金屬探測器的制造方法
【專利摘要】一種金屬探測器的操作方法，金屬探測器具有驅(qū)動電路，用于在線圈系統(tǒng)中建立交變磁場以產(chǎn)生給定頻率的輸出信號，所述方法包括以下步驟：a.產(chǎn)生可調(diào)平衡信號；b.將可調(diào)平衡信號與探測器的輸出信號相接合；c.改變可調(diào)平衡信號以提供補償信號。
【專利說明】金屬探測器發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于探測污染物的儀器。更具體來說而并不限于，本發(fā)明涉及用于探測食物中的金屬的儀器。

【背景技術(shù)】
[0002]對于許多食品制造商和零售商來說，其產(chǎn)品內(nèi)的異物是最大的客戶投訴源之一。這些異物可以是任何不良的固體物并且包括與食品完全無關(guān)的物品(諸如玻璃或金屬碎片)以及與食品有關(guān)的那些物品(諸如骨頭)。對于食品加工行業(yè)的最大擔(dān)憂之一是由于加工的原因而在食品產(chǎn)品內(nèi)夾雜有不希望的金屬顆粒或金屬物品。例如，典型的金屬夾雜物的范圍從加工機械落下或者在維護期間掉下的螺母或墊圈等到例如由機械磨損產(chǎn)生的金屬碎屑。
[0003]這些金屬夾雜物將不僅危害食品安全并引起健康問題，而且對食品制造商以及最終零售商的名聲造成負面影響。法律要求食品制造行業(yè)應(yīng)提供有效措施來防止食品產(chǎn)品內(nèi)存在異物。遵守此要求可以通過使用篩、羅網(wǎng)或諸如金屬探測器等更復(fù)雜的技術(shù)來實現(xiàn)。由于損害其名聲的風(fēng)險，大部分食品零售商現(xiàn)在希望更嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施正迫使食品制造商使用更加現(xiàn)代化的金屬探測技術(shù)。
[0004]用于探測食品產(chǎn)品內(nèi)的金屬污染物的儀器在該行業(yè)中是熟知的并且在WO02/25318 (Safeline Limited)和 W02006/087510 (Spectrum Inspect1n SystemsLimited)中進行了描述。在 W02006/087510 (Spectrum Inspect1n Systems Limited)的圖1中所示的典型金屬探測器包括具有使產(chǎn)品通過的孔的篩選搜索頭和處理來自該頭的信號的控制單元。在該頭內(nèi)部存在三個圍繞孔的線圈系統(tǒng)。圍繞孔的發(fā)射器線圈連接到高頻產(chǎn)生電路，其中發(fā)射器線圈的軸線平行于傳送方向布置。在孔上方和下方的是接收器或探測線圈，這些線圈的軸線豎直布置。兩個接收器線圈是相同的并且放置在距發(fā)射器線圈相同距離處，這樣使得在搜索頭內(nèi)沒有變化的磁場的任何干擾時，它們接收相同的信號并產(chǎn)生同樣的輸出電壓。接收器線圈相對地連接，這樣使得在沒有任何物體時，它們感應(yīng)的電壓彼此相對并且因而彼此抵消從而產(chǎn)生零輸出信號。這是當(dāng)線圈系統(tǒng)處于優(yōu)選的平衡狀態(tài)下時的情況。
[0005]當(dāng)導(dǎo)電顆粒穿過金屬探測器的線圈時，由于在顆粒表面感應(yīng)的電流使得穿過一個接收器線圈的高頻場受到干擾，這導(dǎo)致平衡狀態(tài)的輕微改變，例如，改變幾微伏，從而使得來自線圈的輸出不再是零。使用適合的放大和處理來觸發(fā)自動拒絕報警。探測的容易性將取決于待測試的導(dǎo)磁性和導(dǎo)電性以及污染物的場頻和大小、電阻以及導(dǎo)磁性。各種金屬在它們穿過金屬探測器的線圈時產(chǎn)生的信號根據(jù)金屬的傳導(dǎo)性和導(dǎo)磁性可以分成兩個分量:電阻和電抗，電抗分量相對于電阻分量大體上異相90°，如圖1中的矢量圖所示。參照圖1，諸如銅或不銹鋼的非鐵但是傳導(dǎo)性材料將產(chǎn)生具有大“電阻”分量的輸出信號Vsl，且因此與驅(qū)動信號Vd同相。由于材料中的損耗，來自諸如鐵氧體材料的不良導(dǎo)體的輸出信號Vs2的分量與信號的電阻分量大體上相位正交。對于含有呈現(xiàn)一些磁效應(yīng)和一些導(dǎo)電性的鐵的諸如鐵氧體材料的大部分材料來說，將產(chǎn)生具有電阻分量和電抗分量的輸出信號。參照圖1，來自鐵氧體材料的矢量線將因此位于電抗與電阻分量之間。這對于金屬探測器的操作來說是非常重要的并且這種設(shè)備能夠探測不同金屬類型的顆粒。
[0006]通常，金屬顆?？梢栽诖艌鲋挟a(chǎn)生僅僅千萬分之一的干擾。由于不可能控制金屬污染物的大小、形狀和定向，所以通常將金屬探測器設(shè)定在最高可能的靈敏度設(shè)置。然而，這樣做不利于諸如奶酪、新鮮肉類、溫面包、果醬、腌菜等的濕潤食品，盡管僅非常輕微地傳導(dǎo)但是由于其尺寸大(例如，整只雞)，使得在特定頻率下的作用更明顯地由探測線圈注意至IJ。在沒有任何形式的區(qū)分的情況下，盡管沒有金屬，但食品的探測也將被視為污染物。在一些情況下，來自產(chǎn)品的信號可以比待探測的小金屬污染物的信號大許多倍。這稱為“產(chǎn)品效應(yīng)”并且由于產(chǎn)品本身呈現(xiàn)輕微導(dǎo)電性，例如，在濕潤并且含鹽的情況下。這可以在圖1中用圖表表示，并且來自無磁性并且弱傳導(dǎo)材料的信號由向量Vs3表示。箭頭的長度表示信號的量值以及方向表示信號的相位。通過探測器的雞肉將產(chǎn)生大輸出信號，僅因為影響場的雞肉體積變化，該信號在雞肉通過探測器時量值將變化。然而，因為傳導(dǎo)性在整只雞上是基本上相同的，所以信號的相位將是恒定的。例如，這在圖1中表示，其中信號離開驅(qū)動信號的相位110°，這是由于矢量Vs3主要包括電阻分量而且具有雞肉的弱傳導(dǎo)性質(zhì)引起的小分量。
[0007]為了抵消來自濕潤食品的干擾，WO2006/087510 (Spectrum Inspect1n SystemsLimited)描述了將金屬探測器轉(zhuǎn)向給定相位中的偏愛信號同時區(qū)分或忽略與此方向成90°的信號。產(chǎn)生基于驅(qū)動或發(fā)射器信號的參考信號VMf，由此其相位被調(diào)整成使得其與用于未受污染的食品產(chǎn)品的輸出信號Vs3相位正交(90° )。隨后，通過相敏探測器比較Vref和Vs3，該相敏探測器將提供區(qū)分出來自未受污染的食品產(chǎn)品的信號Vs3 (即，提供大體上為零的輸出信號)的輸出信號(因為兩個信號之間的相角的余弦是零，所以相位正交的信號提供來自相位區(qū)分器的零輸出)。以此方式，可以通過改變應(yīng)用到相位探測器的參考信號來從金屬污染物產(chǎn)生的信號中指出或區(qū)分出不想要的產(chǎn)品信號。因此，系統(tǒng)能夠探測具有磁性或傳導(dǎo)性的金屬或其他污染物，其中與污染物相關(guān)的輸出信號的分量的相位是在與和產(chǎn)品相關(guān)的分量的相位基本上不同的相角發(fā)生。
[0008]在食品產(chǎn)品具有嵌入于其中的金屬或其他傳導(dǎo)或鐵磁顆粒(磁性材料或傳導(dǎo)性材料)的情況下，則輸出信號將包括與由金屬顆粒的存在引起的磁場的干擾相關(guān)的附加分量vs8。盡管輸出信號的分量Vs8的振幅與來自產(chǎn)品的信號Vs3相比較小，但是信號Vs8通常不會與參考信號Vref相位正交。因此，所得分量Vm將不會被相敏探測器忽略，從而導(dǎo)致來自相敏探測器的輸出信號增大(參見圖2)。這能夠應(yīng)用于在達到預(yù)定閾值時觸發(fā)警報的水平探測器。
[0009]上述系統(tǒng)有利于探測具有磁性或傳導(dǎo)性的金屬，其中與金屬相關(guān)的輸出信號的分量的相位是在與和產(chǎn)品相關(guān)的分量的相位大體不同的角度發(fā)生。然而，在不銹鋼的情況下，所產(chǎn)生的輸出信號的相位在給定頻率下可以大體對應(yīng)于來自產(chǎn)品的輸出信號。因此，金屬顆粒所產(chǎn)生的輸出信號的分量將與參考信號相位正交，并且將不會由相敏探測器探測至IJ。由于輸出信號的量值和相位在很大程度上取決于驅(qū)動信號的頻率和不銹鋼顆粒的大小，所以將會自然地改變驅(qū)動信號的頻率以使得與金屬顆粒相關(guān)的輸出信號的相位分量將與和產(chǎn)品相關(guān)的輸出信號的分量異相。然而，當(dāng)驅(qū)動線圈由調(diào)諧電路驅(qū)動時，可用頻率的選擇有限。為了克服已知調(diào)諧電路提供的頻率的有限選擇，WO 2006/087510 (SpectrumInspect1n Systems Limited)教導(dǎo)了變頻金屬探測器,其中驅(qū)動線圈中的信號借助于多個開關(guān)在選定的頻率下被驅(qū)動。這允許驅(qū)動線圈中的信號在與調(diào)諧電路相比更大的頻率范圍中被驅(qū)動。
[0010]盡管在廠房或者在客戶現(xiàn)場借助于受技術(shù)人員委托將探測線圈設(shè)置在近乎完全平衡狀態(tài)下，但是仍將存在探測線圈系統(tǒng)在沒有測試物品或污染物存在的情況下無法處于平衡狀態(tài)的場合，從而導(dǎo)致完全可接受的食品產(chǎn)品受到拒絕。例如，探測器的平衡可能由于探測器的運輸或移動或者其他結(jié)構(gòu)改變從而導(dǎo)致線圈移動而受到干擾。另外，金屬或磁敏感物體可能進入探測線圈的磁場附近，導(dǎo)致干擾探測線圈系統(tǒng)的磁場，從而產(chǎn)生錯誤的輸出信號。
[0011]在將金屬探測器的靈敏度設(shè)置得非常高以探測與小金屬顆粒相關(guān)的磁場中的非常小干擾的情況下，在某些環(huán)境下，探測線圈的不平衡對于諸如僅在有限的電壓信號范圍上操作的探測線圈放大器和相敏探測器的探測電路的操作可能具有深遠影響。當(dāng)探測線圈處于不平衡狀態(tài)下時，有更大可能性的是由于“產(chǎn)品效應(yīng)”來自濕潤產(chǎn)品的輸出信號在給定操作頻率下使探測電路飽和。例如，這可以在圖3中參照具有超過探測電路的+/-12v的飽和極限的峰間值的正弦波8示出。在理想情況下，如果系統(tǒng)處于完全平衡狀態(tài)下或者低于預(yù)定閾值，則輸出信號讀數(shù)應(yīng)為零。然而，當(dāng)探測線圈系統(tǒng)處于極度不平衡狀態(tài)達到輸出信號10占據(jù)探測電路的操作范圍的很大一部分的程度時，由于產(chǎn)品效應(yīng)導(dǎo)致的磁場中的任何附加干擾將大大增加輸出信號使其超出探測電路的飽和極限。這在示出輸出信號的頂部14(由虛線示出)“丟失”的圖3中示意性地示出。為了將輸出信號納入范圍內(nèi)，關(guān)閉驅(qū)動信號，由此減少探測線圈之間的磁場的強度，但是這是以降低金屬探測器的靈敏度為代價。因此，存在金屬顆粒尤其是小金屬顆粒將無法被探測到的風(fēng)險，因為由探測電路拾取的磁場中的干擾僅是非常輕微的。此外，探測電路的飽和可導(dǎo)致探測器不能將與特定金屬污染物相關(guān)的輸出信號的分量與和產(chǎn)品相關(guān)的輸出信號的分量辨認(rèn)為異相，且因此可能像如上所述被忽略。
[0012]為了試圖降低這種探測不精確性，在探測器的每個給定操作頻率下重新平衡探測線圈，因此使得平衡信號更接近零線并且由此減少探測電路將會飽和的可能性。參照圖3，這具有增加表示從平衡信號的峰值到用于探測目的的探測電路的飽和極限的距離的“凈空”信號16的效應(yīng)。通常，使用機械平衡來平衡探測線圈。圖4示出使用連接在接收器線圈22與24之間的線圈或回路的形式的機械平衡20的線圈配置18的示意性布置。接收器線圈22、24被示出為串聯(lián)。機械平衡20為接收器線圈22和24提供一些松弛，以使得它們與發(fā)射器線圈26的有效距離能夠被調(diào)整，進而引起其磁場改變。用于平衡線圈系統(tǒng)18的標(biāo)準(zhǔn)之一在于每個接收器線圈22和24與發(fā)射器線圈26的有效距離相等。由于接收器線圈的諸如形狀、大小和繞組數(shù)量的物理性質(zhì)相同，所以通過改變系統(tǒng)18內(nèi)線圈彼此的相對距離，可以精細地調(diào)整輸出信號。通過通常用手或特定工具手動地操縱機械平衡20以使得接收器線圈22和/或24之一的有效距離能夠被調(diào)整來平衡探測器。一旦被調(diào)整，隨后將機械平衡20封裝在樹脂中以防止在金屬探測器的物理震動或處理過程中的任何進一步移動。圖4中所示的機械平衡20在給定頻率下為平衡提供精細調(diào)整。為了對平衡并且接合或單獨對回路或線圈20進行粗略調(diào)整，可以提供替代的機械平衡。這涉及將預(yù)定大小的一塊金屬放在線圈系統(tǒng)附近，以使得在磁場中引起故意干擾。通過調(diào)整金屬塊在接收器線圈22和24之間或圍繞線圈的位置，可以由此調(diào)整探測線圈系統(tǒng)的平衡。即使曾經(jīng)被校準(zhǔn)的機械平衡隨后封裝在樹脂中以防止任何進一步的移動，校準(zhǔn)方法也容易出錯。在設(shè)置樹脂的過程中，機械平衡任何脫離平衡的微小移動都將意味著樹脂或密封已再次被破壞并且重新進行。此外，這種平衡技術(shù)僅提供在一個頻率下的線圈平衡。為了在其他頻率下平衡探測線圈，將意味著重復(fù)地操縱探測線圈以滿足其他頻率。
[0013]與調(diào)諧電路相比，如WO 2006/087510 (Spectrum Inspect1n Systems Limited)中所教導(dǎo)的現(xiàn)代金屬探測器在大頻率范圍上操作，例如，40kHz至900kHz。在每個連續(xù)的頻率機械地重新設(shè)置平衡的時間、作用力和費用有時可能過度并且在一些情況下結(jié)果并不非常精確。此外，在大部分情況下，機械平衡被永久地設(shè)置在樹脂中，從而使得不可能機械地重新設(shè)置平衡。因此，僅幾個選擇頻率被選擇用于平衡，例如，通常在頻率范圍的每個極端上選取一個并且在中間選取一個。圖5示出在沒有待測試的產(chǎn)品或污染物的情形下在探測器的所有操作頻率范圍內(nèi)金屬探測器的輸出信號10的示例性分布。盡管探測線圈在選定頻率A、B和C(參見圖5)下有效地平衡，但是在選定頻率之外，來自探測線圈的輸出信號10并不是這種情況，從而產(chǎn)生非零輸出信號。因此，在將不屬于選定頻率A、B和C的頻率用于探測特定金屬類型時，存在探測電路將通過如上所述的間接作用飽和的風(fēng)險。
[0014]WO 02/25318 (Safeline Limited)涉及自動平衡技術(shù)，由此當(dāng)線圈不平衡時，由數(shù)字信號處理器確定的不平衡信號導(dǎo)致合成器產(chǎn)生校正信號以用于從線圈輸出信號減去以抵消平衡信號。未提供如何實現(xiàn)此點的進一步細節(jié)，因為每次輸出信號不平衡時正確地確定不平衡信號的相位和量值以提供必要的校正信號是必需的。更重要的是，自動平衡僅迎合正弦性質(zhì)的信號源自調(diào)諧電路，且因此不適于如WO 2006/087510 (Spectrum Inspect1nSystems Limited)中所教導(dǎo)的變頻金屬探測器。
[0015]如以上參照圖1所示的矢量圖所述，探測線圈系統(tǒng)產(chǎn)生兩個信號，稱為電阻和電抗信號，這告訴探測者產(chǎn)品與磁場的相互作用。諸如銅或不銹鋼的傳導(dǎo)產(chǎn)品將產(chǎn)生主要具有電阻分量的輸出信號。另一方面，由于材料中的損壞，來自不良導(dǎo)體但是完美或近乎完美的磁性材料的輸出信號的分量基本上與電阻信號相位正交。來自接收器線圈的不同輸出信號將依賴于產(chǎn)品的傳導(dǎo)性而變化。例如，不同類型的產(chǎn)品將與磁場的相互作用不同，每個產(chǎn)品具有電阻分量和電抗分量且因此具有特征相角。
[0016]當(dāng)接收器線圈之間通過完美的磁性材料時，將預(yù)期指示弱傳導(dǎo)材料分量的相對弱的或沒有電阻分量和指示強磁性材料的強電抗分量。事實上，并非完全如此，并且完美的磁性材料呈現(xiàn)出電抗分量和顯著的電阻分量，從而產(chǎn)生來自驅(qū)動信號的相角的稍微偏移。相角的此偏移可以歸因于監(jiān)控或記錄或處理來自接收器線圈的輸出信號的延遲。在產(chǎn)品與接收器線圈之間的磁場相互作用的過程中，系統(tǒng)拾取信號存在稍微的延遲。在產(chǎn)品是諸如硬冷凍產(chǎn)品的干燥產(chǎn)品(沒有導(dǎo)電性)的情況下，產(chǎn)生小相角。此延遲可以歸因于改變的磁場與接收器線圈的相互作用和由于探測器(例如，相敏探測器)中的電子器件導(dǎo)致的接收器線圈中的信號的隨后探測。此延遲通常是特定金屬探測器的特征，并且傳統(tǒng)上通過在探測線圈之間存在鐵氧體棒的情況下，調(diào)諧金屬探測器以補償或區(qū)分表示電阻分量的信號和與表示電抗分量的與此信號成90°的有利信號來校準(zhǔn)。在不補償輸出信號中的此延遲的情況下，呈現(xiàn)極少或沒有導(dǎo)電性的諸如干燥產(chǎn)品的產(chǎn)品可以產(chǎn)生由探測電路探測到的顯著信號。
