用于檢測可導(dǎo)電物體的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于檢測可導(dǎo)電物體的裝置，包括：第一和第二線圈或第一和第二線圈部分，該第一和第二線圈或者線圈部分能夠同時產(chǎn)生具有相反極性的磁場；以及第三線圈，該第三線圈設(shè)置在相反的磁場的區(qū)域中；以及電子器件，該電子器件在給第一和第二線圈或第一和第二線圈部分供給以在時間上可變的電流形式的激勵期間和/或之后，采集在第三線圈中的對激勵的響應(yīng)，或者在給第三線圈供給以在時間上可變的電流形式的激勵期間，所述電子器件采集在第一和第二線圈或第一和第二線圈部分中的對激勵的響應(yīng)；從而可導(dǎo)電物體在存在于所述磁場之一的區(qū)域中時在所采集的對激勵的響應(yīng)中產(chǎn)生可檢測的信號。
【專利說明】用于檢測可導(dǎo)電物體的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于檢測可導(dǎo)電物體的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由DE4102542A1已知一種感應(yīng)式接近開關(guān)。該感應(yīng)式接近開關(guān)包含振蕩器，該振蕩器產(chǎn)生交變磁場并且該振蕩器在觸發(fā)器進入到該交變場中時改變該振蕩器的振蕩狀態(tài)，評價電路利用這點來獲取用于操控負載開關(guān)的開關(guān)信號。振蕩狀態(tài)的可采集的改變不僅與觸發(fā)器的材料典型的特性有關(guān)而且與其相對于開關(guān)的距離和位置有關(guān)。這些開關(guān)因此相對非特定地對不同的材料產(chǎn)生反應(yīng)并且基本上僅對在該觸發(fā)器與該開關(guān)之間的距離產(chǎn)生反應(yīng)。
[0003]由DE3934593C2已知一種傳感器，在該傳感器中施加三角形信號到初級線圈上，從而根據(jù)電磁感應(yīng)定律在次級線圈的輸出端上產(chǎn)生具有三角信號的頻率的矩形信號。該變型方案用于設(shè)計一種輸出可靠信號的傳感器。這通過按照三角形信號的連續(xù)的上升或下降來實現(xiàn)。
[0004]此外，由EP0936741A1已知一種感應(yīng)式接近開關(guān)，該接近開關(guān)使用一個單獨的線圈，利用該線圈借助于發(fā)送電流脈沖在要采集的物體中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓在該物體中引起電流，該電流在電流脈沖結(jié)束之后的衰減在線圈中感應(yīng)出電壓，該電壓可以被相應(yīng)地處理。所述發(fā)送電流脈沖在IOOys至200ys之間的范圍中。在該方法中，同一個線圈不僅用于產(chǎn)生渦流而且用于采集衰減的渦流。用于該傳感器的金屬殼體必須是非鐵磁體的并且具有相對高的特定的電阻。
[0005]文獻W001/71387A1不出一種電磁式目標(biāo)區(qū)分系統(tǒng)和一種用于檢測和識別金屬的方法。
[0006]DE102004047190A1示出一種用于定位金屬對象的檢測器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的任務(wù)在于，創(chuàng)造一種裝置和一種方法，利用該裝置和方法檢測要采集的物體的特定的特點、如例如物體的材料特性、材料組分或大小，并且這優(yōu)選(盡可能地)與在所述裝置與物體之間的距離無關(guān)。
[0008]該任務(wù)利用一種根據(jù)權(quán)利要求1的裝置以及一種根據(jù)權(quán)利要求15的方法來解決。優(yōu)選的實施形式在從屬權(quán)利要求中公開。
[0009]所述裝置具有兩個或三個線圈，可以使用這些線圈中的一個包括兩個線圈部分(這兩個線圈部分以下同樣稱為第一和第二線圈并且稱為兩個線圈)的線圈或兩個線圈用于產(chǎn)生磁場和一個線圈用于檢測對以在時間上可變的電流形式的激勵的響應(yīng)(該響應(yīng)以下稱為對激勵的響應(yīng)并且例如能夠以感應(yīng)電壓或衰減的形式表現(xiàn))，或者相反地可以使用其中一個線圈用于產(chǎn)生磁場和一個包括兩個線圈部分(這兩個線圈部分以下同樣稱為第一和第二線圈并且稱為兩個線圈)的線圈或兩個線圈用于檢測對激勵的響應(yīng)。該裝置還具有電子器件，該電子器件(特別是)在給產(chǎn)生磁場的線圈供給以在時間上可變的電流的形式的激勵期間和/或之后采集對激勵的響應(yīng)。如果可導(dǎo)電物體位于磁場的區(qū)域內(nèi)，則這在采集的對激勵的響應(yīng)中產(chǎn)生可檢測的信號。根據(jù)所檢測的物體的材料特性和大小，所采集的對激勵響應(yīng)可以具有特定的特征。由這些特征也可以推斷出物體的材料、物體的材料組分、物體的材料特性和/或物體的大小。
[0010]所述第一和第二線圈可以相反地或同向地纏繞。這兩個線圈可以在空間上相互分開。通過這些線圈的相應(yīng)的布線連接可以產(chǎn)生具有相反極性的磁場。第一和第二線圈可以串聯(lián)。但優(yōu)選地，如果這兩個線圈不包括一個線圈的兩個部分，這些線圈也可以(相互獨立地)由各一個電流源供電。
