設(shè)備(100)，其特征在于，所述線圈(125，130, 135)中的至少一個是空氣線圈。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的測量設(shè)備(100)，其特征在于，所述線圈(125，130, 135)中的至少一個被構(gòu)造為電路板上的印刷電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量設(shè)備(100)，其特征在于，所述控制裝置(110-120, 145-160)被構(gòu)建在電路板上。
9.用于檢測金屬對象(210)的方法(400)，包括以下步驟 -借助于兩個發(fā)送線圈(125, 130)產(chǎn)生(410)疊加的磁場； -確定(420)在兩個磁場的范圍中在接收線圈(135)中感生的電壓； -給發(fā)送線圈(125，130)供應(yīng)(430)交變電壓，使得使在接收線圈(135)中感生的與交變電壓時鐘同步的電壓在數(shù)值上最小化，并且 -當(dāng)交變電壓的比例不對應(yīng)于接收線圈(135)與發(fā)送線圈(125，130)的間距的比例時檢測(440)到金屬對象(210)。
10.計算機(jī)程序產(chǎn)品，具有用于當(dāng)計算機(jī)程序產(chǎn)品在處理裝置上運行或者被存儲在計算機(jī)可讀的數(shù)據(jù)載體上時執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法。
全文摘要
用于檢測金屬對象的測量設(shè)備包括兩個產(chǎn)生疊加的磁場的發(fā)送線圈、在兩個磁場的范圍中的接收線圈和控制裝置，所述控制裝置用于這樣操控發(fā)送線圈，使得使在接收線圈中所感生的與交變電壓時鐘同步的電壓在數(shù)值上最小化。在此，控制裝置被設(shè)立用于當(dāng)交變電壓的比例不對應(yīng)于接收線圈與發(fā)送線圈的間距的比例時，檢測到對象。
文檔編號G01V3/10GK102870013SQ201180022828
公開日2013年1月9日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者T.齊博爾德, A.阿爾布雷希特 申請人:羅伯特·博世有限公司