[0017]對于簡單金屬探測器(由此驅(qū)動線圈由在有限的頻率范圍上操作的調(diào)諧電路驅(qū)動)而言，為了校準(zhǔn)此延遲和噪音，在給定操作頻率下使鐵氧體棒通過探測線圈之間，并且記下所產(chǎn)生的輸出信號。由于磁場與鐵氧體的相互作用導(dǎo)致的輸出信號中的任何差異，隨后將適當(dāng)?shù)碾娙萜魈砑拥秸{(diào)諧電路以區(qū)分電阻相位中的輸出信號。手動地將電容器添加到調(diào)諧電路以補償此延遲因素的時間和作用力可能是麻煩的并且容易出錯。此外，需要在不同的操作頻率下重復(fù)此延遲的整個手動校正。在變頻金屬探測器在大頻率范圍上操作的情況下，將需要大量時間和作用力來在每個操作頻率下校準(zhǔn)此延遲因數(shù)。
[0018]此外，探測線圈非常靈敏，這樣使得諸如線圈的輕微移動或振動或線圈附近任何外來金屬物體的存在的任何外部影響所產(chǎn)生的信號導(dǎo)致探測線圈產(chǎn)生不良噪音。當(dāng)校準(zhǔn)用于諸如硬冷凍產(chǎn)品(約18°C)的干燥產(chǎn)品(沒有導(dǎo)電性)的金屬探測器時，沒有對此噪音的任何形式的校準(zhǔn)，金屬探測器不清楚噪音是負責(zé)干燥產(chǎn)品與磁場的相互作用還是其僅是背景噪音。為了補償此噪音，使鐵氧體棒通過探測線圈之間，因為其產(chǎn)生極其類似于移動的金屬的信號，即，類似于噪音信號。通過補償或區(qū)分來自鐵氧體棒的信號，金屬探測器變得對于振動信號非常穩(wěn)定。由于噪音的性質(zhì)隨著頻率變化，為了在金屬探測器的不同操作頻率下補償此噪音，有必要通過在不同的操作頻率下添加適當(dāng)?shù)碾娙萜鱽硎謩拥卣{(diào)諧該調(diào)諧電路以區(qū)分來自鐵氧體棒的信號。
[0019]因此，需要一種系統(tǒng)，其:
[0020]a)在一個范圍的操作頻率下與信號形狀無關(guān)地(例如，無論是否正弦)自動平衡探測器線圈系統(tǒng)，以在不需要機械地調(diào)整線圈的情況下考慮探測器線圈系統(tǒng)中的任何不平衡，并且這確保在寬頻率范圍下在沒有產(chǎn)品和/或污染物的情況下足夠小的或零輸出信號;
[0021]b)在沒有任何的或極少的手動干預(yù)的情況下自動補償由于測量輸出信號時的外部影響導(dǎo)致的任何延遲或噪音。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]本 申請人:已經(jīng)通過提供可調(diào)平衡信號以抵消線圈系統(tǒng)中的任何不平衡緩解了上述問題。更具體來說，本 申請人:提供一種變頻金屬探測器的操作方法，變頻金屬探測器具有驅(qū)動電路，用于在線圈系統(tǒng)中建立交變磁場以產(chǎn)生給定頻率的輸出信號；所述驅(qū)動電路包括多個開關(guān)，所述多個開關(guān)布置成使得線圈系統(tǒng)在由所述多個開關(guān)的操作所確定的頻率下被驅(qū)動，所述方法包括以下步驟:
[0023]a.產(chǎn)生可調(diào)平衡信號；
[0024]b.將可調(diào)平衡信號與探測器的輸出相接合；
[0025]c.調(diào)整可調(diào)平衡信號以提供補償信號，
[0026]由此輸出信號和/或可調(diào)平衡信號被過濾以移除一個或多個諧波。
[0027]產(chǎn)生可調(diào)平衡信號以與探測器線圈系統(tǒng)的輸出信號相接合使得能夠抵抗系統(tǒng)中的任何不平衡。可以使用任何信號產(chǎn)生設(shè)備(驅(qū)動器)來產(chǎn)生和改變可調(diào)平衡信號。實例包括數(shù)字振蕩器、合成器、電子可編程邏輯器件(EPLD)甚至從中央處理單元的時鐘速度得到的信號。更具體來說，可以將可調(diào)平衡信號調(diào)整到使得當(dāng)與探測器輸出接合時其使得輸出信號無效的程度?？烧{(diào)平衡信號是從用來驅(qū)動所述驅(qū)動線圈(驅(qū)動信號)的驅(qū)動信號注入或流入以與輸出信號相接合。優(yōu)選地，驅(qū)動電路產(chǎn)生驅(qū)動信號以在線圈系統(tǒng)中建立交變磁場，并且可調(diào)平衡信號源自驅(qū)動信號。例如，驅(qū)動所述驅(qū)動線圈的信號可以基于用來產(chǎn)生給定頻率的驅(qū)動線圈以控制多個開關(guān)，例如，如WO 2006/087510 (Spectrum Inspect1nSystems Limited)中所教導(dǎo)的驅(qū)動電路中的場效應(yīng)晶體管(FET)的EPLD的內(nèi)部時鐘振蕩器。通常，EPLD包括存儲在EPLD中的一個或多個驅(qū)動映射，聯(lián)接到EPLD的CPU選擇驅(qū)動映射，該映射隨后控制內(nèi)部時鐘振蕩器以向驅(qū)動器發(fā)送適當(dāng)?shù)男盘栆员阒貜?fù)地控制多個開關(guān)的操作，從而產(chǎn)生給定頻率的信號?；蛘?，用于驅(qū)動EPLD的驅(qū)動映射可以同樣存儲在CPU中。由于可調(diào)平衡信號源自驅(qū)動信號，所以可調(diào)平衡信號將與驅(qū)動信號具有相同頻率但是具有固定的相位關(guān)系。就總輸出信號而言，通過使得輸出信號中的任何不平衡無效并且在線圈系統(tǒng)之間沒有任何產(chǎn)品或用于“干燥產(chǎn)品”(即，在線圈系統(tǒng)中不產(chǎn)生信號)的情況下，保留用于探測污染物的輸出信號或“凈空”信號中的較大部分而不會使探測線圈放大器飽和。理想地，用于探測污染物的最大范圍或“凈空”信號通過有效地使得線圈系統(tǒng)中的不平衡無效來提供。這又允許驅(qū)動信號被“開大”(即，增加應(yīng)用到驅(qū)動線圈的電壓)，因此增加金屬探測器的靈敏度以探測輸出信號中的小變化而不會使探測電路飽和。
[0028]優(yōu)選地，測量補償信號，并且如果補償信號高于預(yù)定閾值，則重復(fù)以上步驟(C)以使得當(dāng)與探測器的輸出信號接合時，補償信號低于預(yù)定閾值。優(yōu)選地，預(yù)定閾值對于完全平衡的系統(tǒng)來說基本上等于零，但是可以是選擇以提供平衡的線圈系統(tǒng)的任何值，例如，對于有用污染物探測足夠平衡。通常，金屬探測器具有探測范圍，超過該范圍，金屬探測器(更具體來說探測電路)將會飽和。理想地，預(yù)定閾值小于探測電路的探測范圍的實質(zhì)40%，優(yōu)選地小于探測電路的探測范圍的實質(zhì)15%，更優(yōu)選地小于探測電路的探測范圍的實質(zhì)10%。因此，對于給定頻率來說，在沒有任何產(chǎn)品或污染物或者對于干燥產(chǎn)品時線圈系統(tǒng)中存在不平衡從而產(chǎn)生非零輸出信號或在預(yù)定范圍之外的情況下，系統(tǒng)自動改變可調(diào)平衡信號以使得可調(diào)平衡信號與探測器的輸出接合以補償此非零輸出從而使其平衡，例如，產(chǎn)生基本上零信號或低于預(yù)定閾值。這可以通過試錯過程來進行，例如，增量地改變可調(diào)平衡信號并且對于每個增量步驟，測量輸出信號以查看其是否低于允許的范圍。一旦輸出信號低于允許的范圍，則存儲對可調(diào)平衡信號做出的調(diào)整。例如，探測電路在+/-12伏的峰間探測范圍下操作，則用以在沒有產(chǎn)品的情況下在探測線圈中建立金屬探測器的平衡的允許的預(yù)定閾值將產(chǎn)生小于大體上4.8伏的輸出電壓,優(yōu)選地小于大體上1.8伏、更優(yōu)選地小于大體上1.2伏。
[0029]可選地，通過將可調(diào)平衡信號疊加在輸出信號上來將給定頻率下的可調(diào)平衡信號與探測器線圈系統(tǒng)的輸出接合。更優(yōu)選地，用可調(diào)平衡信號補償輸出信號的方法可以涉及計算可調(diào)平衡信號與輸出信號之間的差，例如，量值和相位。為了平衡線圈系統(tǒng)，改變可調(diào)平衡信號的相位和量值，這樣使得當(dāng)從輸出信號減去時大體上使得輸出信號無效。這可以通過圖1中的矢量圖來圖解地表示。輸出信號中的不平衡由矢量Vwt示出，該矢量具有相位分量和由矢量長度確定的振幅。為了使輸出信號Vwt無效，改變可調(diào)平衡信號Vabs以使得其相位分量和振幅與輸出信號大體上相等并且相反。這通過另外提供矢量分量Vabs來圖解地表示，該矢量分量具有與矢量Vrat大體上相等并且相反的相位和量值。這可以有效地使得輸出信號無效。然而，可以改變可調(diào)平衡信號Vabs以有效地將輸出信號降低至預(yù)定補償值以下?？烧{(diào)平衡信號的類型和性質(zhì)將取決于輸出信號的性質(zhì)。最簡單的方法是，其中輸出信號的性質(zhì)是正弦(例如，源自調(diào)諧電路)且因此平衡信號是選擇一大體上抵消正弦波的信號。在由如變頻金屬探測器中發(fā)現(xiàn)的多個開關(guān)獲得驅(qū)動信號的情況下，輸出信號是不受控形狀，且因此缺乏任何對稱性，即，更具體來說，輸出信號采用具有一個或多個諧波的更方形或梯形的形狀。因此，建立可調(diào)平衡信號來使輸出信號中的不平衡無效或?qū)⑵錅p少比輸出信號的性質(zhì)是正弦的情況下更加復(fù)雜。簡單地建立相等且相反的信號來抵消輸出信號在此情況下并非總是適當(dāng)?shù)??？烧{(diào)信號被改變到當(dāng)與不平衡信號接合時有效地減少信號以降低預(yù)定閾值或使得輸出信號無效的程度。實現(xiàn)此的算法可能比簡單地增加或減去信號更加復(fù)雜，如期望來自傳統(tǒng)的調(diào)諧電路的信號。本發(fā)明中重要的是，來自接合的可調(diào)平衡信號和平衡的信號的所得輸出達到低于預(yù)定閾值。
[0030]優(yōu)選地，可調(diào)平衡信號是基于具有的相位和振幅分量被調(diào)整成使得其與輸出信號基本上相等并且相反的驅(qū)動信號。優(yōu)選地，在金屬探測器的給定操作頻率下，通過在連續(xù)步驟中增加或減少可調(diào)平衡信號來改變可調(diào)平衡信號。在每個步驟，測量輸出信號以查看其是否達到低于預(yù)定閾值。如果未達到，則增大可調(diào)平衡并且重復(fù)測量過程以查看其是否達到低于預(yù)定閾值。一旦輸出信號達到低于預(yù)定閾值，則將在給定頻率下對可調(diào)平衡信號做出的調(diào)整存儲在數(shù)據(jù)庫或查找表中以供以后在那個給定頻率下找回。通過在試錯過程中改變可調(diào)平衡信號，有助于緩解在精確地建立用于輸出信號中的任何不平衡的抵消信號時的復(fù)雜性。
[0031]優(yōu)選地，以連續(xù)頻率重復(fù)通過使得輸出信號無效或使線圈系統(tǒng)平衡來校準(zhǔn)金屬探測器的過程。優(yōu)選地，增量地改變頻率，更優(yōu)選地以大體上1Hz增量改變。因為平衡線圈系統(tǒng)的過程是自動的，所以使得這有可能。更優(yōu)選地，可以通過軟件來改變可調(diào)平衡信號。而在現(xiàn)有技術(shù)中對僅選擇幾個頻率的金屬探測器進行由于物理地調(diào)整線圈分離以補償不平衡水平的時間和作用力引起的平衡過程、通過使用軟件在數(shù)量上測量線圈系統(tǒng)的不平衡水平并自動地配置驅(qū)動信號以使其平衡來控制和改變可調(diào)信號使得平衡過程自動化，并且由此可以對更大范圍的操作頻率進行平衡過程。
[0032]優(yōu)選地，可調(diào)平衡信號由電位計，更優(yōu)選地由數(shù)字電位計改變。數(shù)字電位計的使用使得能夠通過軟件來控制可調(diào)平衡信號。這允許系統(tǒng)自動地使得系統(tǒng)中的任何不平衡無效，即，通過可調(diào)平衡信號來補償線圈系統(tǒng)的輸出以提供補償信號。一個或多個電位計的使用允許平衡信號有效補償輸出信號中的任何不平衡，不論輸出信號的形狀或形式如何。這甚至在線圈系統(tǒng)由如 WO 2006/087510 (Spectrum Inspect1n Systems Limited)中所教導(dǎo)的多個開關(guān)驅(qū)動的情況下也是可能的，其中所得方波(或梯形波)產(chǎn)生大量與由調(diào)諧電路產(chǎn)生的傳統(tǒng)正弦信號相比而言相對高能量的諧波。優(yōu)選地，電位計包括第一電位計和第二電位計，并且可調(diào)平衡包括第一可調(diào)平衡信號和第二可調(diào)平衡信號。第一可調(diào)平衡信號由第一電位計來改變并且第二可調(diào)平衡信號由第二電位計來改變。優(yōu)選地，第一可調(diào)平衡信號與第二可調(diào)平衡信號實質(zhì)不同相。更優(yōu)選地，第一可調(diào)平衡信號與第二可調(diào)平衡信號異相等于或小于實質(zhì)上90°。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，第一可調(diào)平衡信號與第二可調(diào)平衡信號分開離90°越遠，可調(diào)平衡信號將越難以平衡輸出信號中的任何不平衡。優(yōu)選地，第一可調(diào)平衡信號與驅(qū)動信號同相并且第二可調(diào)平衡信號與驅(qū)動信號不同相。優(yōu)選地，第二可調(diào)平衡信號與驅(qū)動信號大體上異相90°。同樣，第一可調(diào)平衡信號和/或第二可調(diào)平衡可以分別設(shè)置在與驅(qū)動信號不同相或者與驅(qū)動信號相位不正交(與驅(qū)動信號異相90° )的任何任意角度。通過兩個電位計改變平衡信號允許覆蓋輸出信號的全360°相角?？蛇x地，可以通過包括可變電阻器(電位計)、可變電容器和/或可變電感器的調(diào)諧電路來改變可調(diào)平衡信號。與兩個電位計相比，包括電位計、可變電容器和/或電感器的調(diào)諧電路僅允許覆蓋驅(qū)動信號的90°相角變化。
[0033]更優(yōu)選地，可調(diào)平衡信號由電子可編程邏輯器件(EPLD)改變，例如，復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)或現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。聯(lián)接到EPLD的CPU選擇存儲在EPLD中或CPU中的驅(qū)動映射，其隨后將信號發(fā)送到驅(qū)動器以在給定工作頻率下產(chǎn)生驅(qū)動信號和可調(diào)平衡信號。例如，驅(qū)動器包括多個開關(guān)(例如FET)，這樣使得通過選擇存儲在EPLD中的驅(qū)動映射，EPLD控制內(nèi)部時鐘振蕩器以驅(qū)動多個開關(guān)(例如FET)，以在給定頻率下產(chǎn)生發(fā)射器驅(qū)動信號。由于可調(diào)平衡信號源自驅(qū)動信號，所以可調(diào)平衡信號將與驅(qū)動信號處于相同頻率。除了用于在給定工作頻率下產(chǎn)生驅(qū)動信號和可調(diào)平衡信號之外，聯(lián)接到EPLD的CPU還可以用來改變所產(chǎn)生的可調(diào)平衡信號的振幅和相位。這去除了對于電位計或調(diào)諧電路的需要，因為可調(diào)平衡信號中的變化可以單純地通過使用可編程邏輯電路(PLCs)來進行。
[0034]以上步驟(a)中的可調(diào)平衡信號和/或步驟(b)中的接合的可調(diào)平衡信號和/或輸出信號由低通濾波器、更優(yōu)選地可開關(guān)低通濾波器來過濾，以滿足不同的操作頻率。而在已知的自動平衡系統(tǒng)中，系統(tǒng)是基于借助于調(diào)諧電路在有限的頻率范圍上產(chǎn)生的規(guī)則正弦波，來自變頻金屬探測器的輸出由此驅(qū)動線圈由多個開關(guān)驅(qū)動，與基頻操作一起產(chǎn)生具有大量高能諧波或諧波失真的方波(或梯形波)，即，所得波通常具有不受控的形狀。在沒有低通濾波器的情況下，探測器帶來由于諧波導(dǎo)致的補償信號的峰值信號電壓可能超出補償信號的預(yù)定閾值從而產(chǎn)生連續(xù)不平衡的風(fēng)險。更重要地，峰值信號電壓可能超出探測電路的飽和極限。低通濾波器從可調(diào)平衡信號和/或輸出信號過濾掉一個或多個諧波從而留下基礎(chǔ)分量，即，產(chǎn)生更加可工作且可測量的更加正弦的波形并且不被高能諧波破壞。