[0011]可導(dǎo)電物體在(包括第一、第二和第三線圈的)線圈系統(tǒng)的兩側(cè)上產(chǎn)生具有相反符號的信號形狀，從而在兩側(cè)上消除相同的效果。在此，如下側(cè)面分別稱為正面和背面，這些側(cè)面位于第一和第二線圈的朝向外側(cè)的端部上。
[0012]以在時間上可變的電流形式的激勵一以下也稱為激勵一可以構(gòu)成為任意形狀的脈沖束和/或正弦形狀。該激勵也可以包括周期性的脈沖和/或多重脈沖束。此外，激勵也可以構(gòu)成為周期性的振蕩形狀和/或非周期性的脈沖序列。此外，激勵可以構(gòu)成為使得該激勵非跳躍式地上升和下降并且因此例如可以不構(gòu)成為矩形脈沖。激勵也可以以如下的形式存在，即，該激勵具有跳躍式的上升、但沒有展示出跳躍式的下降，或者備選地沒有展示出跳躍式的上升、而展示出跳躍式的下降。
[0013]以在時間上可變的電流形式的激勵優(yōu)選具有跳躍式的上升和/或跳躍式的下降、如例如在矩形脈沖時。在一種優(yōu)選的實施形式中，以可變的電流形式的激勵具有矩形脈沖的形狀并且具有在0.1ns至Ims之間、如例如在I μ s至50 μ s之間的持續(xù)時間。在其他的實施形式中，以在時間上可變的電流的形式的激勵可以表現(xiàn)為具有高電流強度的短的電流脈沖、例如狄拉克脈沖或者包括這樣的電流脈沖。
[0014]以可變的電流形式的激勵越短或所述上升或下降越短，用于對激勵的響應(yīng)的激勵譜頻率就越高并因此帶寬就越寬。通過具有不同頻率的部分可以特別是區(qū)分物體的不同的大小比例，而且可以推斷出頻率特定的材料特性并因此推斷出可導(dǎo)電物體的組分。上升時間一在該上升時間內(nèi)可以達到(跳躍式上升的)最大電流值的例如90%—和/或下降時間一在該下降時間內(nèi)，電流從跳躍式下降的起始值下降到該起始值的10%—可以比0.2或0.1μ s更短。
[0015]通過第一和第二線圈產(chǎn)生的在第三線圈中的對激勵的響應(yīng)的效果或通過第三線圈產(chǎn)生的在第一和第二線圈中的對激勵的響應(yīng)的效果可以完全抵消或至少部分地抵消。
[0016]優(yōu)選地，這至少達90%或99%地發(fā)生。補償效果可以是使得在不存在要檢測的可導(dǎo)電物體時，所采集的對激勵的響應(yīng)基本上為零。這導(dǎo)致了用于檢測的裝置的高的敏感性，因為可導(dǎo)電物體的每次存在都得到與零不同的對激勵的響應(yīng)或者得到與對激勵的參考響應(yīng)不同的對激勵的響應(yīng)。這優(yōu)選如此發(fā)生，使得各影響在正面和背面上補償。補償效果可以通過線圈的對稱布置來達到。如果例如第三線圈對稱地位于第一與第二線圈之間，則在第一和第二線圈中的產(chǎn)生的對以在時間上可變的電流形式的激勵的響應(yīng)可以抵消。但對于該裝置的第三線圈非對稱設(shè)置的情況，例如也可以在不存在可導(dǎo)電物體時通過另外的修正因子、如例如另外的線圈或者將另外的可導(dǎo)電物體引入到該裝置中來匹配對激勵的響應(yīng)，從而如此調(diào)整對激勵的響應(yīng)的效果，使得產(chǎn)生前述的補償效果。也可在出現(xiàn)確定的物體時將對激勵的響應(yīng)調(diào)整到零。
[0017]假如采集在第一和第二線圈中產(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)，則這兩個線圈優(yōu)選如此布線連接，使得對激勵的響應(yīng)至少部分地、優(yōu)選達至少90%或99%地補償，其中，優(yōu)選該補償如此進行，使得在不存在要檢測的可導(dǎo)電物體時，這兩個對激勵的響應(yīng)基本上互補為零。這可以例如針對如下類型發(fā)生，這些類型在前面結(jié)合關(guān)于在第三線圈中的對激勵的響應(yīng)的補償效果被描述。
[0018]優(yōu)選地在以在時間上可變的電流形式的激勵期間和/或之后，在不同的時間采集所產(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)的曲線(時間相關(guān)的采集)。因此對于每個以在時間上可變的電流形式的激勵可以采集例如大于或小于5、大于或小于10、大于或小于100、大于或小于1000或者大于或小于10000或者大于或小于100000或者100000個測量值。
[0019]在一種特別優(yōu)選的實施形式中，在對激勵的響應(yīng)的時間相關(guān)地采集的曲線中，確定采集到的對激勵的響應(yīng)的一個、兩個、三個或更多個最大點和/或最小點和/或拐點和/或交零點(特征點)和/或其他點。作為用于評估可導(dǎo)電物體的檢測的標(biāo)準(zhǔn)可以例如確定在最大點和/或最小點和/或拐點和/或交零點和/或其他點之間的時間間隔。這些信號具有如下的優(yōu)點，即，這些信號盡可能與在裝置與要檢測的可導(dǎo)電物體之間的距離無關(guān)。