[0035]可調(diào)平衡信號和/或輸出信號可以各自單獨地由一個或多個低通濾波器過濾，以便在被接合以形成補償信號之前從其相應(yīng)信號移除一個或多個諧波。低通濾波器還允許通過電位計或PLC或者以其他方式有效地改變可調(diào)平衡信號，以便補償輸出信號中的任何不平衡，不論輸出信號的形狀或波形或任何諧波失真的存在情況如何。這簡化了“平衡”操作，因為信號具有比波形不具有規(guī)則形狀的信號更“可管理”的波形(產(chǎn)生更加正弦的波形)，所以需要較少步驟來實現(xiàn)平衡狀態(tài)。
[0036]在金屬探測器的初始啟動過程中，系統(tǒng)掃描一個范圍的操作頻率并且通過在平衡探測線圈系統(tǒng)必需的每個給定頻率下自動地調(diào)整電位計來改變可調(diào)平衡信號。建立用于不同操作頻率的電位計的所存儲的調(diào)整的數(shù)據(jù)庫或查找表。在基線信號的每次測量之前可以提供時間延遲，以便允許探測線圈系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。
[0037]優(yōu)選地，用于探測金屬污染物的操作方法包括以下步驟:
[0038]a)在沒有物體的情況下選擇所需操作頻率；
[0039]b)從數(shù)據(jù)庫找回在所需頻率下對可調(diào)平衡信號做出的所存儲的調(diào)整；
[0040]c)調(diào)整可調(diào)平衡信號至數(shù)據(jù)庫中的調(diào)整值；
[0041]d)用可調(diào)平衡信號補償輸出信號以提供補償信號。
[0042]以上過程屬于產(chǎn)品校準(zhǔn)階段，由此金屬探測器(更具體來說線圈系統(tǒng))被校準(zhǔn)用于特定產(chǎn)品類型并且涉及選擇用于那個產(chǎn)品類型的操作工作頻率，這樣使得來自嵌入在產(chǎn)品內(nèi)的任何金屬污染物的輸出信號可以與來自單獨產(chǎn)品的輸出信號簡單地區(qū)別開。在探測器中沒有任何產(chǎn)品或用于干燥產(chǎn)品的情況下，將可調(diào)平衡信號與由于線圈系統(tǒng)中的任何不平衡導(dǎo)致的輸出信號相接合將產(chǎn)生補償信號，即，使得線圈系統(tǒng)中的不平衡無效。一旦基于產(chǎn)品的諸如大小、導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性的特征選擇了所需操作頻率，則將可調(diào)平衡信號與探測器的輸出信號相接合可選地包括從輸出信號減去可調(diào)平衡信號的步驟。如上所述，由于輸出信號為不受控的形狀，且因此缺乏任何對稱性，所以通常僅需要探測接合的可調(diào)平衡信號和輸出信號是否達到低于預(yù)定閾值。在操作中，操作者通過體驗產(chǎn)品類型來手動地設(shè)置所需操作頻率。一旦選擇了操作頻率，則系統(tǒng)搜索數(shù)據(jù)庫以找回在來自以上描述的較早信號平衡校準(zhǔn)階段的那個對應(yīng)的操作頻率下電位計、PLC等的所存儲的調(diào)整。如果系統(tǒng)認(rèn)識到在特定的操作頻率下，在探測線圈系統(tǒng)中存在不平衡從而產(chǎn)生殘余或非零基線信號，則系統(tǒng)通過與適當(dāng)?shù)責(zé)o效可調(diào)平衡信號相接合來補償輸出信號以提供輸出信號的更精確表示。這防止探測線圈系統(tǒng)中的不平衡影響測量出的輸出信號。
[0043]產(chǎn)品校準(zhǔn)階段進一步包括以下步驟:使測試產(chǎn)品通過探測器，測量由于測試產(chǎn)品與探測線圈之間的磁場的相互作用產(chǎn)生的輸出信號，并且隨后存儲測量出的輸出信號。測試產(chǎn)品是代表在沒有已知污染物的調(diào)查研究中的產(chǎn)品的產(chǎn)品。這是為了提供用于產(chǎn)品類型的基本信號，以使得來自調(diào)查研究中的未來類似產(chǎn)品的輸出信號與此基本信號的任何不同(例如，相角)都是金屬污染物的指示。這是因為污染物將與磁場不同地互動，從而產(chǎn)生具有與單獨產(chǎn)品的相角不同的相角的輸出信號。通常，將調(diào)查研究中的類似產(chǎn)品放在傳送帶上，并且測量輸出信號并將其與在那個操作頻率下來自測試產(chǎn)品的所存儲的輸出信號(基本信號)相比較，以查看是否存在來自基本信號的任何變化。例如，認(rèn)為源自驅(qū)動信號的信號具有代表驅(qū)動信號的相內(nèi)分量的P分量和代表驅(qū)動信號的相位正交分量的Q分量。在以下描述的特定實施例中，測量輸出信號的P’和Q’分量。P’分量代表輸出信號的相內(nèi)分量并且Q’分量代表輸出信號的正交分量。這不應(yīng)被錯當(dāng)作以上描述的源自驅(qū)動信號的信號的P分量和Q分量。例如，源自驅(qū)動信號的可調(diào)平衡信號具有與驅(qū)動信號同相的P分量和與驅(qū)動信號相位正交的Q分量。輸出信號的相角例如借助于簡單的三角學(xué)由測量出的P’和Q’值確定。以下在特定實施例中描述產(chǎn)品校準(zhǔn)階段的進一步細節(jié)。
[0044]本發(fā)明相應(yīng)地提供金屬探測器，包括:a)線圈系統(tǒng)；b)驅(qū)動電路，用于在給定頻率下在沒有物體的情況下在線圈系統(tǒng)中建立交變磁場以產(chǎn)生輸出信號和可調(diào)平衡信號；以及C)調(diào)整器，用于在所述給定頻率下改變可調(diào)平衡信號以便與探測器的輸出相接合來提供補償信號。
[0045]優(yōu)選地，驅(qū)動電路被布置成在一組不同頻率中的任一個頻率下操作線圈系統(tǒng)。金屬探測器的靈敏度由金屬探測器選擇用于特定產(chǎn)品類型的操作的最佳頻率的能力確定。例如，盡管一個產(chǎn)品在一個特定頻率下可探測，但是在另一個頻率下或者對于另一種產(chǎn)品類型并非如此。此外，盡管在一個頻率下食品產(chǎn)品與金屬污染物成功區(qū)分開，但是在另一個頻率下并非如此。因此，對于給定產(chǎn)品類型來說，金屬探測器必須能夠在一個范圍中開關(guān)以提供操作的最佳靈敏度。驅(qū)動電路包括布置成跨電位差交替地連接線圈系統(tǒng)的多個開關(guān)，從而使得線圈系統(tǒng)在由如國際專利申請WO 2006/087510 (Spectrum Inspect1nSystems Ltd)中所描述的開關(guān)的操作所確定的操作頻率下被驅(qū)動。優(yōu)選地，多個開關(guān)可以是如 WO 2006/087510 (Spectrum Inspect1n Systems Ltd)中所教不的場效應(yīng)晶體管(FET)、雙極面結(jié)型晶體管(BJT)或任何其他適合的開關(guān)設(shè)備。通過使用多個開關(guān)替代常規(guī)的調(diào)諧電路來控制對線圈系統(tǒng)的輸入，有可能編程處理器或可編程控制器來操作多個開關(guān)，以使得可以獲得任何所需的操作頻率以便最大化金屬探測器的靈敏度。例如，如WO2006/087510 (Spectrum Inspect1n Systems Ltd)中所論述，CPU 監(jiān)控以查看探測線圈是否飽和或者在試驗樣品中是否成功區(qū)分出金屬污染物，并且響應(yīng)于此，選擇適當(dāng)?shù)牟僮黝l率。這將使得金屬探測器能夠簡單地安裝和接通，金屬探測器監(jiān)控器自己的操作并且選擇用于特定產(chǎn)品類型的適當(dāng)驅(qū)動頻率。這還將允許通過探測器使用不同的產(chǎn)品類型，其中探測器辨別何時必須選擇不同頻率。通常并且如上所述，在金屬探測器的操作過程中，操作者將通常通過體驗來手動地選擇用于特定產(chǎn)品類型的所需操作頻率。借助于多個開關(guān)驅(qū)動線圈系統(tǒng)允許操作者從比傳統(tǒng)地使用調(diào)諧電路更大的范圍中選擇理想的操作頻率。
[0046]優(yōu)選地，驅(qū)動電路包括微處理器(CPU)和電子可編程邏輯器件，電子可編程邏輯器件的輸出控制所述開關(guān)，其中對于特定探測線圈來說，將多個驅(qū)動映射存儲在電子可編程邏輯器件中，每個器件含有開關(guān)的開關(guān)序列以用于線圈系統(tǒng)的相應(yīng)預(yù)定操作頻率，其中微處理器根據(jù)選定的操作頻率來選擇適當(dāng)?shù)拈_關(guān)序列。這提供確保針對所選定的任何頻率以精確并且預(yù)定的方式控制開關(guān)的便利方式。
[0047]優(yōu)選地，本發(fā)明的金屬探測器包括微處理器和電子可編程邏輯器件，用于在給定頻率下改變可調(diào)平衡信號并且在驅(qū)動信號的所述給定頻率下將所述可調(diào)平衡信號與輸出信號相接合以提供補償信號。用于改變可調(diào)平衡信號的電子可編程邏輯器件可以是與如上所述用于驅(qū)動線圈系統(tǒng)的器件相同的電子可編程邏輯器件。諸如復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)或現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的更精密的電子可編程邏輯器件允許執(zhí)行更復(fù)雜的操作。更優(yōu)選地，將微處理器構(gòu)建到金屬探測器中。替代地，微處理器由個人計算機提供。優(yōu)選地，金屬探測器包括存儲設(shè)備，用于存儲對可調(diào)平衡信號做出的以提供補償信號的調(diào)整。例如，比如其中通過一個或多個電位計改變可調(diào)平衡信號，則在每個操作頻率下，微處理器存儲對電位計做出的平衡探測器線圈系統(tǒng)所必需的調(diào)整。因此，建立示出用于每個對應(yīng)的操作頻率的電位計和/或補償信號的調(diào)整的數(shù)據(jù)庫或查找表。
[0048]優(yōu)選地，線圈系統(tǒng)包括驅(qū)動線圈和探測線圈，這樣使得在使用中，當(dāng)在線圈系統(tǒng)中建立交變磁場時，探測線圈與和驅(qū)動線圈相關(guān)的磁場感應(yīng)地聯(lián)接以產(chǎn)生輸出信號。更優(yōu)選地，探測線圈在不同的位置包括至少第一和第二探測線圈，并且所述線圈被布置成使得金屬的存在將使得與驅(qū)動線圈相關(guān)的磁場失真并在探測線圈的輸出中產(chǎn)生不平衡，從而產(chǎn)生來自探測線圈的大體上非零輸出。第一和第二探測線圈優(yōu)選地大體上相對布置，并且串聯(lián)或并聯(lián)電連接。通過將第一和第二探測線圈相對連接，它們感應(yīng)的電壓彼此相反并且由此抵消。如果線圈系統(tǒng)處于完全平衡狀態(tài)，則它們的輸出信號為零。相反，在線圈系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)時，它們的輸出信號基本上非零。
[0049]除了校準(zhǔn)輸出信號以補償輸出信號中的任何不平衡之外或者與其接合，在本發(fā)明的第二實施例中，系統(tǒng)優(yōu)選地補償由于磁場與調(diào)查研究中的產(chǎn)品和探測電子器件的相互作用導(dǎo)致的噪音和來自移動金屬的噪音。本 申請人:已經(jīng)通過提供一種系統(tǒng)緩解了以上問題，該系統(tǒng)自動地補償輸出信號以顧及在磁場與調(diào)查研究中的產(chǎn)品和探測電子器件的相互作用過程中源自延遲的噪音和/或由于干擾探測線圈中的測量的外部影響(例如，振動)產(chǎn)生的噪音。此噪音通常通過記錄線圈系統(tǒng)中的磁場與鐵氧體的相互作用來測量。理論上，來自鐵氧體的輸出信號類似于由于噪音產(chǎn)生的輸出信號。因此，通過從鐵氧體區(qū)分或補償?shù)糨敵鲂盘枺梢杂行У販p少或大體上減少引起噪音的信號，即，金屬探測器被補償對線圈的任何外部干擾。因此，用于噪音的補償信號將表示從其做出未來測量的固定參考點。在本發(fā)明中，術(shù)語“被補償”或“被區(qū)分”是其中將輸出信號減少到大體上零至或接近零值。
[0050]除了由于作用在線圈上的外部影響產(chǎn)生的噪音之外，由于調(diào)查研究中的產(chǎn)品與磁場的相互作用和隨后記錄其輸出信號，在測量探測電子器件中的輸出信號時還存在延遲。在不補償此延遲的情況下，如果在探測電子器件中沒有延遲，則輸出信號與調(diào)查研究中的產(chǎn)品的相角將滯后或領(lǐng)先“真實”輸出信號。由于輸出信號的相角代表存在于線圈之間的產(chǎn)品或污染物的類型，所以相角的任何延遲導(dǎo)致錯誤地識別調(diào)查研究中的產(chǎn)品或污染物的類型。為了滿足此延遲，傳統(tǒng)上，在給定頻率下參照固定參考信號測量調(diào)查研究中的任何產(chǎn)品的相角。此參考信號被選擇成使得零度相角表示純能量吸收的產(chǎn)品，即，完美或近乎完美的磁性材料。理論上并且每件事都完美，由于與磁場的相互作用產(chǎn)生的完美或近乎完美的磁場應(yīng)主要產(chǎn)生與電阻信號相位正交的電抗信號。然而，由于探測電子器件中的此延遲，在給定頻率下來自完美的磁性材料的輸出信號不僅具有正交分量而且具有電阻分量。因此，如果我們考慮圖1中所示的矢量圖，對應(yīng)于來自完美磁性材料的輸出信號的矢量線將位于電阻軸線與電抗軸線之間。鑒于此差異，調(diào)整輸出信號以使得來自完美磁性材料的輸出信號主要在具有最小或沒有電阻分量的電抗區(qū)域中。此行業(yè)中用于完美磁性材料的最好物品是鐵氧體材料。盡管并非純磁性，但是來自鐵氧體的輸出信號提供良好的參考點以調(diào)諧金屬探測器，從而有利于給定相位中的輸出信號同時消除與此方向正交的相位中的那些信號。事實上，來自鐵氧體的輸出信號產(chǎn)生是主要電抗的輸出信號，且因此電阻分量將主要大體上為零或被補償?shù)簟?br> [0051]本發(fā)明提供一種操作金屬探測器的方法，其中針對在給定頻率下測量輸出信號時的任何延遲或噪音自動地補償輸出信號，所述輸出信號具有第一分量和第二分量，第一分量相對于第二分量異相預(yù)定相角，其中通過以下步驟針對在給定頻率下測量輸出信號時的任何噪音或延遲自動地補償輸出信號:
[0052]a.在線圈系統(tǒng)之間存在鐵氧體的情況下測量輸出信號，
[0053]b.數(shù)字化調(diào)整輸出信號以使得輸出信號的第一或第二分量中的輸出信號等于或低于第一預(yù)定閾值，并且輸出信號的第二或第一分量中的輸出信號等于或高于第二預(yù)定閾值，
[0054]c.將對輸出信號做出的調(diào)整存儲在數(shù)據(jù)庫或查找表中，
[0055]d.對于不同的頻率重復(fù)步驟a、b和C。
[0056]優(yōu)選地，數(shù)字地調(diào)整輸出信號以使得輸出信號的第一或第二分量中的輸出信號的量值等于或低于第一預(yù)定閾值，并且輸出信號的第二或第一分量中的量值等于或高于第二預(yù)定閾值。通過將對輸出信號做出的調(diào)整存儲為查找表或數(shù)據(jù)庫去除了手動地調(diào)整輸出信號以補償此延遲的需要。優(yōu)選地，查找表或數(shù)據(jù)庫與用來校準(zhǔn)如上所述的輸出信號中的任何不平衡的查找表或數(shù)據(jù)庫分開。由于此延遲通常是特定金屬探測器的特征，所以提供此校準(zhǔn)可以在運出到顧客地點之前在工廠地點執(zhí)行，即，在第一制造商處執(zhí)行。通過數(shù)字地補償輸出信號的測量中的此延遲因數(shù)，但是更重要地通過存儲對輸出信號做出的調(diào)整，去除了將電容器重復(fù)地添加到傳統(tǒng)調(diào)諧電路以調(diào)整輸出信號使得在沒有鐵氧體的情況下輸出信號將主要是電抗分量的需要。