[0020]也可能的是，在此或備選地在一個或多個不同的時刻測量對激勵的響應(yīng)。在此，時亥IJ可以是預(yù)定的時刻，從而可以以到特征時間、如例如發(fā)出激勵的確定的時間間隔來測量對激勵的響應(yīng)。這例如可以簡化測量，因為在一些實施形式中因此僅僅必須在特征性時刻測量對激勵的響應(yīng)、而不是在所有時刻測量對激勵的響應(yīng)。在此，各時刻可以等距地或非等距地選擇。在一些實施形式中可能的是，在多個處于事先確定的時間間隔的時刻測量和/或僅僅在事先確定的時間區(qū)間內(nèi)的各時刻測量。因此可以例如在靈活選擇時刻時單獨通過觀察對激勵的響應(yīng)的符號而做出關(guān)于材料的結(jié)論。例如可以在靈活選擇進行測量的時刻時，通過確定對激勵的響應(yīng)的符號對具有不同顆粒大小的材料、如鋼、不銹鋼和有色金屬或硬金屬進行區(qū)分。也通過在不同時刻考察對激勵的響應(yīng)可以得出所檢查的物體的結(jié)論。在此，例如可以考察對激勵的響應(yīng)的衰減或者例如通過傅里葉變換考察頻率譜和相位譜。
[0021]信號水平雖然在所檢查的物體到裝置具有不同距離時將是不同的，然而例如在最大點/最小點與交零點之間的時間(盡可能地)是與距離無關(guān)的。也可以為以在時間上可變的電流形式的激勵確定多個特征點、如例如一個最大點和一個最小點或多個最大點或多個最小點或多個交零點。在此，可以確定在這樣的特征點中的多個(在這種情況下至少三個)特征點之間的多個時間間隔和/或以在時間上可變的電流形式的激勵的開始與所述多個特征點之間的時間。
[0022]也可以將從以在時間上可變的電流形式的激勵的開始直至達到最大值/最小值或交零點或拐點或其他點的持續(xù)時間考慮用于表征所檢測的可導(dǎo)電物體。
[0023]在小與大物體之間的區(qū)分以這種標(biāo)準(zhǔn)也是可能的。因此可以區(qū)分例如通過焊接飛濺滴產(chǎn)生的金屬顆粒與大的可導(dǎo)電物體、如例如金屬板，以便識別傳感器的故障或傳感器的污染。
[0024]附加或備選于這樣的在時間上確定的特征，也可以考慮其他特征、如例如在最大點/最小點或拐點時的絕對值和/或在確定時刻的符號。在一些實施形式中，也可以考慮在不同的優(yōu)選事先確定的時刻測量的、對激勵的響應(yīng)的差作為特征。
[0025]也可能的是，附加地或僅僅地采集響應(yīng)的變化,這可以允許推斷出，可導(dǎo)電物體從哪個方向(正面或側(cè)面)向傳感器面接近。在此，傳感器面典型地表示傳感器的正面。
[0026]在第一或第二線圈的區(qū)域中可以設(shè)有一個、兩個或更多個金屬的可導(dǎo)電的物體作為所述裝置的組成部分。利用這些/這個物體，產(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)的校正是可能的和/或參考物體的預(yù)定也是可能的。為了校正產(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)可以例如設(shè)有螺釘或銷，該螺釘或銷或多或少強烈地伸入到磁場的區(qū)域中并且因此可以例如被用于產(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)的零校正。為了零校正可以調(diào)節(jié)螺釘或銷，直至產(chǎn)生所希望的信號(亦即例如校正到零的信號)。為了校正或零校正優(yōu)選不存在要檢測的可導(dǎo)電物體。在存在可導(dǎo)電干擾輪廓時(如例如通過金屬機器部件所決定的，傳感器被裝入/安裝到這些機器部件中或上)，可以利用零校正減小或消除金屬干擾輪廓的影響。由此可以制造相同結(jié)構(gòu)類型的傳感器用于不同應(yīng)用目的(裝入件)，這些傳感器那么可以根據(jù)使用或根據(jù)干擾輪廓仍然被校正到零。這也可以自動地通過教學(xué)以如下方式發(fā)生，即，帶有干擾輪廓地存儲該響應(yīng)或其表征性特征并且人們隨后采集與之的偏差。
[0027]也可以利用一個這樣的物體創(chuàng)造一個參考物體，從而在存在相同或非常相似的、要檢測的可導(dǎo)電物體時產(chǎn)生零信號。這例如特別是對于確定硬幣的識別是有利的。僅僅當(dāng)要檢測的可導(dǎo)電物體或多或少地與預(yù)定的參考物體相同時，在施加以在時間上可變的電流形式的激勵時得到零信號或預(yù)知的信號，并且在所檢測的可導(dǎo)電物體與參考物體有偏差時得到不同于零的或與預(yù)知的信號有偏差的信號，該信號可以被相應(yīng)地評價，以便區(qū)分要檢測的可導(dǎo)電物體、亦即特別是硬幣。在此，可以在不同的時間采集產(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)，或者也僅僅在施加或斷開以在時間上可變的電流形式的激勵之后的確定的時間采集產(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)。
[0028]假如參考物體設(shè)為該裝置的組成部分，則只要存在如下的要檢測的可導(dǎo)電物體，該物體與參考物體相同并且設(shè)置在用于將來的要檢測的物體的測試位置中，則可以借助于螺釘或銷或適合于校正的物體進行校正或零校正。
[0029]代替硬幣也可以將其他可導(dǎo)電物體與參考物體比較。這例如涉及這樣的物體,這些物體損耗或磨損并且應(yīng)該采集其損耗程度或磨損狀態(tài)。為此可將一個未損耗或未磨損的物體與要檢查的物體比較。因此例如可以測定電極帽，由此確定損耗程度，這些電極帽被套裝到焊接設(shè)備的電極上并且不時地例如通過銑削被清潔，由此所述電極帽損耗。也可以發(fā)現(xiàn)材料缺陷、如例如材料中的裂紋。