[0057]優(yōu)選地,輸出信號的第一分量大體上與輸出信號的第二分量相位正交。由于電抗分量相對于電阻分量相位正交，所以通過調(diào)整具有與第二分量相位正交的第一分量的輸出信號，有可能區(qū)分或者補償?shù)糨敵鲂盘柕牡谝环至炕虻诙至恐衼碜澡F氧體的輸出信號，從而主要留下在輸出信號的第二或第一分量中的輸出信號。術(shù)語“被補償”或“被區(qū)分”表示由此在相對于驅(qū)動信號的一個相角輸出信號被調(diào)整成使得其大體上為零或接近零(最小預(yù)定閾值)，并且輸出信號被控制在相對于驅(qū)動信號的另一個相角。這種情況在輸出信號的第一與第二分量之間的相角大體上等于90°時出現(xiàn)。當(dāng)在矢量圖上觀看時，表示輸出信號的矢量線被有效地旋轉(zhuǎn)以使得其大體上位于沒有或具有極少電阻分量的電抗軸線上或近似位于其上。以此方式，由于鐵氧體與磁場的相互作用產(chǎn)生的輸出信號將主要是電抗分量。例如，設(shè)置金屬探測器以探測P’信號(第一或第二分量)和Q’信號(第二或第一分量)，由此P’分量與Q’分量相位正交，隨后調(diào)整金屬探測器以使得輸出信號主要是Q’信號或P’信號(即，電抗分量)，并且極少或沒有Q’或P’信號(電阻分量)。因此，知道來自鐵氧體的輸出信號的分量之一讀數(shù)應(yīng)為零或近似零，在給定頻率下在存在鐵氧體的情況下調(diào)整輸出信號，以使得其主要產(chǎn)生電抗信號和零或近似零的電阻信號(分量之一讀數(shù)大體上為零并且輸出信號主要由其相位正交分量占據(jù))。在探測線圈之間存在鐵氧體的情況下測量最大Q’或P’值和最小P’或Q’值時是這樣的關(guān)系，這允許系統(tǒng)對于探測系統(tǒng)中的任何噪音或延遲來補償系統(tǒng)。然而，測量輸出信號時的這種關(guān)系并不限于在輸出信號的第二或第一分量大體上為零時調(diào)整輸出信號來產(chǎn)生大體上最大的第一或第二分量，即，在第一或第二分量與輸出信號的第二或第一分量相位正交的條件下。輸出信號的第一與第二分量之間的角度可以在任何預(yù)定的相角，只要系統(tǒng)可以識別輸出信號的兩個分量之間的“最大和最小”關(guān)系即可。并非調(diào)整來自輸出信號的鐵氧體的相角以使得分量之一大體上等于零(即，當(dāng)輸出信號的兩個分量相位正交時)，可以調(diào)整輸出信號以使得輸出信號的第一或第二分量等于或低于第一閾值，并且輸出信號的第二或第一分量等于或高于第二預(yù)定閾值。在此情況下，輸出信號的第一分量不與輸出信號的第二分量相位正交而是在另一個任意的相角。第一和第二預(yù)定閾值主要由輸出信號的第一與第二分量之間的相角確定。
[0058]優(yōu)選地，數(shù)字地調(diào)整輸出信號以區(qū)分輸出信號的第一或第二分量中的輸出信號，主要使得輸出信號的第一或第二分量中的輸出信號大體上等于零。通過將電阻分量補償?shù)?，也將顧及到探測電子器件中的任何噪音。為了補償輸出信號的第一或第二分量中的輸出信號，優(yōu)選地，金屬探測器包括相敏探測器，由此通過以下步驟針對在給定頻率下測量輸出信號時的任何延遲或噪音補償輸出信號:
[0059]a.產(chǎn)生參考信號；
[0060]c.數(shù)字地調(diào)整參考信號以使得當(dāng)與來自鐵氧體的輸出信號接合時，輸出信號的第一或第二分量中的輸出信號等于或低于第一預(yù)定閾值，并且輸出信號的第二或第一分量中的輸出信號高于第二預(yù)定閾值；
[0061]d.將對參考信號做出的調(diào)整存儲在數(shù)據(jù)庫或查找表中；
[0062]e.在不同頻率下重復(fù)步驟a、b、c和d。
[0063]通過基于驅(qū)動信號產(chǎn)生參考信號，可以調(diào)整參考信號以使得當(dāng)與來自相敏探測器中的鐵氧體的輸出信號接合時，輸出信號的第一或第二分量中的輸出信號等于或低于第一預(yù)定閾值，并且輸出信號的第二或第一分量中的輸出信號高于第二預(yù)定閾值。
[0064]優(yōu)選地，數(shù)字地調(diào)整參考信號以區(qū)分輸出信號的第一分量或第二分量中的輸出信號，g卩，大體上等于零。第一或第二預(yù)定閾值主要由參考信號與輸出信號之間的角度的余弦確定。因此，當(dāng)參考信號與輸出信號之間的角度等于90°時，相敏探測器將參考信號與輸出信號進行比較以產(chǎn)生大體上零值(Cosine 90° = O)。當(dāng)輸出信號與參考信號同相時獲得最大值(Cosine 0° =1)。優(yōu)選地，金屬探測器包括第一和第二相敏探測器，并且參考信號包括第一參考信號和第二參考信號，這樣使得在給定頻率下，第一參考信號在第一相敏探測器中與輸出信號相接合以產(chǎn)生輸出信號的第一分量，并且第二參考信號在第二相敏探測器中與輸出信號相接合以產(chǎn)生輸出信號的第二分量。通過改變第一和/或第二參考信號，實現(xiàn)了調(diào)整由此符合在存在鐵氧體的情況下輸出信號的“最大和最小”條件。更具體來說，當(dāng)?shù)谝粎⒖夹盘柵c第二參考信號相位正交時，則輸出信號的第一或第二分量中的輸出信號被補償?shù)艋騾^(qū)分從而讀數(shù)主要是零或近似零信號，并且來自鐵氧體的輸出將主要由輸出信號的尚未被補償?shù)舻牡诙虻谝环至?即，電抗分量)中的輸出信號占據(jù)。換言之，有效地旋轉(zhuǎn)輸出信號以使得其大體上位于電抗軸線上或大體疊加在其上。優(yōu)選地，增量地增加參考信號(更具體來說，第一和/或第二參考信號)，并且監(jiān)控來自第一和第二相敏探測器的輸出以建立輸出信號的第一或第二分量中的輸出信號是否等于或低于第一預(yù)定閾值或已經(jīng)被補償?shù)?即，讀數(shù)大體上為零)。當(dāng)?shù)谝换虻诙至恐械妮敵鲂盘栠_到低于預(yù)定閾值或已經(jīng)被補償?shù)魰r，第二或第一分量中的輸出信號高于第二預(yù)定閾值或者達到最大值。優(yōu)選地，第一參考信號大體上與第二參考信號相位正交，以模仿電抗信號與電阻信號大體上相位正交的事實，這樣使得分別與第一和第二相敏探測器中的輸出信號接合時，輸出信號的第一分量與輸出信號的第二分量大體上相位正交。通過補償?shù)舻谝换虻诙至恐衼碜澡F氧體的輸出信號，產(chǎn)生純電抗的信號并且因此考慮到探測電子器件中的延遲。每次在給定頻率下輸出信號被補償?shù)?區(qū)分或達到低于輸出信號的第一或第二分量中的第一預(yù)定閾值(取決于輸出信號的哪個分量與參考信號大體上相位正交)，將在那個頻率下對參考信號做出的調(diào)整存儲在數(shù)據(jù)庫或查找表中以供以后找回。這表示從其測量未來的調(diào)查研究中的產(chǎn)品的固定參考點。由于探測系統(tǒng)中的噪音或延遲的性質(zhì)隨著頻率變化，所以在金屬探測器的不同操作頻率下重復(fù)此過程。
[0065]優(yōu)選地，通過在參考信號中引入延遲因數(shù)來數(shù)字化調(diào)整參考信號。在參考信號基于由電子可編程邏輯器件(EPLD)所產(chǎn)生的驅(qū)動信號的情況下，則可以通過增量地調(diào)整EPLD的高速計數(shù)器或漂移注冊來進行調(diào)整。
[0066]在操作中，當(dāng)掃描產(chǎn)品以探測產(chǎn)品上、產(chǎn)品內(nèi)或與其相關(guān)的金屬時，方法優(yōu)選地包括以下步驟:
[0067]a.從數(shù)據(jù)庫或查找表找回在金屬探測器的所需操作頻率下對輸出信號做出的調(diào)整；
[0068]b.將輸出信號調(diào)整至存儲在數(shù)據(jù)庫或查找表中的調(diào)整值以補償測量輸出信號時的任何噪音或延遲。
[0069]在掃描調(diào)查研究中的產(chǎn)品以在金屬探測器的給定操作頻率下探測金屬污染物的過程中，系統(tǒng)(例如，處理器)從數(shù)據(jù)庫或查找表找回對輸出信號做出的調(diào)整，并且隨后將輸出信號調(diào)整到存儲在數(shù)據(jù)庫或查找表中的調(diào)整值，以補償測量輸出信號時的任何延遲。優(yōu)選地，對于存儲在數(shù)據(jù)庫或查找表中的調(diào)整，補償輸出信號的相位和/或量值。在輸出信號的補償之后，由于調(diào)查研究中的產(chǎn)品與磁場的相互作用產(chǎn)生的輸出信號的第一或第二分量中的測量出的輸出信號將表示已經(jīng)被補償任何噪音或延遲的輸出信號的“真實”第一或第二分量。同樣，由于產(chǎn)品與磁場的相互作用產(chǎn)生的輸出信號的第二或第一分量中的測量表示已經(jīng)被補償任何噪音或延遲的輸出信號的“真實”第二或第一分量。在沒有任何形式的補償?shù)那闆r下，輸出信號的第一或第二分量和輸出信號的第二或第一分量將領(lǐng)先或滯后于輸出信號的“真實”第一和/或第二分量。
[0070]每次使用金屬探測器來在給定頻率下測試調(diào)查研究中的產(chǎn)品時，金屬探測器(更具體來說處理器)從查找表找回適當(dāng)?shù)男Ｕ驍?shù)，并且對輸出信號(更具體來說對參考信號)做出適當(dāng)?shù)男Ｕ?，以補償輸出信號中的任何噪音或延遲。優(yōu)選地，對于存儲在數(shù)據(jù)庫或查找表中的調(diào)整，補償輸出信號的相位和/或量值。更具體來說，將輸出信號校準(zhǔn)到固定參考點以使得在給定頻率下從調(diào)查研究中的產(chǎn)品做出的任何策略是相對于此固定參考點做出。優(yōu)選地，對輸出信號調(diào)整以補償本發(fā)明的第二實施例中論述的輸出信號中的任何噪音或延遲可以接合補償如通過本發(fā)明的第一實施例論述的輸出信號中的任何不平衡來使用。
[0071]如參照本發(fā)明的第一實施例所論述，金屬探測器可以是變頻金屬探測器，由此驅(qū)動電路包括布置成使得線圈系統(tǒng)在由所述多個開關(guān)的操作所確定的頻率下被驅(qū)動的所述多個開關(guān)。由于變頻金屬探測器在大頻率范圍上操作，所以數(shù)字地補償輸出信號中的任何噪音或延遲在測量的效率和精確度方面都提供優(yōu)于基于調(diào)諧電路的傳統(tǒng)金屬探測器的顯著益處。
[0072]優(yōu)選地，金屬探測器包括整流器來將探測線圈的輸出信號轉(zhuǎn)換成直流(DC)，這樣使得信號可以被數(shù)字化。這使得輸出信號能夠由微處理器(CPU)讀取。
[0073]具體描述
[0074]本發(fā)明的其他優(yōu)選特征和方面將從權(quán)利要求書和以下參照附圖進行的說明性描述顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0075]圖1是描繪金屬探測器的驅(qū)動信號和輸出信號的相對相位和振幅的矢量相位圖。
[0076]圖2是描繪由于金屬污染物產(chǎn)生的輸出信號的相對相位和振幅的矢量相位圖。
[0077]圖3是探測電路中的輸出信號的波形的示意圖。
[0078]圖4是示出位于探測線圈之間的機械平衡的金屬探測器的搜索頭中的線圈布置的透視圖。
[0079]圖5是用于一個范圍的操作頻率的探測電路中的輸出信號的波形的示意圖。
[0080]圖6是實施本發(fā)明的金屬探測器和皮帶運輸機的透視圖；
[0081]圖7是示出本發(fā)明的一個實施例的儀器的驅(qū)動電路的電路圖；
[0082]圖8a是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的產(chǎn)生和調(diào)整可調(diào)平衡信號以與線圈系統(tǒng)的輸出信號相接合的裝置的電路圖；
[0083]圖8b是描繪表不由圖8a中的電位計:Pot I和Pot 2調(diào)整的可調(diào)平衡彳目號:Vball和Vbal2的矢量線的矢量圖。
[0084]圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的產(chǎn)生和調(diào)整可調(diào)平衡信號以與線圈系統(tǒng)的輸出信號相接合的裝置的電路圖；
[0085]圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的產(chǎn)生和調(diào)整可調(diào)平衡信號以與線圈系統(tǒng)的輸出信號相接合的裝置的電路圖；
[0086]圖1la是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的校準(zhǔn)探測器線圈系統(tǒng)的平衡的步驟次序的流程圖；
[0087]圖1lb是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用以校準(zhǔn)探測器線圈的輸出信號的任何噪音的步驟次序的流程圖；
[0088]圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的探測電路的一部分的電路圖。
[0089]圖13a是描繪由于鐵氧體的相互作用在產(chǎn)生的輸出信號之間的相位關(guān)系的矢量圖。
[0090]圖13b是描繪由于含有金屬污染物的產(chǎn)品與“干凈”產(chǎn)品的相互作用在產(chǎn)生的輸出信號之間的相位關(guān)系的矢量圖。
[0091]圖14是示出根據(jù)一個特定產(chǎn)品類型的用以校準(zhǔn)探測器線圈系統(tǒng)的步驟次序的流程圖。
[0092]圖15是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于金屬污染物的產(chǎn)品測試中的步驟次序的流程圖。
[0093]詳細描述
[0094]典型的金屬探測器30在圖6中示出，并且包括具有搜索頭32和處理來自該頭的信號的控制單元38，該搜索頭32具有傳送帶36上的產(chǎn)品穿過其中的孔34。由圍繞孔并繞在非金屬框架上的三個線圈構(gòu)成的線圈系統(tǒng)(未示出)設(shè)在搜索頭內(nèi)。線圈系統(tǒng)包括中央驅(qū)動或發(fā)射器線圈和在驅(qū)動線圈的任一側(cè)的探測線圈。接收/探測線圈通常是相同的并且放在距發(fā)射器線圈相同距離處，這樣使得由驅(qū)動或發(fā)射器線圈提供的變化的磁場在接收線圈中產(chǎn)生電壓。如 WO 2006/087510 (Spectrum Inspect1n Systems Ltd)中所教不，探測線圈布置在與產(chǎn)品通過的方向垂直的平面中并且電氣并聯(lián)連接，并且每個探測線圈僅位于產(chǎn)品一側(cè)上。當(dāng)將探測線圈反向連接時，其輸出被抵消，從而產(chǎn)生零值，即，認(rèn)為探測線圈系統(tǒng)處于完全平衡狀態(tài)下。根據(jù)線圈系統(tǒng)的布置，探測線圈被反向連接以使得其產(chǎn)生的電壓抵消。通過如 WO 2006/087510 (Spectrum Inspect1n Systems Ltd)中所描述和不出的并聯(lián)探測線圈，與更常規(guī)的串聯(lián)布置相比，輸出信號的表觀功率與用于串聯(lián)布置的功率相同，但是用于兩個線圈的阻抗值是用于等同的串聯(lián)布置的阻抗值的四分之一。這大大減少由探測線圈拾取的諧波，這在驅(qū)動線圈由多個開關(guān)驅(qū)動時特別重要。
[0095]在特定實施例中，驅(qū)動線圈布置在與產(chǎn)品傳送方向垂直的平面中并且由能夠在產(chǎn)品穿過的孔內(nèi)產(chǎn)生強高頻的強大振蕩器驅(qū)動。
[0096]在特定實施例中，驅(qū)動線圈被驅(qū)動的頻率由多個開關(guān)確定。微處理器或控制器布置成跨電位差直接交替地連接驅(qū)動線圈，以使得驅(qū)動線圈在由開關(guān)操作所確定的操作頻率下被驅(qū)動，如國際專利申請 WO 2006/087510 (Spectrum Inspect1n Systems Ltd)中所描述。多個開關(guān)的開關(guān)使得在驅(qū)動信號的每個半周期期間，跨驅(qū)動線圈應(yīng)用的電位差被反轉(zhuǎn)。通過使用多個開關(guān)來控制對線圈系統(tǒng)的輸入，有可能編程控制器來操作多個開關(guān)以使得可以獲得任何所需的操作頻率。此外，借助于多個開關(guān)驅(qū)動線圈允許驅(qū)動線圈在比從單個傳統(tǒng)調(diào)諧電路能夠?qū)崿F(xiàn)的頻率數(shù)量大的頻率下被驅(qū)動。