[0030]為了影響產(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)也可以設(shè)有一個或多個另外的線圈，該另外的線圈例如可以用于產(chǎn)生零校正。這些線圈可以與第一和/或第二線圈串聯(lián)或并聯(lián)連接、或者分開地例如連接到一個電流源上、或者經(jīng)由一個電阻或一個電路短接。
[0031]第三線圈也可以構(gòu)造成兩件式的，其中，第三線圈便包括兩個線圈部分，例如這兩個線圈部分中的一個線圈部分配設(shè)給第一線圈、而另一個線圈部分配設(shè)給第二線圈。在此，這兩個線圈部分可以纏繞到一個共同的線圈體上或者每個纏繞到一個單獨的線圈體上。這兩個線圈部分例如串聯(lián)。然而第三線圈也可構(gòu)造成一件式的，亦即例如纏繞到一個線圈體上。
[0032]在一些實施形式中，第一和第二線圈可以具有一個共同的軸線，該第一和第二線圈的軸線與所述第三線圈的軸線重合，其中，第三線圈可選地居中地設(shè)置在所述第一和第二線圈之間。備選地第三線圈的軸線可以與前兩個線圈的共同的軸線或各軸線或各軸線之一平行錯開或者不平行。
[0033]優(yōu)選地，所述裝置包括金屬殼體部分或者全金屬殼體。由此可能的是，也將傳感器應(yīng)用在具有腐蝕性氛圍、如例如含酸性或含堿性蒸汽的環(huán)境中。
[0034]金屬殼體部分或全金屬殼體可以由任意不銹鋼也或者有色金屬制成。檢測能夠穿過不銹鋼也或者有色金屬，其中，不存在對例如高歐姆金屬的限制。傳感器的正面、亦即朝向要檢測物體或者說朝向其識別位置的面可以由各種不銹鋼或由有色金屬制成?？蓪?dǎo)電物體的檢測也能夠穿過這樣的材料。但根據(jù)應(yīng)用可能優(yōu)選其中一種或其他金屬作為殼體(部分)，其中，金屬的選擇可能與檢測的類型有關(guān)并且也可能與傳感器的環(huán)境條件(圍繞的氣體或液體、溫度、壓力等等)有關(guān)，例如材料CuCrZr適合于焊接飛濺滴污染傳感器面的應(yīng)用。這些焊接飛濺滴不保持粘附在CuCrZr上。
[0035]所述裝置可以特別是構(gòu)成為接近開關(guān)或構(gòu)成為用于識別不同的材料、用于硬幣識別或用于識別物體的耗損程度或磨損。該裝置作為接近開關(guān)可以下部平齊地(unterbilndig)安裝，因為識別的信號可以與開關(guān)距離無關(guān)。下部平齊的安裝允許良好地保護該裝置以防損壞。具有直至7_的大厚度的正面可以是有利的，以便傳感器可以用作止擋面，具有如下的優(yōu)點，即，顯著地改善定位精確度。
[0036]按照本發(fā)明因此也可以設(shè)有一種設(shè)備、如例如一種機器，該設(shè)備或機器包括用于檢測可導(dǎo)電物體的、下部平齊地安裝的裝置。
[0037]優(yōu)選地，該裝置構(gòu)成為使得能夠采集接收信號的變化，其中，通過所述變化的確定的特征可以識別材料缺陷。因此例如可以識別在材料中的裂紋。
[0038]在優(yōu)選的實施形式中，所述裝置的電子器件能夠在優(yōu)選預(yù)定的特征性時刻采集對激勵的響應(yīng)。所述電子器件則能夠評價測量值并且也輸出結(jié)果。這可以例如在一個顯示器上、通過其他視覺信號例如小燈、聲學(xué)信號或類似物發(fā)生。在此，測量值的評價可以在使用優(yōu)選預(yù)定的評價模式和/或存儲的評價標(biāo)準(zhǔn)的情況下進行，在該評價模式或這些評價標(biāo)準(zhǔn)中也可以預(yù)定可選等距或非等距的特征性時刻。
[0039]在另外的實施形式中，前述的電子器件可以附加地或取而代之地也實施另外的測量、如例如求解產(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)的最大點和/或最小點和/或交零點和/或拐點和/或其他點的時刻，并且在評價時考慮這些測量值。在此，評價可以同樣例如通過一個或者所述優(yōu)選預(yù)定的評價模式和/或存儲好的評價標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)。
[0040]預(yù)定的評價模式和/或存儲的評價標(biāo)準(zhǔn)可以自動地導(dǎo)致分類。該分類可以例如是所檢查的金屬按其組分(例如鋼、不銹鋼或有色金屬)的分類但或者導(dǎo)致如下分類，使得所檢查的物體被分類為正?；蛸|(zhì)疑。分類的結(jié)果可以被輸出或顯示。
[0041 ] 在用于檢測可導(dǎo)電物體的方法中，將以在時間上可變的電流形式的激勵施加到第一和第二線圈上，其中，這些線圈產(chǎn)生具有相反極性的磁場，由此采集在第三線圈中產(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)。
[0042]取而代之地也可能的是，將以在時間上可變的電流形式的激勵施加到第三線圈上并且采集在第一和第二線圈中的對激勵的響應(yīng)。對激勵的響應(yīng)優(yōu)選在施加以在時間上可變的電流形式的激勵期間和/或之后的時間范圍內(nèi)被采集用于檢測可導(dǎo)電物體。在此，所采集的響應(yīng)的評價可以包括例如所產(chǎn)生的電壓的評價和/或在頻率范圍內(nèi)的評價。在頻率范圍內(nèi)的評價可以例如在對激勵的響應(yīng)的快速傅里葉變換(FFT )或正常的傅里葉變換之后對如此獲得的數(shù)據(jù)實施。激勵可以包括跳躍式的上升或跳躍式的下降、如例如以矩形脈沖的形式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]根據(jù)附圖闡明本發(fā)明的特別的實施形式。圖中:
[0044]圖1示出第一、第二和第三線圈布線連接的不同可能性；
[0045]圖2示出產(chǎn)生的磁場；
[0046]圖3示出所述裝置的示意圖；
[0047]圖4示出電流曲線和電壓曲線；
[0048]圖5示出當(dāng)存在可導(dǎo)電物體時磁場的示意圖；
[0049]圖6以示意圖示出該裝置的一種優(yōu)選的變型方案；以及
[0050]圖7a、7b示出該裝置的一種備選的結(jié)構(gòu)形式；
[0051]圖8示出該裝置的傳感器面的示意圖。
【具體實施方式】
[0052]在圖1a中示意性地示出了用于檢測可導(dǎo)電物體的裝置I。示出了一個第一線圈10和一個第二線圈11，該第一線圈和第二線圈通過布線連接17相互串聯(lián)。這兩個線圈反向地纏繞,從而從連接端13流向連接端14的電流一方面產(chǎn)生向右定向的磁場、而一方面產(chǎn)生向左定向的磁場。第一和第二線圈也可以構(gòu)成為一個線圈的兩個線圈部分。
[0053]在這兩個線圈10和11之間的區(qū)域中設(shè)置有另一線圈12，利用該另一線圈能夠采集產(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)。該線圈可以分接(abgreifen)在連接端15和16之間。
[0054]線圈12在此設(shè)置在由能夠通過線圈10和11產(chǎn)生的磁場貫穿的區(qū)域中。線圈10、11和12可以具有一個共同的線圈軸線和/或可以纏繞在一個共同的或多個分開的線圈體上。在一些實施形式中，線圈12可以與線圈10和11的共同的軸線錯開地設(shè)置，從而線圈10和11的線圈軸線與線圈12的線圈軸線平行。在其他實施形式中，線圈12的軸線與線圈10和11的共同軸線或各軸線不平行。
[0055]在圖1b中示出一種變型方案，在該變型方案中，線圈10和11同向地纏繞，然而電流通過另一布線連接18在這兩個線圈中沿不同的(相反的)方向流動，從而假如電流從連接端13流向連接端14，也在此產(chǎn)生具有相反極性的磁場。各線圈可以相互獨立地連接到一個電源上。在此，各線圈便不串聯(lián)。在此，第一和第二線圈也可以構(gòu)成為一個線圈的兩個線圈部分。
[0056]線圈12在此同樣設(shè)置在由能通過線圈10和11產(chǎn)生的磁場貫穿的區(qū)域中。線圈
10、11和12可以具有一個共同的線圈軸線和/或可以纏繞在一個共同的或多個分開的線圈體上。在一些實施形式中，線圈12可以與線圈10和11的共同的軸線錯開地設(shè)置，從而線圈10和11的線圈軸線與線圈12的線圈軸線平行。在其他實施形式中，線圈12的軸線與線圈10和11的共同軸線或各軸線不平行。
[0057]在圖1a和Ib中的匝數(shù)僅僅是示意性的。優(yōu)選地，線圈10和11的匝數(shù)相同或者改變了不超過5%或1%。但是也可以規(guī)定如下的變型方案，在這些變型方案中，匝數(shù)差別達50%或80%。對所產(chǎn)生的信號的影響可以通過相應(yīng)的電子補償或通過相應(yīng)的零位校準(zhǔn)或者通過在各個線圈或線圈部分的匝數(shù)方面的差別來校準(zhǔn)。
[0058]代替將電流置于連接端13和14上，也可以將用于產(chǎn)生磁場的電流置于線圈12的連接端15和16上。在這種情況下，可以在連接端13和14之間采樣對激勵的響應(yīng)。對于線圈12的磁場能夠未受阻礙地且對稱地傳播的情況，由于在圖1a中反向的纏繞或在圖1b中反向的布線，將在連接端13和14上得出為零的對激勵的響應(yīng)。
[0059]在線圈10和11中產(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)也可以相互獨立地采集。在此將去掉布線連接17和18并且對于每個線圈單獨地采樣兩個線圈的對激勵的響應(yīng)。兩個線圈的相應(yīng)的連接端可以提供給差動電路，該差動電路指示或放大對激勵的各響應(yīng)的差作為輸出信號、如例如以差動放大器的形式。
[0060]在圖2中以截面圖示出了裝置I。在兩個線圈10與11之間設(shè)置有線圈12。在圖2中示出了通過線圈10產(chǎn)生的磁場20以及通過線圈11產(chǎn)生的磁場21，假如通過這些線圈輸送電流。
[0061]如在圖2中可看出的，這兩個線圈的磁場相反，從而在產(chǎn)生這些磁場時、在線圈12中沒有另外的影響的情況下出現(xiàn)得出為零的對激勵的響應(yīng)，或者在一些實施形式中出現(xiàn)部分補償?shù)膶畹捻憫?yīng)。
[0062]在圖3中示意性地示出裝置I的結(jié)構(gòu)。除了線圈10、11和12之外示出了一個電子器件25，該電子器件利用相應(yīng)的連接端28給線圈供應(yīng)電流或者可以采樣相應(yīng)的對激勵的響應(yīng)。
[0063]電子器件25可以與外部的連接端26、27連接。這些連接端可以例如用于裝置I或電子器件25的供電或者用于輸出測量信號。