[0097]參照圖7,驅(qū)動線圈40由驅(qū)動電路42控制，并且驅(qū)動電路42包括中央處理單元(CPU) 44、電子可編程邏輯器件(EPLD) 46和連接到四個場效應(yīng)晶體管(FETs) 50、52、54和56上的驅(qū)動器48，場效應(yīng)晶體管形成多個開關(guān)。四個FETs 50至56形成跨常規(guī)選擇的電位差的全波橋接電路，其中驅(qū)動線圈40跨橋接電路的輸出連接。例如，電位差可以常規(guī)地選擇為24伏。電位差跨驅(qū)動線圈40建立驅(qū)動電流Id。
[0098]可以使用替代的開關(guān)布置來替代使用四個FETs以形成圖7中所示的全波橋。例如，F(xiàn)ETs可以布置成形成半波橋(未示出)，由此兩個FETs僅用來形成橋的一端并且另一端被設(shè)置為O伏。由于驅(qū)動線圈40跨兩端連接，開關(guān)被布置成使得電流Id在一個半周期中通過驅(qū)動線圈流過一個FET并且在另一個半周期中通過另一個FET。本發(fā)明中可以允許其他類型的開關(guān)裝置來替代FET，例如，使用雙極性晶體管(BJT)。此外，將電流傳感器58連接在電源中，其輸出提供在線路60返回到CPU 44的信號。電路42另外包括跨相應(yīng)FETs 50至56連接的四個二極管50a至56a和跨電源連接的電容器62。CPU 44根據(jù)存儲在查找表中的信息來選擇存儲在電子可編程邏輯器件46中的一個驅(qū)動映射，隨后將適當(dāng)?shù)男盘柊l(fā)送到驅(qū)動器48以按預(yù)定方式重復(fù)地控制FETs 50至56的操作。在操作中，CPU 44,EPLD 46和驅(qū)動電路48產(chǎn)生精確頻率的方波和如應(yīng)用所需要的相位關(guān)系。WO 2006/087510 (SpectrumInspect1n Systems Ltd)中描述了圖7的驅(qū)動電路42的進一步操作。
[0099]探測線圈的諸如探測線圈放大器、相敏探測器等的探測電路處理來自探測線圈的輸出信號以饋送到水平探測器中，該水平探測器提供反饋回路給CPU以用于確定金屬污染物的存在及其類型。為了緩解由于不平衡的探測線圈產(chǎn)生的探測不精確，本發(fā)明提供一種自動平衡系統(tǒng)，該系統(tǒng)可主要由軟件控制并且由此允許自動平衡系統(tǒng)在比從純機械類型平衡可實行的頻率更大數(shù)量的頻率下平衡線圈系統(tǒng)，即，每個連續(xù)頻率之間的較小增量。本 申請人:意識到，通過基于驅(qū)動信號產(chǎn)生可調(diào)平衡信號由此可以調(diào)整/改變可調(diào)平衡信號的相位和/或振幅以使得當(dāng)在給定頻率下與線圈系統(tǒng)的輸出信號接合時，能夠發(fā)現(xiàn)振幅和相位使得當(dāng)在給定頻率下將平衡信號與線圈系統(tǒng)的輸出信號相接合時，將產(chǎn)生低于預(yù)定值的所得平衡信號。這對于探測器的許多操作頻率并且對于每個頻率進行重復(fù)，并且存儲產(chǎn)生所得平衡信號所必需的對可調(diào)平衡信號做出的調(diào)整，以用于在操作中使用那個特定頻率時重新調(diào)用。由于輸出信號具有相位分量和量值分量，所以平衡系統(tǒng)可以涉及在沒有物體的情況下補償相位或量值分量中的任一個或兩個以使輸出信號進入平衡狀態(tài)，例如使用矢量或坐標(biāo)代數(shù)。探測線圈的平衡狀態(tài)不必限于零，并且能夠提供可用測量結(jié)果的輸出信號的任何選定值適用于本發(fā)明。此外，通過顯著減少輸出信號，本發(fā)明還有助于防止輸出信號使得探測線圈放大器飽和。更重要的是，在探測線圈之間沒有任何產(chǎn)品的情況下減少輸出信號或使其無效有效地增加用于探測污染物的“凈空”電壓信號，而不會使得探測線圈放大器飽和，即，提供“開大”驅(qū)動信號的更多靈活性(在更大電壓范圍上操作，且由此增加用于探測金屬污染物的金屬探測器的靈敏度)。例如，金屬探測器具有探測電路，該探測電路具有峰間信號探測范圍，超過該范圍則探測電路將飽和，本 申請人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在探測線圈之間沒有任何產(chǎn)品的情況下，小于探測電路的信號范圍的峰間值大體上40% (更優(yōu)選地大體上小于10% )的閾值輸出信號或補償信號允許用于探測污染物的探測電路中的足夠“凈空”電壓，而不會使得探測放大器飽和。例如，典型的金屬探測器由此探測電路在+12伏至-12伏范圍中操作，如圖3中所示，補償信號大體上小于12伏的40% (4.8伏)，優(yōu)選地大體上小于12伏的15% (1.8伏)，更優(yōu)選地大體上小于10伏的10% (1.2伏)。這將分別允許大體上
7.2凈空電壓或大體上10.2凈空電壓或大體上10.8凈空電壓以用于探測目的。
[0100]存在許多方式來改變可調(diào)平衡信號以使得當(dāng)與輸出信號接合時，其有效地使輸出信號無效。術(shù)語“接合”覆蓋疊加或乘法或加法或減法或其任何接合。當(dāng)驅(qū)動線圈由多個開關(guān)驅(qū)動時(即，變頻金屬探測器)，輸出信號是不受控的格式，其除了一個或多個諧波之后通常還具有方波(或梯形波)。因此，為了精確地建立相等且相反的信號以抵抗此信號中的任何不平衡將是困難的。本 申請人:已經(jīng)意識到，通過產(chǎn)生可以在“試錯”過程中的連續(xù)步驟中改變的一個或多個可調(diào)平衡信號，可以建立將有效地使輸出信號中的任何不平衡無效或?qū)⑵錅p少到低于預(yù)定閾值的可調(diào)平衡信號。以下描述如何改變可調(diào)平衡信號以與輸出信號相接合并使其無效的三個實例。
[0101]圖8示出本發(fā)明的第一實施例的電路圖70，其是國際專利申請WO 2006/087510中描述的電路圖的改編，且因此共有的組件的作用類似。概括來說，圖7中所示的驅(qū)動電路由虛線輪廓/框42表示。為了簡化，驅(qū)動電路42包括中央處理單元(CPU)44、電子可編程邏輯器件(EPLD) 46和連接到四個場效應(yīng)晶體管(未示出)的驅(qū)動器48。為了簡化，圖7的驅(qū)動器48、FETs (50至56)和二極管(50a至56a)被表示為“驅(qū)動器”48。EPLD 46存儲多個驅(qū)動映射，每個驅(qū)動映射含有用于開關(guān)(FETs)的開關(guān)序列以在金屬探測器的相應(yīng)預(yù)定操作頻率下驅(qū)動該驅(qū)動線圈40。CPU 44根據(jù)驅(qū)動電路42的操作頻率從存儲在電子可編程邏輯器件46中的多個驅(qū)動映射選擇適當(dāng)?shù)尿?qū)動映射，以按預(yù)定方式控制開關(guān)的操作。替代地，驅(qū)動映射可以存儲在CPU中。一旦選擇了適當(dāng)?shù)尿?qū)動映射，則驅(qū)動映射根據(jù)時鐘振蕩器的振蕩頻率來控制EPLD的內(nèi)部時鐘振蕩器以按預(yù)定方式控制FETs的操作。FETs使得驅(qū)動電路42能夠提供操作線圈系統(tǒng)的頻率范圍。這提供確保以用于任何選定頻率的適當(dāng)且精確的方式控制開關(guān)的便利方式。EPLD 46可以是任何適合的可編程邏輯器件。在特定實施例中，EPLD可以是復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)或更復(fù)雜的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。
[0102]驅(qū)動電路42隨后建立如上所述的變頻的驅(qū)動信號來驅(qū)動該驅(qū)動線圈。除了驅(qū)動該驅(qū)動線圈40的信號之外，CPU 44結(jié)合EPLD 46用來基于驅(qū)動信號建立可調(diào)平衡信號。由于可調(diào)平衡信號源自驅(qū)動信號，所以可調(diào)平衡信號將在與驅(qū)動信號相同的頻率下操作。這在圖8a中表不為線88和90。因此，驅(qū)動/[目號和可調(diào)平衡/[目號具有相同頻率但是彼此具有固定的相位關(guān)系。在特定實施例中，驅(qū)動電路42產(chǎn)生兩個平衡信號，第一可調(diào)平衡信號Vball (88)和第二可調(diào)平衡信號Vbal2(90)。Vball88代表驅(qū)動信號的相內(nèi)分量(P信號)，并且相反，Vbal290代表驅(qū)動信號的正交分量(異相90°，0信號)。隨后可以將兩個平衡信號Vball和Vbal2調(diào)整或改變到當(dāng)與探測線圈的輸出信號92接合或疊加時有效地平衡線圈的程度，即，使得線圈中的任何不平衡無效。Vball和Vbal2稱為可調(diào)平衡信號或校正信號。在如圖8a中所示的特定實施例中，通過兩個電位計:Pot 1(71)和Pot 2(72)來改變或調(diào)整可調(diào)平衡信號。優(yōu)選地，電位計是數(shù)字電位計71、72，以使得電位計能夠由軟件或類似裝置控制。在特定實施例中，Pot 1(71)和Pot 2(72)由CPU分別通過虛線74和76控制。PotI (71)的末端連接以在范圍-P至+P下改變Vball的振幅，由此+P和-P彼此異相180°?？烧{(diào)平衡信號88和90根據(jù)其與驅(qū)動信號的關(guān)系被分成兩個部分。例如，Pot I的一端由與驅(qū)動信號處于相位88a中的可調(diào)平衡信號的分量來供給，以及另一端由驅(qū)動信號的大體上異相-180° 88b來供給(或代表)，因此通過控制電位計的滑臂(滑動接觸)的位置，可以在0°至180°的范圍內(nèi)改變Vball。+P和-P的不同波形可以圖解地表示為圖8a中的方波。相反，驅(qū)動信號的正交分量(Vbal2)的振幅可以通過Pot 2(72)來改變，以使得其覆蓋范圍+Q至-Q，且因此，+Q與-Q異相180° (參見圖8a)。與Pot I —樣，Pot 2 (72)的末端由具有分別表不驅(qū)動信號的正交分量的+90° (90a)和-90° (90b)的分量的可調(diào)平衡信號Vbal2來供給，這樣使得可以在范圍+90°至-90°內(nèi)改變Vbal2。因此，通過改變Vball和Vbal2，可以覆蓋驅(qū)動信號的相內(nèi)分量和正交分量中的全360°相角范圍。
[0103]本 申請人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過改變Vball和/或Vbal2的振幅，最終實現(xiàn)設(shè)置以使得當(dāng)與探測線圈的輸出信號接合或疊加時，有效地或大體上使輸出信號無效。在理想情況下，如果系統(tǒng)處于完全平衡狀態(tài)下，則輸出信號讀數(shù)應(yīng)為零。然而，在輸出信號的讀數(shù)為非零的情況下，系統(tǒng)通過將輸出信號與可調(diào)平衡信號接合來補償輸出信號中的任何偏離。Pot 1(71)和Pot 2(72)的末端并非必須由如上所述與驅(qū)動信號具有相角關(guān)系的可調(diào)平衡信號來供給。必要的是，可以通過Pot I和Pot 2將可調(diào)平衡信號Vball和/或Vbal2改變到當(dāng)與探測線圈的輸出信號接合或疊加時有效地或大體上使輸出信號無效或?qū)⑤敵鲂盘枩p少到平衡狀態(tài)(預(yù)定閾值)的程度。例如，供給到Pot 1(71)的一端的信號并不需要與驅(qū)動信號同相，且因此，供給到Pot 1(71)的另一端(或者由其代表)的信號并不需要與驅(qū)動信號異相180°。可以選擇相對于驅(qū)動信號的任何相角來使得Pot I覆蓋180°范圍。同樣，Pot2(72)的正交分量(Vbal2)并不需要與驅(qū)動信號相位正交，只要Pot 2覆蓋180°范圍(即，+90°至-90° )即可。可以調(diào)整Vball以使得Pot 1(71)的一端可以相對于驅(qū)動信號成任何任意相角。同樣，可以調(diào)整Vbal2以使得Pot 2(72)的一端可以相對于驅(qū)動信號成任何任意相角。舉例而言，可以調(diào)整Vball以使得Pot 1(71)的一端可以設(shè)置成相對于驅(qū)動信號成+45°，且因此，如果Pot I覆蓋180°范圍，則Pot I的另一端將設(shè)置成相對于驅(qū)動信號成+225°。同樣，可以調(diào)整Vbal2以使得Pot 2(72)的一端可以設(shè)置成相對于驅(qū)動信號成+110°，且因此，如果Pot 2覆蓋180°范圍，則Pot 2的另一端將設(shè)置成相對于驅(qū)動信號成+290°。在所有情況下，第一可調(diào)平衡信號Vball與第二可調(diào)平衡信號Vbal2不同相。如果在矢量圖上示意性地示出(參見圖Sb)，則代表第一可調(diào)平衡信號Vball和第二可調(diào)平衡信號Vbal2的矢量線由預(yù)定的固定相角bal分開，但是矢量線可以繞原點旋轉(zhuǎn)，矢量線的每次旋轉(zhuǎn)代表Vball和Vbal2相對于驅(qū)動信號的不同的任意角。圖8b中所示的P分量和Q分量分別代表與驅(qū)動信號同相(0° )的信號和與驅(qū)動信號正交同相(90° )的信號。
[0104]在特定實施例中，接合兩個信號(可調(diào)平衡信號88、90和輸出信號92)涉及在電壓加法器中將可調(diào)平衡信號88、90與輸出信號92疊加(如本領(lǐng)域中通常已知的)以產(chǎn)生接合的輸出信號92a。接合信號涉及計算可調(diào)平衡信號88、90與探測線圈的輸出信號92之間的差。這可以由圖1中的矢量圖來示意地表示。探測線圈中的不平衡由具有由矢量長度和相角確定的振幅的矢量Vout表示。為了使輸出信號Vout無效，在探測線圈之間沒有任何產(chǎn)品或用于“干燥產(chǎn)品”的情況下，改變可調(diào)平衡信號Vabs以使得其振幅和相角與輸出信號Vout大體上相等并且相反。
[0105]在HF(高頻)放大器84中的放大之后，接合的輸出信號92c由CPU 44通過線路81測量以確定線圈系統(tǒng)是否處于平衡狀態(tài)下。然而，金屬探測需要在所需頻率下的強磁場交變。此場由通過驅(qū)動器線圈的電流產(chǎn)生，并且與跨該場的電壓成比例。該場含有相當(dāng)大的諧波含量連同基本操作頻率。這種情況在驅(qū)動線圈由多個開關(guān)驅(qū)動的情況下惡化。更重要的是，存在由于諧波導(dǎo)致的接合輸出信號92a的峰值信號電壓可能使金屬探測器的探測電路飽和的風(fēng)險。為了防止一個或多個諧波觸發(fā)平衡信號的不平衡并由此導(dǎo)致對于確定線圈系統(tǒng)是否處于平衡狀態(tài)下的疑惑，使用低通濾波器78來在諧波被放大器84放大之前將其過濾掉，從而留下基本分量92b，即，產(chǎn)生比具有不規(guī)則形狀的波形的信號更“可行”且更可測量的更多正弦波形。盡管在圖8a中未示出，但是作為具有低通濾波器78來在電壓加法器82之后從輸出信號92a過濾掉諧波的替代或添加，輸出信號92和/或可調(diào)平衡信號88,90可以各自由低通濾波器單獨地過濾以由電壓加法器82來接合。與圖8a中所示的先前布置相反，通過單獨地過濾可調(diào)平衡信號88和90和/或輸出信號92以去除諧波，允許可調(diào)平衡信號由電位計或PLC或其他方式來有效地改變以補償輸出信號中的任何不平衡(與其形狀或波形無關(guān))。由于在去除諧波之后基礎(chǔ)信號更“可行”，所以這具有減少使得輸入信號平衡所需的調(diào)整次數(shù)的優(yōu)點。在特定實施例中，低通濾波器是可開關(guān)低通濾波器78以在不同的操作頻率下開關(guān)。在驅(qū)動線圈由產(chǎn)生正弦輸出信號的調(diào)諧電路驅(qū)動的情況下，產(chǎn)生極少或不產(chǎn)生諧波失真，且因此對于可開關(guān)低通濾波器的需要可以不是必要的。
[0106]為了使得CPU 44能夠測量輸出信號，則通過整流器80 (參見圖8a)來整流輸出信號92c以將交流信號轉(zhuǎn)換成DC信號。從圖8a中的點X獲得測量點。整流的信號由CPU44通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(未示出)讀出。DC信號的量值使得CPU能夠確定探測線圈系統(tǒng)的不平衡程度。諧波從輸出信號的去除通過從信號去除任何不需要的背景噪音而大大改進輸出信號的測量。通過線路81到CPU的反饋回路使得CPU能夠響應(yīng)輸出信號的測量來通過線路74和76調(diào)整電位計71、72中的一個或兩個的設(shè)置。借助于數(shù)字電位計，可調(diào)平衡信號可以由軟件控制。如果CPU注意到非零值或其處于不平衡狀態(tài)下，則CPU通過連續(xù)調(diào)整數(shù)字電位計71、72來改變可調(diào)平衡信號直到輸出信號達到零或低于閾值。改變可調(diào)平衡信號的一個實例是在連續(xù)步驟處增量地改變電位計71、72，并且每次改變數(shù)字電位計時，測量輸出信號直到達到補償信號。一旦輸出信號已經(jīng)無效或達到低于或等于給定頻率下的預(yù)定值，CPU存儲在那個頻率下對電位計:Pot 1(71)和Pot 2(72)的調(diào)整。更具體來說，一旦輸出信號無效或者已經(jīng)達到給定頻率下的最小閾值，則將對電位計(71，72)做出的調(diào)整存儲在數(shù)據(jù)庫或查找表中。