[0064]線圈10、11和12可以纏繞在一個線圈體上，該線圈體是非磁性的也或者軟磁性的、如例如鐵氧體磁芯。各線圈也可以纏繞在多個線圈體上。在一些實施形式中也可能的是，兩個或更多個線圈纏繞到一個共同的線圈體上和/或一個線圈的各部分纏繞在一個與另一線圈共同的線圈體上，和/或部分或整個地構(gòu)造成多層電路板。
[0065]在圖4中示出了對于電流曲線和電壓曲線的例子。在圖4a_4e中示出了不同的可能的電流曲線。通過在時間上可變的電流的激勵的可能曲線在此包括直線上升的并且又直線下降的電流脈沖，如在圖4a中所示出的。在此，在圖4a中可看到多個電流脈沖。在一些電流脈沖中，上升可以是突然的而下降不太快，而且在一些實施形式中也可以有如下的變型方案，在這些變型方案中上升和下降具有相同大小或者相似的斜度，或者在這些變型方案中上升在時間上是線性的而下降是突然的。在另外的實施形式中，以在時間上可變的電流形式的激勵的曲線可以是具有光滑上升和下降的負拋物線區(qū)段的形狀(圖4b)、具有不同的電流強度的多個矩形脈沖的形狀(圖4c)以及具有相同的電流強度的多個矩形脈沖的形狀(圖4d)。在此，各個電流脈沖可以是等距的(圖4c)或非等距的(圖4d)。在圖4e中示例性地示出了一個矩形電流脈沖，在該矩形電流脈沖中在時間Tl期間流動預(yù)定強度的電流。在其他實施形式中，以在時間上可變的電流形式的激勵也可以包括或構(gòu)成為脈沖束，在這些脈沖束中電流脈沖的極性變化。
[0066]這些以在時間上可變的電流形式的激勵例如在圖1a與Ib中的線圈布置結(jié)構(gòu)的連接端13與14之間流動或者也在圖1a與Ib中的連接端15與16之間流動。
[0067]一旦不存在要檢測的可導(dǎo)電物體，則可以產(chǎn)生可測量的對激勵的響應(yīng)、在此例如為感應(yīng)電壓，如該感應(yīng)電壓在圖4f中所示，即一直保持的零信號，該零信號未受以在時間上可變的電流形式的激勵影響。
[0068]當(dāng)存在可導(dǎo)電物體時，產(chǎn)生對激勵的響應(yīng),在這種情況下為感應(yīng)電壓,如該感應(yīng)電壓示例性地在圖4g中示出。在以時間上可變的電流形式的激勵期間或之后，在時間Tl內(nèi)測量到的對激勵的響應(yīng)、在這種情況下感應(yīng)電壓U可以具有在時間上特征性的輪廓。該輪廓可以例如通過確定最大點M和交零點N也或者其他特征點、如例如拐點或類似點來評價。也可以例如為了表征該輪廓來確定時間At，該時間給出在最大點M和交零點N之間的時間間隔、亦即At=tN_tM。也可以確定從以在時間上可變的電流形式的激勵開始直至拐點的時間用于表征輪廓。但也可以附加地或取而代之地確定在優(yōu)選事先確定的時間、例如h和t2的對激勵的響應(yīng)。在有些情況下，已經(jīng)可以由在確定時間的對激勵的響應(yīng)的符號來導(dǎo)出關(guān)于所檢查的物體的材料的信息。
[0069]代替最大點，對激勵的響應(yīng)的曲線也可以具有最小點，其中，例如At由在最小點與交零點之間的時間段得出。
[0070]除了確定At之外，如在圖4g中所示，也可以確定從以在時間上可變的電流形式的激勵的開始直至達到最大值M的時間或其他特征時間。
[0071]在對激勵的響應(yīng)的最大點中的絕對值、例如電壓U也可以被考慮用于評價對激勵的響應(yīng)。
[0072]也可能的是，在以在時間上可變的電流形式的激勵開始之后一個固定預(yù)定的時間或在多個這樣的時間，確定對激勵的響應(yīng)并且由該對激勵的響應(yīng)的絕對值或由在不同時間得出的符號來推斷對可導(dǎo)電物體30的特征的結(jié)論。備選地可以通過快速傅里葉變換(FFT)確定響應(yīng)的頻率分量和相位分量并且研究這些頻率分量和相位分量的表征性特征和變化。
[0073]在圖5中示出，線圈11的磁場31可以由于存在一個要檢測的可導(dǎo)電物體30而被影響。如在圖5中所示，箭頭32大于箭頭31。箭頭32表示由線圈10產(chǎn)生的磁場。通過線圈10和11的磁場32和31的不同影響產(chǎn)生了對稱性破壞，該對稱性破壞導(dǎo)致在線圈12中產(chǎn)生對激勵的響應(yīng)。在線圈12中的產(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)具有典型的特征(特別是表征性的在時間上的曲線)，這些特征能推斷出物體30的性質(zhì)。
[0074]如已經(jīng)在前面所提及的，代替通過線圈10和11產(chǎn)生磁場，也可以通過線圈12產(chǎn)生磁場，其中該磁場基于物體30的存在是不對稱的，從而在線圈11中產(chǎn)生與線圈10不同的對激勵的響應(yīng)，該響應(yīng)在相應(yīng)的布線連接(參見圖la、Ib)時不導(dǎo)致兩個對激勵的響應(yīng)的完全補償或抵消，而是導(dǎo)致不同于零的對激勵的響應(yīng)。
[0075]在圖6中示出了用于檢測可導(dǎo)電物體的裝置1，其中，參考物體35設(shè)在線圈布置結(jié)構(gòu)左側(cè)。如果在線圈布置結(jié)構(gòu)的右端部上設(shè)置相同或幾乎同種的可導(dǎo)電物體36，則在施加以在時間上可變的電流形式的激勵到線圈10和11上時通過線圈12產(chǎn)生對激勵的響應(yīng)，該響應(yīng)得出為零。然而如果將不同的可導(dǎo)電物體(如例如通過虛線37所示)施加到線圈布置結(jié)構(gòu)上，則將產(chǎn)生不同于零的對激勵的響應(yīng)，該響應(yīng)指示，要檢測的可導(dǎo)電物體與可導(dǎo)電物體35不同或不相似。
[0076]通過預(yù)定可導(dǎo)電的參考物體35，可以將要檢查的可導(dǎo)電物體36在多個特征方面與參考物體比較。在材料組分、大小、材料特性、材料狀態(tài)等中的每個偏差導(dǎo)致一個不同于零的對激勵的響應(yīng)。在物體35與36不同時也可以出現(xiàn)對激勵的響應(yīng)的在時間上特征性的曲線。對激勵的響應(yīng)也可以具有最大點和/或最小點和/或交零點或拐點，和/或具有在FFT或相位分析中的變化，它們可以被識別和評價，以便量化在兩個物體之間的不同。在此，可以不僅評價在最大點和/或最小點和/或交零和/或拐點之間的時間間隔、和/或在這些點時對激勵的響應(yīng)的值和/或在事先確定的時刻的對激勵的響應(yīng)的值。也可以評價出現(xiàn)最大點/最小點/交零點/拐點的時間和/或從施加以在時間上可變的電流形式的激勵起出現(xiàn)對激勵的響應(yīng)的確定值的時間。
[0077]如果兩個物體35和36相同且關(guān)于線圈布置結(jié)構(gòu)對稱設(shè)置并且各線圈35相同或?qū)ΨQ設(shè)置，則在施加以相同幅度的在時間上可變的電流形式的激勵到這兩個線圈上時產(chǎn)生在時間上連續(xù)的零信號。與此的每個偏差則指示在這兩個物體之間的不同。代替產(chǎn)生零信號，線圈布置結(jié)構(gòu)或線圈的電源可以如此，即，即使在物體35、36相同時也產(chǎn)生對激勵的響應(yīng)的在時間上的曲線，該曲線與零有偏差(參考)。與所采集的對激勵的響應(yīng)的這樣參考的每個進一步的偏差指示物體的差別。
[0078]通過比較兩個物體35、36，硬幣的偽鈔檢驗也或者損耗或磨損的物體的損耗程度或磨損程度的確定是可能的。由此例如也可以檢查電極焊接帽的損耗程度或者裂紋是否存在于所檢查的物體的材料中的問題。
[0079]如前面所提及的，也可以通過如下方式實施測量過程，S卩，將電流置于線圈12上并且查明出現(xiàn)在線圈10和11中的對激勵的響應(yīng)。
[0080]在圖7a和7b中示出用于檢測可導(dǎo)電物體的裝置的一種備選的結(jié)構(gòu)形式，在該裝置中，線圈11設(shè)在線圈10之內(nèi)、而線圈12設(shè)置在線圈10與11之間。在此，不同的線圈沿徑向向外延伸的方向依次設(shè)置。在此，第二和第三線圈可以完全或部分地設(shè)在由第一線圈環(huán)繞的空間區(qū)域之內(nèi)。圖7a示出了一個在圖7b中以俯視圖示出的線圈布置結(jié)構(gòu)的截面。
[0081]在該配置結(jié)構(gòu)中，具有相同的區(qū)分可能性的、可導(dǎo)電物體的檢測也是可能的。
[0082]線圈10、11和12在所有圖中可以是圓的也或者有角的，從而繞組例如構(gòu)成為圓形或矩形或正方形的。
[0083]圖8示出了所述裝置的一個傳感器面38，可以使可導(dǎo)電物體39和40向該傳感器面靠近。傳感器面優(yōu)選是所述裝置的殼體的正面。在觀察到對激勵的響應(yīng)的變化時便例如可以推斷出:可導(dǎo)電物體從哪個方向向傳感器面接近，可導(dǎo)電物體是如物體39那樣從正面接近、還是如物體40那樣從側(cè)面接近。
【權(quán)利要求】
1.用于檢測可導(dǎo)電物體的裝置(1)，包括: 第一和第二線圈(10、11)或第一和第二線圈部分，但該第一和第二線圈部分以下也稱為第一和第二線圈，該第一和第二線圈或線圈部分能夠同時產(chǎn)生具有相反極性的磁場(20、21);以及 第三線圈(12)，該第三線圈具有一個、兩個或更多個線圈部分，該線圈部分以下同樣稱為第三線圈(12)，所述第三線圈設(shè)置在相反的磁場的區(qū)域中，以及 電子器件(25)，在給第一和第二線圈(10、11)供給以在時間上可變的電流形式的激勵期間和/或之后，所述電子器件采集在第三線圈(12)中的對激勵的響應(yīng)、如例如感應(yīng)電壓，或者在給第三線圈(12)供給以在時間上可變的電流形式的激勵期間，所述電子器件采集在第一和第二線圈(10、11)中的對激勵的響應(yīng)； 從而可導(dǎo)電物體(30)在存在于所述磁場之一的區(qū)域中時在所采集的對激勵的響應(yīng)中產(chǎn)生可檢測的信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二線圈或線圈部分相反地或同向地纏繞。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述以在時間上可變的電流形式的激勵是任意形狀的脈沖束和/或純正弦形狀和/或周期性的脈沖和/或多重脈沖束和/或周期性的振蕩形狀和/或非周期性的脈沖序列和/或持續(xù)時間在0.1ns至Ims之間、如例如在I μ s至50 μ s之間的矩形脈沖，和/或跳躍式地或非跳躍式地下降或上升和/或不是或者不包括矩形脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的裝置，其特征在于，在所述第三線圈中的分別通過所述第一和第二線圈產(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)至少部分地、優(yōu)選達至少90%或99%地補償，其中，優(yōu)選在不存在要檢測的可導(dǎo)電物體(30 )時，得出基本上為零的對激勵的響應(yīng)， 或者 采集通過所述第三線圈(12)在所述第一和第二線圈(10、11)中產(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)，使得這兩個對激勵的響應(yīng)至少部分地、優(yōu)選達至少90%或99%補償，其中，優(yōu)選在不存在要檢測的可導(dǎo)電物體(30)時，這兩個對激勵的響應(yīng)基本上互補為零。