[0107]圖8a中同樣示出，聯(lián)接到CPU的EPLD建立輸入探測電路86 (示為虛線框)以用于建立金屬污染物的存在的兩個參考信號Vrefl和VMf2。除了建立上述用于驅(qū)動FETs的發(fā)射驅(qū)動信號和可調(diào)平衡信號之外，EPLD還建立輸入探測電路86中的參考信號Vrefl和Vref2。由于這些信號源自驅(qū)動信號，所以它們?nèi)烤哂邢嗤l率，但是具有固定的相位關(guān)系。稍后論述探測電路86的更多細節(jié)。
[0108]在本發(fā)明的替代實施例中，可以通過控制在本領(lǐng)域中通常已知的串聯(lián)或并聯(lián)的調(diào)諧電路96(R(電阻器)、L(電感器)和/或C(電容器))來調(diào)整/改變基于驅(qū)動信號的可調(diào)平衡信號。與圖8中所示的布置一樣，可調(diào)平衡信號88是基于通過在所需頻率下激勵晶體振蕩器來產(chǎn)生信號(參見圖9中的線路88(a和b))隨后饋送到調(diào)諧電路96中來產(chǎn)生的驅(qū)動信號。在示出驅(qū)動電路的替代布置的圖9中，包括電位計98、電感器102和電容器100的調(diào)諧電路96串聯(lián)。電位計98可以用來改變可調(diào)平衡信號的振幅，并且電容器100/電感器102可以用于改變可調(diào)平衡信號88的相角。與先前實施例一樣，使用數(shù)字電位計、數(shù)字電容器和數(shù)字電感器使得它們各自的電阻、電容和電感主要通過使用CPU44的軟件經(jīng)由線路74來改變。替代地，可以使用電位計與電容器或電位計與電感器的接合中的任一個。如上所述，對于每個操作頻率重復(fù)確定線圈系統(tǒng)的平衡狀態(tài)的整個過程，由此來自探測線圈的輸出信號92與可調(diào)平衡信號88在電壓加法器82中接合從而產(chǎn)生接合的輸出信號92a。在給定頻率下測量接合的輸出信號之后，通過反饋回路81將線圈系統(tǒng)中的任何不平衡饋送到CPU，CPU又通過經(jīng)由線路74改變電位計和/或電容器和/或電感來改變可調(diào)平衡信號，以建立可調(diào)平衡信號88從而有利地平衡輸出信號中的任何不平衡或使其無效。諸如低通濾波器78的剩余特征結(jié)構(gòu)與圖8a中所示的先前實施例中所論述的作用類似。更重要的是，在接合可調(diào)平衡信號與輸出信號之后，低通濾波器的位置可以在電壓加法器82后面。替代地，可調(diào)平衡信號88和輸出信號在由電壓加法器82接合之前可以各自通過低通濾波器單獨地過濾。由于固有的是電容器或電感器中的信號分別領(lǐng)先或滯后于電位計中的信號90°，所以這將僅允許可調(diào)平衡信號的相角調(diào)整在+/-90°之間變化，這可能不覆蓋使得來自探測線圈的輸出信號無效所必需的全范圍。同樣，如本發(fā)明的第一實施例中所論述，聯(lián)接到CPU的EPLD建立輸入到探測電路86 (示出為虛線框)中的兩個參考信號Vrefl和Vref2。稍后論述探測電路86的進一步細節(jié)。
[0109]在本發(fā)明的另一個替代實施例中并且在圖10中所示的驅(qū)動電路42布置中所示，使用適合的驅(qū)動器軟件，聯(lián)接到EPLD 46的CPU 44本身可以用來產(chǎn)生和改變可調(diào)平衡信號88以有效地使得探測線圈中的任何不平衡無效。例如，CPU 44可以被編程以選擇存儲在EPLD中或CPU本身中的驅(qū)動映射以控制EPLD 46的時鐘振蕩器從而在適當(dāng)頻率下產(chǎn)生信號88?？烧{(diào)平衡信號的振幅和/或相角由CPU改變以使得當(dāng)與電壓加法器82中的輸出信號92接合時，有效地使得探測線圈中的任何不平衡無效。諸如FPGA的復(fù)雜EPLD允許比傳統(tǒng)可編程邏輯器件更加復(fù)雜，從而允許CPU在任何給定頻率下建立振幅和相角變化的可調(diào)平衡信號。同樣與先前實施例相同，在由放大器84放大之后，在給定頻率下測量接合的輸出信號92c并且通過反饋回路81將線圈系統(tǒng)中的任何不平衡饋送到CPU，CPU又改變可調(diào)平衡信號以建立可調(diào)平衡信號88從而有效地平衡輸出信號中的任何不平衡或使其無效。
[0110]本領(lǐng)域通常已知用來在一個或多個頻率下產(chǎn)生和調(diào)整信號的相位和振幅的其他裝置可以用作可調(diào)平衡信號。實例包括使用外差法、合成器、調(diào)諧電路、數(shù)字控制的晶體振蕩器等?，F(xiàn)代CPU在高時鐘速度下(例如，超過66MHz)運行并且具有適合的驅(qū)動器軟件的能力甚至可以允許可調(diào)平衡信號主要基于現(xiàn)代CPU的時鐘速度。同樣，本發(fā)明中驅(qū)動線圈被驅(qū)動的頻率并不限于如WO 2006/087510 (Spectrum Inspect1n Systems Ltd)中所教不的多個開關(guān)，并且驅(qū)動線圈的操作頻率可以由其他裝置提供。例如，驅(qū)動線圈可以由如傳統(tǒng)的金屬探測器(參見WO 02/25318 (Safeline Limited))中發(fā)現(xiàn)的調(diào)諧電路來驅(qū)動。替代地，驅(qū)動線圈可以由任何適合的數(shù)字控制的振蕩器或合成器驅(qū)動甚至源自CPU的時鐘速度。同樣地，并非必須使用源自用來驅(qū)動該驅(qū)動線圈的驅(qū)動信號的可調(diào)平衡信號，而是可以使用振幅和相位可以改變的另一個源的分開的獨立信號。在所有情況下，可調(diào)平衡信號的頻率將需要被調(diào)整成使得其與驅(qū)動信號的頻率相同。結(jié)合CPU并且在給定頻率下，可以改變獨立可調(diào)平衡信號的振幅和相角以使得可以有效地使得線圈系統(tǒng)中任何探測到的不平衡無效或?qū)⑵錅p少到低于預(yù)定閾值。
[0111]圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用來通過可調(diào)平衡信號使得探測線圈的輸出信號無效的步驟次序的流程圖。圖1la中所示的流程圖中描述的過程通常在運輸?shù)筋櫩偷攸c之前在工廠地點執(zhí)行(即，在第一個制造商處)。然而，可以在顧客地點重復(fù)該過程以滿足由于在金屬探測器的運輸或移動過程中在顧客地點處使用一段時間之后線圈的移動造成的線圈的任何不平衡(例如，作為例行程序)。在金屬探測器的最初啟動104過程中，系統(tǒng)首先初始化106。這可以涉及將其內(nèi)存從先前的校準(zhǔn)設(shè)置重置或者從其內(nèi)存找回校準(zhǔn)信息。在探測器中沒有物體的情況下，系統(tǒng)隨后自動地掃描由金屬探測器操作的頻率范圍(從F = X到F = y),并且對于每個頻率，CPU如上所述測量輸出信號110。例如,可以在連續(xù)步驟中改變驅(qū)動信號的頻率，例如10Hz。如果CPU注意到信號處于平衡狀態(tài)下112，這對于完全平衡的系統(tǒng)來說讀數(shù)將為零，則CPU移動到范圍中的下一個頻率113。然而，如果CPU意識到系統(tǒng)未處于平衡狀態(tài)下，S卩，輸出信號不為零，則CPU調(diào)整(步驟111)可調(diào)平衡信號。這將增量地進行。例如，在如圖8a中所示的本發(fā)明的第一實施例中，CPU指示電位計增量地調(diào)整平衡信號，并且每次調(diào)整電位計時測量輸出信號以確定其是否達到低于預(yù)定補償值。替代地，可以在步驟110之前增加另外的步驟(圖1la中未示出)，由此在給定頻率下，在探測器中沒有物體的情況下系統(tǒng)通過將已知可調(diào)平衡信號應(yīng)用到輸出信號來開始。例如，在本發(fā)明的第一實施例中，可以通過將電位計的滑臂放在電阻元件上的預(yù)定位置處從而形成電位計(例如，通過將電位計位置居中)來獲得應(yīng)用已知可調(diào)平衡信號。如果(PU注意到信號處于平衡狀態(tài)112，這對于完全平衡的系統(tǒng)來說讀數(shù)將為零，則CPU移動到范圍中的下一個頻率113，并且對于下一個頻率重復(fù)如上所述將已知可調(diào)平衡信號應(yīng)用到輸出信號的過程。然而，如果CPU意識到系統(tǒng)未處于平衡狀態(tài)，即，輸出信號不為零，則CPU調(diào)整(步驟111)可調(diào)平衡信號，例如在此實例中通過調(diào)整電位計直到可調(diào)平衡信號有效地平衡輸出信號。一旦輸出信號達到了低于閾值的值，則將調(diào)整存儲在數(shù)據(jù)庫中114。這表示在那個給定操作頻率下使得輸出信號無效所需的調(diào)整。
[0112]在一些情況下，在來自探測線圈和相關(guān)電路(例如，高頻放大器)的輸出信號在每次測量輸出信號的過程中波動的情況下，可以在每次測量之間引入時間延遲以允許信號穩(wěn)定。優(yōu)選地，系統(tǒng)在探測器的最初啟動過程中在每個頻率下校準(zhǔn)輸出信號。這使得在金屬探測器的最初“準(zhǔn)備活動”過程中涉及的時間延遲(在一些情況下可以超過20分鐘)將允許對于信號來說有足夠時間在每次校準(zhǔn)測量過程中實現(xiàn)穩(wěn)定。
[0113]一旦存儲了輸出信號無效平衡信號，則CPU移動到下一個操作頻率。對于由金屬探測器操作的其他頻率重復(fù)此過程116。最終建立示出在每個對應(yīng)頻率下對可調(diào)平衡信號做出的調(diào)整的表。在用于污染物探測的使用中，對于每個給定頻率，系統(tǒng)例如從數(shù)據(jù)庫找回所存儲的調(diào)整以產(chǎn)生必要的可調(diào)平衡信號來平衡由于探測線圈系統(tǒng)的不平衡產(chǎn)生的信號。在本發(fā)明的第一實施例的情況下，例如，建立示出在一個或多個連續(xù)頻率下電位計(Pot I和Pot 2)的調(diào)整的表。實際上，根據(jù)存儲在查找表中的信息的CPU控制數(shù)字電位計的操作。此步驟可以在獲得輸出信號的每個讀數(shù)的過程之中或之后立即執(zhí)行，或者可以在當(dāng)對于可能的頻率范圍已經(jīng)確定了有待測試的產(chǎn)品的所有測量結(jié)束時執(zhí)行。
[0114]圖1la中所示的流程圖中所描述的過程可以使用具有適合的處理器的任何計算機來執(zhí)行。同樣，在沒有任何物體的情況下，系統(tǒng)可以另外使用模糊邏輯來對于任何給定頻率來周期性地測量輸出信號，并且通過平衡系統(tǒng)所必需的調(diào)整來持續(xù)地更新數(shù)據(jù)庫，即，系統(tǒng)持續(xù)地學(xué)習(xí)平衡輸出信號以提供平衡的系統(tǒng)。處理器可以使用諸如PROM、EPROM或?qū)Ｓ秒娮与娐返钠渌Ｒ?guī)裝置來實施。
[0115]為了重新平衡系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地使用軟件或類似物來自動地重新配置探測器。對于機械平衡設(shè)置在樹脂中的情況而言，這去除了對于破壞樹脂以允許彎環(huán)或線圈以便再次自由移動的需要。此外，圖1la的流程圖中所示的以上校準(zhǔn)步驟可以與上述任何機械平衡25接合或結(jié)合使用。例如，對于輸出信號中諸如超過探測范圍的40%的任何大的不平衡來說，可以優(yōu)先于軟件技術(shù)使用機械平衡，因為這容易對信號提供粗略調(diào)整。為了對探測線圈系統(tǒng)提供非常精細的調(diào)整，可以如圖1la中的流程圖中所描述使用軟件或電子方法。
[0116]如以上參照圖1中所示的矢量圖所論述，調(diào)查研究中的產(chǎn)品在探測線圈系統(tǒng)之間的相互作用產(chǎn)生兩個信號分量，稱為電阻和電抗信號，這告訴探測者關(guān)于產(chǎn)品與磁場的相互作用。諸如銅或不銹鋼的大傳導(dǎo)性產(chǎn)品將產(chǎn)生具有大電阻分量的輸出信號。另一方面，由于材料中的損耗，來自不良導(dǎo)體但是完美或近乎完美的磁性材料(諸如鐵磁體)的輸出信號的分量將大體上與電阻分量相位正交(即，電抗分量)。在電阻分量與驅(qū)動信號同相的理想情況下，則來自鐵磁體的信號將因此與驅(qū)動信號相位正交。來自接收器線圈的輸出信號將根據(jù)產(chǎn)品的傳導(dǎo)性來改變。例如，不同類型的產(chǎn)品將與磁場的相互作用不同，每個產(chǎn)品具有電阻分量和電抗分量且因此具有特征相角。輸出信號的電抗分量與電阻分量之間的相角對于調(diào)查研究中的那個特定產(chǎn)品而言將是有效的“簽名”。由圖8、9和10中的虛線框表示的探測電路86 (參見圖12)和與諸如相敏探測器122、123、低通濾波器124、126、放大器128、129以及水平探測器130的探測電路相關(guān)的分量可以在WO 2006/087510 (SpectrumInspect1n Systems Ltd)中描述，由此聯(lián)接到CPU 44的EPLD 46建立與高頻放大器84的輸出92 —起分別輸入到相敏探測器122、123中的兩個參考信號Vrefl和Vref2。參考信號Vrefl和Vref2源自驅(qū)動信號，且因此與驅(qū)動信號的頻率相同。在理想世界中，參考信號Vref1和Vref2的相角被調(diào)整成使得參考信號之一(例如，Vref1)與驅(qū)動信號同相(電阻分量)并且另一個參考信號(例如，Vref2)與驅(qū)動信號相位正交(電抗分量)。
[0117]當(dāng)這些與由于產(chǎn)品與磁場相關(guān)作用產(chǎn)生的輸出信號92c —起分別輸入到相敏探測器122、123中時，相敏探測器將參考信號Vref\、Vref2與輸出信號進行比較，且由此，相敏探測器之一選擇輸出信號的與驅(qū)動信號同相的分量(標(biāo)記為P’信號)并且另一個相敏探測器選擇輸出信號的與驅(qū)動信號相位正交的分量(標(biāo)記為Q’信號)。例如，P’信號代表輸出信號的測量出的“電阻分量”并且Q’信號代表輸出信號的測量出的“電抗分量”。這與以上論述的直接源自驅(qū)動信號并且因此具有與驅(qū)動信號同相的分量和與驅(qū)動信號相位正交的分量的P信號和Q信號相反。這并不是說輸出信號可以具有與驅(qū)動信號同相的P’分量和與驅(qū)動信號相位正交的Q’分量，即，分量P和P’同相并且分量Q和Q’同相。在P’信號與驅(qū)動信號同相并且Q’信號與驅(qū)動信號相位正交的情況下，則當(dāng)諸如鐵氧體或鐵氧體棒的完美磁性材料穿過接收器線圈之間時，將預(yù)期相對弱或沒有指示弱傳導(dǎo)材料分量的P’信號和指示強磁性材料的強Q’信號。事實上，并非完全如此并且諸如鐵氧體的完美磁性材料呈現(xiàn)電抗分量和顯著的電阻分量從而導(dǎo)致來自驅(qū)動信號的相角的稍微偏移。相角的此偏移可以歸因于探測系統(tǒng)中噪音的存在，并且可以歸因于監(jiān)控或記錄或處理來自接收器線圈的輸出信號時的延遲。在產(chǎn)品與接收器線圈之間的磁場相互作用過程中，拾取信號的系統(tǒng)中存在稍微延遲。在產(chǎn)品是干燥產(chǎn)品(沒有導(dǎo)電性)的情況下，諸如硬冷凍產(chǎn)品，產(chǎn)生小相角。此延遲可以歸因于由于改變的磁場與調(diào)查研究中的產(chǎn)品的相互作用和隨后通過探測電子器件(例如，相敏探測器)探測接收器線圈中的信號產(chǎn)生的延遲。此延遲通常是特定金屬探測器的特征。從輸出信號的測量出的P’分量和正交Q’分量計算出的輸出信號的相角(tan = P’/Q’)是調(diào)查研究中的產(chǎn)品類型的特征。不同類型的產(chǎn)品將產(chǎn)生不同的相角。在不補償輸出信號中的此延遲的情況下，呈現(xiàn)極少或沒有導(dǎo)電性的諸如干燥產(chǎn)品的產(chǎn)品可以產(chǎn)生由探測電路探測到的顯著信號，且因此產(chǎn)生與“真實”相角(其是調(diào)查研究中的產(chǎn)品的特征)的不希望的相角偏移S。為了補償此延遲，在參考信號Vrefl和/或Vref2中引入延遲因數(shù)，這樣使得在測試調(diào)查研究中的產(chǎn)品的過程中，對于此相角偏移δ來校正輸出信號。
[0118]為了測量此延遲因數(shù)，當(dāng)鐵氧體棒在給定頻率下通過探測線圈之間時，調(diào)整參考信號Vrefl和/或VMf2。參考信號Vrefl和/或Vref2大體上相對于彼此相位正交，以表示輸出信號的電抗分量和輸出信號的電阻分量(以模仿相對于電阻分量相位正交的電抗分量)。由于將鐵氧體認(rèn)為是完美的磁性材料，則理論上來自探測線圈的輸出信號將主要是電抗，即，展現(xiàn)強Q’信號。隨后可以調(diào)整參考信號Vrefl和/或Vref2以區(qū)分任何產(chǎn)生的P’信號，從而留下純Q’信號，如對于鐵氧體所預(yù)期的那樣。這在圖13a中所示的矢量圖中得到論證。矢量Vf代表由于鐵氧體與探測線圈之間的磁場的相互作用產(chǎn)生的具有P’分量和Q’分量的輸出信號。輸出信號Vf與電阻分量的相位關(guān)系是角度f。為了區(qū)分輸出信號的P’分量，調(diào)整參考信號以有效地使得輸出信號Vf是正交分量，S卩，Q’分量。調(diào)整參考信號以使得當(dāng)由相敏探測器122、123比較參考信號和輸出信號時，由于鐵氧體與磁場的相互作用產(chǎn)生的P’分量將大體上產(chǎn)生零輸出并且輸出信號主要變成Q’信號。通過在存在鐵氧體的情況下在輸出信號的Q’與P’分量之間建立最大和最小關(guān)系，系統(tǒng)可以容易識別對于探測系統(tǒng)中的任何噪音或延遲補償探測線圈，即，實現(xiàn)Q’分量代表輸出信號的“真實”電抗分量的條件。當(dāng)達到此條件時，將在給定頻率下對參考信號Vrefl和Vref2做出的調(diào)整存儲在查找表或數(shù)據(jù)庫中以供以后找回。替代地，系統(tǒng)可以計算并比較輸出信號的Q’分量與P’分量之間的差，以使得當(dāng)Q’分量與P’分量之間的差達到最大值時校準(zhǔn)系統(tǒng)。例如，在存在鐵氧體的情況下通過使分量(Q’或P’)之一等于零來實現(xiàn)最大值。
[0119]參考信號Vrefl和Vref2與輸出信號之間的關(guān)系可以由以下等式(I)來解釋。相敏探測器(PSD) 122、123的輸出Vol由以下給出:
[0120]Vol = K.VinCos (I)
[0121]其中k是常數(shù)，
[0122]Vin是在HF放大器84的輸出端的PSD的輸入信號(即，輸出信號)并且A是Vin與Vrefl或Vref2之間的相差。
[0123]為了補償?shù)艋騾^(qū)分相對于電抗信號異相90°的信號,參考信號Vrefl和Vref2被設(shè)置成使得它們大體上相對于彼此相位正交。因此，當(dāng)參考信號(Vrefl或Vref2)與輸出信號之間的相角Vin是90°時，Cos 90°為零并且因此輸出信號的分量已經(jīng)被區(qū)分或補償?shù)?，因為根?jù)等式1，Vo也是零。在存在鐵氧體的情況下，當(dāng)相敏探測器之一的輸出被調(diào)整成讀數(shù)大體上為零時，則在理論上，來自另一個相敏探測器的輸出應(yīng)最大，因為這代表輸出信號的電抗分量。這是因為電抗分量與電阻分量相位正交，并且因為參考信號Vrefl和Vref2被設(shè)置成相對于彼此相位正交，則在理論上，來自另一個PSD的讀數(shù)將最大。在存在鐵氧體的情況下，PSD 122、123之間的這種關(guān)系使得用戶能夠確定探測系統(tǒng)是否處于補償?shù)臓顟B(tài)下。
[0124]應(yīng)注意，輸出信號P’和Q’的分量不必分別與驅(qū)動信號同相和相位正交，并且可以在任何任意角度。輸出信號的P’與Q’分量之間的相角主要由參考信號Vrefl和Vref2相對于驅(qū)動信號的相角指示。因此，盡管可以源自驅(qū)動信號，但是參考信號Vrefl和Vref2可以調(diào)整在相對于驅(qū)動信號的任何任意相角。這可以通過使用如以下將論述的復(fù)雜邏輯電路(EPLD)實現(xiàn)。例如，如果一個參考信號Vrefl被設(shè)定在相對于驅(qū)動信號成45°并且另一個參考信號Vrefl被設(shè)定成與此正交(S卩，相對于驅(qū)動信號成135° )以使得它們分開90°，則當(dāng)與產(chǎn)品的輸出信號接合時，Vrefl選出相位與驅(qū)動信號成45°的信號并且Vref2選出與驅(qū)動信號成135°的信號。如果調(diào)查研究中的產(chǎn)品是鐵氧體并且為了進行解釋，來自鐵氧體的輸出信號位于相對于驅(qū)動信號成45°相角，則Vref2有效地從鐵氧體區(qū)分出輸出信號(因為A = 90° )，且因此在其他相敏探測器中Vrefl主要占據(jù)輸出信號，因為Vrefl與輸出信號同相。由于鐵氧體代表完全磁性條件，則將認(rèn)為Vrefl與來自鐵氧體的輸出信號的接合位于電抗軸線上，并且與該接合相位正交的信號將是電阻分量。這可以在圖13a中通過將矢量Vf有效地旋轉(zhuǎn)適合的校正角度(90° -f)以使得輸出信號Vf大體上位于Q’軸線(電抗軸線)上來論證。通過將此P’信號補償?shù)?，金屬探測器非常穩(wěn)定并且實現(xiàn)用于未來測試的最佳性能。參考信號Vrefl和Vref2被一起改變或調(diào)整同時維持二者之間的相角差恒定。由于電抗分量與電阻分量相位正交，所以Vrefl與Vref2之間的相角通常設(shè)置在大體上90°，這樣使得來自相敏探測器之一的輸出代表輸出信號的電抗分量而另一個相敏探測器代表輸出信號的電阻分量。
[0125]然而，參考信號Vrefl與Vref2之間的相角可能并不限于彼此相位正交，因為其優(yōu)選地允許設(shè)置系統(tǒng)來探測來自第一相敏探測器(PSD)的輸出信號等于或低于第一預(yù)定閾值，并且來自第二相敏探測器(PSD)的輸出信號等于或高于第二預(yù)定閾值，閾值主要由CosA確定，其中A在0°與180°之間變化。因此，參考Vrefl或Vref2的相角可以不必與鐵氧體的電阻分量相位正交，其可以在一些其他角度以使得當(dāng)在相敏探測器中比較來自鐵氧體的輸出信號與參考信號時，來自相敏探測器的輸出低于或等于第一預(yù)定閾值。同樣，其他參考信號可能不與電抗信號同相，而是在一些其他角度從而使得來自第二相位探測器的輸出高于或等于第二預(yù)定閾值。第一預(yù)定閾值是鐵氧體的電阻分量的指示，而第二預(yù)定閾值是鐵氧體的電抗分量的指示。例如，當(dāng)為了區(qū)分來自鐵氧體的輸出信號的電阻分量時，有必要通過調(diào)整參考信號Vref I或Vref2來調(diào)整參考信號以使得參考信號與來自鐵氧體的輸出信號相位正交，這樣使得其稍微低于或高于90°，這將產(chǎn)生除了大體上零的輸出，例如Cos89° =0.017。同樣，可以調(diào)整其他參考信號Vref2或Vrefl以使得其并不精確地與來自鐵氧體的輸出信號同相，但是在一些其他任意相角使得當(dāng)來自其他PSD的輸出達到高于或等于不同于0° (例如Cos 5° = 0.0996)的第二預(yù)定閾值時實現(xiàn)最大值。因此，在存在鐵氧體的情況下，參考信號Vrefl與Vref2之間的相差不需要精確地分開90°而是一些其他任意預(yù)定相角，以便從一個參考信號Vrefl或Vref2產(chǎn)生最大閾值并且從另一個參考信號Vref2或Vrefl產(chǎn)生最小閾值。第一和第二預(yù)定閾值的大小將取決于用戶視為可接受的程度。例如，在存在鐵氧體的情況下，當(dāng)相角與輸出信號的電抗分量和電阻分量成+/-5°時，可以實現(xiàn)可接受的校準(zhǔn)。以此范圍為例，參考信號之間的相角可以在95°與85°之間變化。
[0126]在特定實施例中，EPLD (電子可編程邏輯器件)可以被編程(例如，通過軟件)以通過分別向代表P’信號的參考信號Vrefl和代表正交分量的參考信號Vref2引入延遲因數(shù)(例如，通過調(diào)整高速計數(shù)器或漂移注冊器)Dl (121a)和D2(121b)來改變/調(diào)整參考信號Vrefl和Vref2。在本發(fā)明的另一個實施例中，可以在連續(xù)步驟中增量地調(diào)整參考信號Vrefl和Vref2，同時維持其彼此之間的相位關(guān)系，并且在每次調(diào)整參考信號Vrefl和Vref2時，監(jiān)控來自相敏探測器122、123的輸出以查看來自鐵氧體的輸出信號在輸出信號的一個方向上是否等于或低于第一預(yù)定閾值，并且在輸出信號的另一個方向上是否高于或等于第二預(yù)定閾值。在參考信號Vrefl和Vref2相對于彼此相位正交的情況下，則當(dāng)參考信號Vrefl或Vref2與輸出信號相位正交時(即A = 90°，Cos A = O)補償?shù)艋騾^(qū)分出輸出信號，并且因此當(dāng)它們分別與輸出信號同相時產(chǎn)生最大值。在參考信號是基于由EPLD獲得和控制的信號的情況下，則EPLD可以數(shù)字化編程以在連續(xù)步驟中自動地改變參考。
[0127]一旦對系統(tǒng)中的噪音或延遲進行了校準(zhǔn)，則來自鐵氧體的輸出信號和VMfl和VMf2分別由相敏探測器122、123補償，以便通過對由于探測電子器件中的延遲產(chǎn)生的此相角偏移進行調(diào)整來選擇“校正的”P’信號(P"信號)和“校正的”Q’信號(Q"信號)。在存在鐵氧體的情況下，校正的Q"信號將主要占據(jù)輸出信號，其中具有極少或沒有P"信號。將在給定頻率下對參考信號VrefI和/或Vref2做出的校正電子地存儲在查找表或數(shù)據(jù)庫中，以供以后在金屬探測器在那個頻率下操作的任何時間進行找回。在變頻金屬探測器由此通過多個開關(guān)的操作來提供頻率范圍的情況下，在不同的操作頻率下重復(fù)對參考信號VMfl和/或VMf2做出的校正以補償此延遲因數(shù)。最終建立查找表，其示出在不同操作頻率下需要對參考信號VMfl和/或VMf2做出的校正因素以補償此延遲因數(shù)。由于此延遲通常是特定金屬探測器的特征，所以提供此校準(zhǔn)可以在運出到顧客地點之前在工廠地點執(zhí)行，即，在第一制造商處執(zhí)行。圖1lb是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用來對于任何噪音或延遲補償輸出信號的步驟次序的流程圖。在金屬探測器的最初啟動170過程中，系統(tǒng)首先初始化172。這可以涉及將其內(nèi)存從先前的校準(zhǔn)設(shè)置重置或者從其內(nèi)存找回校準(zhǔn)信息。在探測信號之間存在鐵氧體的情況下，系統(tǒng)隨后自動地掃描由金屬探測器操作的從F = X到F = y的頻率范圍，并且對于每個頻率，CPU如上所述測量輸出信號176。與參照圖1la所描述的自動平衡程序相同，可以在連續(xù)步驟中改變驅(qū)動信號的頻率。如果系統(tǒng)注意到在給定頻率下，來自鐵氧體的輸出信號不在電抗區(qū)域中，即，PSD 122、123都產(chǎn)生可測量輸出，則調(diào)整參考信號179以使得在一個方向上輸出信號被補償?shù)舨⑶以诹硪粋€方向上(真實電抗方向)主要占據(jù)輸出信號。換言之，調(diào)整參考信號179以使得從PSD 122、123建立最大和最小關(guān)系。這表示輸出信號的類似于電抗分量的真實Q’分量和輸出信號的類似于真實電阻分量的真實P’分量。隨后將在那個給定頻率下對參考信號做出的調(diào)整存儲180在查找表或數(shù)據(jù)庫中以供以后找回。CPU隨后移動到范圍中的下一個頻率184并且重復(fù)整個過程。
[0128]每次使用金屬探測器來在給定頻率下測試調(diào)查研究中的產(chǎn)品時，金屬探測器(更具體地說處理器)從查找表自動地找回適當(dāng)?shù)男Ｕ驍?shù)以自動地調(diào)整參考信號Vrefl和/或Vref2以便補償探測系統(tǒng)中的延遲。一旦對于此延遲調(diào)整了參考信號，則來自調(diào)查研究中的產(chǎn)品的輸出信號將具有P"分量和Q"分量，即(校正的P’分量和校正的Q’分量)。
[0129]除了調(diào)查研究中的產(chǎn)品的相互作用和隨后的輸出信號測量中的延遲之外，還存在由于線圈系統(tǒng)的移動引起的噪音。線圈系統(tǒng)對于諸如由于探測線圈中的不理想噪音信號產(chǎn)生的振動的任何輕微移動非常靈敏。對于不呈現(xiàn)導(dǎo)電性的干燥產(chǎn)品來說，系統(tǒng)(微處理器)將對于輸出信號是由于磁場與干燥產(chǎn)品的相互作用產(chǎn)生還是由于噪音產(chǎn)生感到困惑，即，系統(tǒng)將發(fā)現(xiàn)難以將輸出信號與調(diào)查研究中的產(chǎn)品分開以及將輸出信號與單獨噪音分開。為了在給定頻率下補償此噪音，在探測線圈之間存在鐵氧體的情況下調(diào)整參考信號，因為鐵氧體與磁場的相互作用產(chǎn)生非常類似噪音的信號。補償此噪音的一種方式是通過在給定頻率下從鐵氧體區(qū)分或補償?shù)糨敵鲂盘?。換言之，調(diào)整參考信號以產(chǎn)生當(dāng)在相敏探測器中與來自鐵氧體的輸出信號相比較時有效地區(qū)分此信號的信號，即，來自鐵氧體的信號將用作固定參考點。因此，在存在具有極少或沒有導(dǎo)電性的干燥產(chǎn)品的情況下，將對于噪音進行輸出信號的補償以允許金屬探測器從已知的固定參考點工作。通過補償上述探測系統(tǒng)中的任何延遲，也將補償探測系統(tǒng)中的任何噪音。這是因為來自鐵氧體的輸出信號將用作固定參考點。
[0130]這與先前論述的自動平衡系統(tǒng)接合提供實現(xiàn)最佳性能的非常穩(wěn)定的金屬探測器。然而，補償探測系統(tǒng)中的任何噪音或延遲可以與如上所述用來補償輸出信號中的任何不平衡的校準(zhǔn)步驟無關(guān)。此外，用來數(shù)字化補償測量輸出信號時的任何延遲或噪音的步驟并不必限于變頻探測器并且可以作為附加設(shè)施應(yīng)用于其他傳統(tǒng)的金屬探測器以改進傳統(tǒng)的金屬探測器的精確度，例如，用來升級傳統(tǒng)的金屬探測器系統(tǒng)(例如，基于調(diào)諧電路)。在特定實施例中，參照變頻金屬探測器來描述補償測量輸出信號時的噪音或延遲。
[0131]一旦在給定頻率下建立了需要對參考信號做出的調(diào)整并且將其存儲在查找表或數(shù)據(jù)庫中，則金屬探測器準(zhǔn)備好探測調(diào)查研究中的產(chǎn)品內(nèi)的任何金屬污染物?？赡艽嬖趦蓚€分開的查找表或數(shù)據(jù)庫來滿足對于線圈系統(tǒng)中的噪音或延遲和任何不平衡的補償。用補償值填入查找表或數(shù)據(jù)庫可以在運輸?shù)娇蛻籼幹霸诠S地點執(zhí)行。在沒有對噪音或延遲補償?shù)那闆r下，輸出信號將具有P’分量和Q’分量。將參照如上所述已經(jīng)對于延遲和/或不平衡被校正的P"(校正的P’值)和Q"(校正的Q’值)來描述以上描述中在給定頻率下P’和Q’值的測量。在給定頻率下，系統(tǒng)找回需要對參考信號做出的校正以使得當(dāng)在相敏探測器中與來自調(diào)查研究中的產(chǎn)品的輸出信號相接合時，產(chǎn)生已經(jīng)對于系統(tǒng)中的任何噪音或延遲和/或線圈系統(tǒng)中的不平衡被校正的校正的P"和Q"信號。校正的P"和Q’值可以由圖13b中所示的矢量圖示意性地表示。矢量Vp代表由于調(diào)查研究中的產(chǎn)品與探測線圈之間的磁場的相互作用產(chǎn)生的給定頻率下的輸出信號，其具有已經(jīng)對于系統(tǒng)中的任何延遲/噪音被校正的P"分量和Q"分量。通過考慮到探測電子器件中的任何延遲或噪音，來自鐵氧體的輸出信號將因此主要產(chǎn)生Q"信號和極少或沒有P"信號。