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的裝置，其特征在于，所述電子器件(25)構(gòu)成為使得在不同的時間采集產(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)的曲線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述電子器件(25)構(gòu)成為，使得確定所產(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)的最大點(M)的和/或最小點的和/或交零點(N)的和/或拐點的和/或其他點的時刻，和/或在不同時刻測量對激勵的響應(yīng)，和/或采集對激勵的響應(yīng)的變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的裝置，其特征在于，在所述第一或第二線圈(10、11)之一的區(qū)域中設(shè)有金屬的可導(dǎo)電的物體(35)作為所述裝置的組成部分，利用該物體例如能實現(xiàn)所產(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)的校正或者減小參考物體(35)的預(yù)定值或干擾輪廓的影響或者將該參考物體的預(yù)定值或干擾輪廓的影響校正到零。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二線圈(10、11)具有一個共同的軸線，該共同的軸線與所述第三線圈(13)的軸線重合，其中，所述第三線圈(13)可選地居中地設(shè)置在所述第一和第二線圈(10、11)之間；或者所述第三線圈(13)的軸線與前兩個線圈(10、11 )的共同的軸線或各軸線平行地錯開或者不平行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的裝置，其特征在于，設(shè)有一個或多個另外的線圈，所述另外的線圈能夠?qū)λa(chǎn)生的對激勵的響應(yīng)施加影響。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括金屬殼體部分或者全金屬殼體(29)，其中，所述全金屬殼體(29)至少包圍所述第一、第二和第三線圈并且可能包圍所述電子器件(25)的一部分或整個電子器件(25)，其中，所述金屬殼體部分或者所述全金屬殼體包括有色金屬或不銹鋼、或者由有色金屬或不銹鋼制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一所述的裝置，其特征在于，所述裝置構(gòu)成為接近開關(guān)或構(gòu)成為用于識別不同材料的裝置、構(gòu)成為硬幣識別裝置或構(gòu)成為用于采集損耗程度或磨損程度的裝置或者用于識別合金或缺陷部位、例如裂紋的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的裝置，其特征在于，能夠采集接收信號的變化，其中，通過該變化的確定的特征能識別材料缺陷。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12之一所述的裝置，其特征在于，所述電子器件能夠在優(yōu)選預(yù)定的特征性時刻采集對激勵的響應(yīng)，能夠評價所測量的值并且輸出結(jié)果。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13之一所述的裝置，其特征在于，所述電子器件能通過快速傅里葉變換(FFT)將在響應(yīng)的頻率信息和/或相位信息中的特征性變化對應(yīng)于確定的材料種類。
15.用于檢測可導(dǎo)電物體(30)的方法，包括以下步驟: 施加以在時間上可變的電流形式的激勵到第一和第二線圈(10、11)上，其中，該第一和第二線圈產(chǎn)生具有相反極性的磁場(20、21)，并且采集由此產(chǎn)生的在第三線圈(12)中的對激勵的響應(yīng)， 或者 施加以在時間上可變的電流形式的激勵到第三線圈(12)上，并且采集由此產(chǎn)生的在第一和第二線圈(10、11)中的對激勵的響應(yīng)； 在施加以在時間上可變的電流形式的激勵期間和/或之后的時間范圍內(nèi)評價所采集的對激勵響應(yīng)，以便檢測可導(dǎo)電物體(30)。
【文檔編號】G01V3/10GK103688192SQ201280026194
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月15日
【發(fā)明者】R·P·施密特 申請人:I控制有限合伙公司