[0132]通過角度P，輸出信號Vp與驅(qū)動信號成相位關(guān)系。每個相敏探測器122、123的輸出被傳遞通過相應(yīng)的低通濾波器124、126，濾波器的輸出在傳遞到水平探測器和警報單元130之前由低頻放大器128、129放大。水平探測器130以P" (132a)和Q" (132b)值的形式向中央處理單元44提供反饋線路132 (a和b)。如果來自低頻放大器128、129中任一個的信號超出預(yù)定閾值，則單元130觸發(fā)警報。
[0133]由于產(chǎn)品與探測線圈之間的磁場相互作用產(chǎn)生的校正的P"和Q"值是特定產(chǎn)品的特征。不同產(chǎn)品類型將呈現(xiàn)不同的P"和Q"值(其是特定產(chǎn)品類型的特征)。因此，下一個程序是為特定產(chǎn)品校準(zhǔn)金屬探測器并且涉及在給定操作頻率下建立產(chǎn)品的P"和Q"值。這通常涉及取決于物體的特征(諸如其導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性水平)來為調(diào)查研究中的典型產(chǎn)品選擇金屬探測器的理想操作頻率。這確保如果金屬顆粒類型和大小使得在特定頻率下，由于金屬顆粒產(chǎn)生的此輸出信號的分量的相角對應(yīng)于來自單獨產(chǎn)品的輸出信號的相同相角，且因此由產(chǎn)品的輸出信號遮蔽，則在第二頻率下，兩個分量的相角將改變不同的量，從而使得來自金屬污染物的信號將與單獨產(chǎn)品產(chǎn)生的信號區(qū)別開。通過在不同的頻率之間切換，一個頻率應(yīng)為任何特定的金屬類型、大小和定向提供大體上最佳的靈敏度。這是產(chǎn)品校準(zhǔn)階段并且通常通過在一個范圍的不同操作頻率中手動地切換來進行，例如，取決于操作者的經(jīng)驗。替代地，產(chǎn)品校準(zhǔn)階段可以通過在多個不同頻率連續(xù)地掃描產(chǎn)品以取決于其導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性水平選擇理想頻率來探測金屬污染物從而使得產(chǎn)品內(nèi)的任何金屬顆粒將在不同頻率下經(jīng)歷掃描來自動地進行。通過借助于如上所述的多個開關(guān)來驅(qū)動線圈，系統(tǒng)允許從寬范圍的頻率選擇適合的頻率。
[0134]圖14中的流程圖示出參照圖8a中所示的電位計用以為調(diào)查研究中的特定產(chǎn)品類型校準(zhǔn)金屬探測器中的任何不平衡的步驟次序的實例。然而，圖14的流程圖中所示的步驟次序適用于其中通過調(diào)諧電路或EPLD來改變可調(diào)平衡信號的其他實施例。過程的第一階段涉及為調(diào)查研究中的特定產(chǎn)品選擇金屬探測器的理想操作頻率136。這通常取決于操作者的經(jīng)驗來手動地進行，但是可以如上所述自動地進行。一旦選擇了頻率，則處理器隨后設(shè)置金屬探測器以在那個頻率下操作。系統(tǒng)隨后搜索數(shù)據(jù)庫并從之前在對應(yīng)操作頻率下的校準(zhǔn)過程(參見圖1la)找回電位計138的所存儲的調(diào)整。隨后調(diào)整電位計以提供可調(diào)平衡信號(步驟140)。在圖9和10中所示的本發(fā)明的第二和第三實施例的情況下，系統(tǒng)分別從EPLD找回調(diào)諧電路的所存儲的調(diào)整或選擇適當(dāng)?shù)尿?qū)動映射。隨意通過可調(diào)平衡信號來補償輸出信號142，這樣使得考慮到在那個頻率下探測線圈系統(tǒng)中固有的任何不平衡。在探測線圈中沒有物體或“干燥產(chǎn)品”的情況下，測量出的輸出信號中沒有改變，即，對于完全平衡的系統(tǒng)而言輸出信號大體上等于零，在測試階段過程中對輸出信號不做出改變。因此，本發(fā)明的系統(tǒng)還可以提供動態(tài)校準(zhǔn)系統(tǒng)，由此在沒有任何物體的情況下輸出信號被持續(xù)更新以考慮到探測線圈系統(tǒng)中的任何不平衡。在給定頻率下接合或獨立地平衡輸出信號中的任何不平衡，可以在圖14中的步驟140與144之間執(zhí)行第二校準(zhǔn)(未示出)以補償在探測電子器件中記錄/測量信號時的任何噪音或延遲，如以上參照圖1lb所論述。為了便于解釋，當(dāng)對于探測系統(tǒng)中的任何噪音/延遲和/或不平衡補償輸出信號時，論述輸出信號的測量出的P"和Q"值(即，單獨或一起)。在金屬探測器的給定操作頻率下，從數(shù)據(jù)庫或查找表找回補償噪音或延遲做出的調(diào)整。隨后，如上所述調(diào)整參考信號Vrefl和/或Vref2以補償此延遲，這樣使得在存在鐵氧體的情況下一個方向上的輸出信號等于或低于第一預(yù)定閾值并且在另一個方向上輸出信號等于或高于第二預(yù)定閾值。在參考信號Vrefl和Vref2相對于彼此相位正交的情況下，隨后來自鐵氧體的輸出信號將主要由Q"分量(電抗分量)和相鄰的P"分量占據(jù)。這提供‘真實’ P"信號和‘真實’ Q"信號。用于存儲對參考信號的調(diào)整的查找表或數(shù)據(jù)庫可以存儲在金屬探測器外部或內(nèi)部的任何存儲設(shè)備中，并且可以與用于存儲校正系統(tǒng)中的不平衡所需要的調(diào)整的數(shù)據(jù)庫分開。
[0135]在步驟144中，使測試產(chǎn)品(沒有污染物)通過探測器144的孔，以建立與那個產(chǎn)品類型相關(guān)的校正的P"和Q"值(步驟146)。除了 P"和Q"值之外，相角TP可以因此通過簡單的三角法(Tan TP = Q" /P")來確定并且存儲是數(shù)據(jù)庫中。這是產(chǎn)品校準(zhǔn)階段并且在將不同的產(chǎn)品類型放在產(chǎn)品線上時進行重復(fù)。
[0136]一旦對于探測線圈中的任何不平衡(圖1la)和/或由于延遲和移動的金屬產(chǎn)生的噪音或延遲(圖1lb)并且對于特定產(chǎn)品類型(圖14)校準(zhǔn)了金屬探測器，則金屬探測器準(zhǔn)備好接受類似產(chǎn)品以確定它們是否含有任何金屬污染物。圖15示出確定在產(chǎn)品校準(zhǔn)階段(圖14)中使用的類似產(chǎn)品是否受污染的步驟次序。首先，產(chǎn)品通過金屬探測器150的孔。測量校正的P"值和校正的Q"值以確定相角P 152。相角P是那個特定產(chǎn)品類型的特征。將P"和Q"值與和之前產(chǎn)品校準(zhǔn)過程154(圖14)中的“干凈”測試產(chǎn)品相關(guān)的存儲的P"和Q"值進行矢量地比較。更具體來說，將相角P與和干凈測試產(chǎn)品相關(guān)的存儲的相角Tp進行比較。在產(chǎn)品優(yōu)選地可接受的情況下，即，不含有金屬污染物，則與產(chǎn)品P相關(guān)的輸出信號的相角大體上與和干凈測試產(chǎn)品tp相關(guān)的存儲的相角相同，即，與磁場的相互作用大體上相同。然而，在產(chǎn)品含有金屬污染物的情況下，則磁場與金屬污染物的相互作用將與產(chǎn)生與正常干凈產(chǎn)品具有不同相角的輸出信號的產(chǎn)品的相互作用不同。因此，從測量出的P"和Q"值確定的計算出的相角P將大體上與和干凈產(chǎn)品相關(guān)的所存儲的相角tp不同。這可以在圖13b中示出的圖示中矢量地表示。代表通過含有金屬污染物的產(chǎn)品的相互作用的輸出信號的矢量Vp被示出為處于與指示含有金屬污染物的測試產(chǎn)品TP不同的相角P。
[0137]在這些情況下，微處理器隨后注意查看是否存在與當(dāng)產(chǎn)品內(nèi)沒有污染物時相對于由于污染物產(chǎn)生的任何相角改變。因此，如果存在與優(yōu)選地可接受的產(chǎn)品相比輸出信號的可測量的相角改變，則這將觸發(fā)存在污染物的警報。
[0138]用于校準(zhǔn)系統(tǒng)中的任何不平衡和/或噪音或延遲的步驟次序并不限于圖1lUlb和14中所示的步驟次序，并且通過可調(diào)平衡信號和/或參考信號來補償測量出的輸出信號的替代方法是適用的。例如，可以在測試產(chǎn)品的同時校準(zhǔn)探測線圈系統(tǒng)(例如，在探測器頭內(nèi)部沒有產(chǎn)品時的間隔中)，而不是在操作頻率范圍下首次校準(zhǔn)系統(tǒng)并且隨后在產(chǎn)品的測試階段調(diào)整測量出的輸出信號以補償系統(tǒng)中的任何不平衡和/或噪音或延遲。在所有情況下，建立示出對于一個范圍的操作頻率而言可調(diào)平衡信號和/或參考信號必需的調(diào)整的數(shù)據(jù)庫或查找表。這可以內(nèi)部地存儲在金屬探測器的處理器(即，計算機的內(nèi)存)中，或者同樣地存儲在獨立硬件上。替代地，可以通過因特網(wǎng)或電信網(wǎng)絡(luò)將來自金屬探測器的數(shù)據(jù)傳達到外部服務(wù)器和處理器。
【權(quán)利要求】
1.一種變頻金屬探測器的操作方法，變頻金屬探測器具有驅(qū)動電路，用于在線圈系統(tǒng)中建立交變磁場以產(chǎn)生給定頻率的輸出信號，所述驅(qū)動電路包括多個開關(guān)，所述多個開關(guān)布置成使得線圈系統(tǒng)在由所述多個開關(guān)的操作所確定的頻率下被驅(qū)動，所述方法包括以下步驟: a.產(chǎn)生可調(diào)平衡信號； b.將可調(diào)平衡信號與探測器的輸出信號相接合； c.改變可調(diào)平衡信號以提供補償信號， 由此輸出信號和/或可調(diào)平衡信號被過濾以移除一個或多個諧波。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中驅(qū)動電路產(chǎn)生驅(qū)動信號以在線圈系統(tǒng)中建立交變磁場并且可調(diào)平衡信號源自驅(qū)動信號。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其進一步包括測量補償信號的方法，并且如果補償信號高于預(yù)定閾值，則重復(fù)步驟(C)以使得當(dāng)與探測器的輸出信號接合時提供補償信號。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中預(yù)定閾值大體上等于零伏。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其中可調(diào)平衡信號在連續(xù)步驟中增量。
6.如以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中探測器的輸出信號具有相位分量和量值，和可調(diào)平衡信號具有相位分量和量值，以及其中探測器的輸出信號的相位分量和/或量值與可調(diào)平衡信號的相位分量和量值接合以提供補償信號。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其中給定頻率下對可調(diào)平衡信號做出的調(diào)整存儲在數(shù)據(jù)庫或查找表中。
8.一種校準(zhǔn)金屬探測的方法，其包括步驟:以連續(xù)頻率重復(fù)如以上權(quán)利要求中任一項所限定的步驟。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中頻率增量地變化。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中頻率以大體上1Hz增量連續(xù)地變化。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法，其中可調(diào)平衡信號通過電位計來改變。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中電位計是第一和第二電位計。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中可調(diào)平衡信號具有第一可調(diào)平衡信號和第二可調(diào)平衡信號，所述第一可調(diào)平衡信號通過第一電位計來改變，以及所述第二可調(diào)平衡信號通過第二電位計來改變。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中第一可調(diào)平衡信號與第二可調(diào)平衡信號不同相。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中第一可調(diào)平衡信號與驅(qū)動信號同相，以及第二可調(diào)平衡信號與驅(qū)動信號不同相。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中第二可調(diào)信號與驅(qū)動信號大體上異相90°。
17.如權(quán)利要求13或14所述的方法，其中第一可調(diào)信號與驅(qū)動信號不同相。
18.一種使用如以上權(quán)利要求中任一項所述的金屬探測器來掃描產(chǎn)品以探測產(chǎn)品上、產(chǎn)品內(nèi)或與其相關(guān)的金屬的方法，金屬探測器具有驅(qū)動電路，用于在線圈系統(tǒng)中建立交變磁場以產(chǎn)生給定頻率的輸出信號，其包括以下步驟: a在沒有產(chǎn)品的情況下選擇所需操作頻率； b從如權(quán)利要求7所限定的數(shù)據(jù)庫找回在此所需頻率下對可調(diào)平衡信號做出的調(diào)整； c將可調(diào)平衡信號調(diào)整到存儲在數(shù)據(jù)庫中的調(diào)整值； d對可調(diào)平衡信號補償輸出信號以提供補償信號。
19.一種用于執(zhí)行如權(quán)利要求1至18中任一項所述的方法步驟的金屬探測器，其包括: a線圈系統(tǒng)； b驅(qū)動電路，用于在給定頻率下在沒有產(chǎn)品的情況下在線圈系統(tǒng)中建立交變磁場以產(chǎn)生輸出信號和可調(diào)平衡信號； c調(diào)整器，用于在所述給定頻率下改變可調(diào)平衡信號以便與探測器的輸出信號相接合來提供補償信號。
20.如權(quán)利要求19所述的金屬探測器，其中調(diào)整器包括電位計。
21.如權(quán)利要求19或20所述的金屬探測器，其包括微處理器和電子可編程邏輯器件，用于在給定操作頻率下改變可調(diào)平衡信號并且在線圈系統(tǒng)的所述給定操作頻率下將所述可調(diào)平衡信號與輸出信號相接合以提供補償信號。
22.如權(quán)利要求19至21中任一項所述的金屬探測器，其中驅(qū)動器布置成在一組多個不同頻率中的任一個頻率下操作線圈系統(tǒng)。
23.如權(quán)利要求19至22中任一項所述的金屬探測器，其中驅(qū)動器包括多個開關(guān)，所述多個開關(guān)布置成直接跨電位差交替地連接線圈系統(tǒng)從而導(dǎo)致線圈系統(tǒng)在由開關(guān)的操作所確定的操作頻率下被驅(qū)動。
24.如權(quán)利要求23所述的金屬探測器，其中驅(qū)動電路包括微處理器和電子可編程邏輯器件，電子可編程邏輯器件的輸出控制所述開關(guān)，其中對于特定探測線圈而言，將多個驅(qū)動映射存儲在電子可編程邏輯器件或微處理器中，每個驅(qū)動映射包括用于開關(guān)的開關(guān)序列以用于金屬探測器的操作的相應(yīng)預(yù)定頻率，其中微處理器根據(jù)選定的操作頻率來選擇適當(dāng)?shù)念l率。
25.如權(quán)利要求19至24中任一項所述的金屬探測器，其進一步包括低通濾波器來從輸出信號和/或可調(diào)平衡信號過濾一個或多個諧波。
26.一種金屬探測器的操作方法，金屬探測器具有驅(qū)動電路，用于在線圈系統(tǒng)中建立交變磁場以產(chǎn)生給定頻率的輸出信號，所述輸出信號具有第一分量和第二分量，第一分量相對于第二分量異相預(yù)定相角，其中通過以下步驟針對在所述給定頻率下測量輸出信號時的任何噪音或延遲補償輸出信號: a.在給定頻率下在線圈系統(tǒng)之間存在鐵氧體的情況下測量輸出信號， b.數(shù)字化調(diào)整輸出信號以使得輸出信號的第一或第二分量中的輸出信號等于或低于第一預(yù)定閾值，并且輸出信號的第二或第一分量中的輸出信號高于第二預(yù)定閾值， c.將在所述給定頻率下對輸出信號做出的調(diào)整存儲在數(shù)據(jù)庫或查找表中， d.對于不同的頻率重復(fù)步驟a、b和C。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中數(shù)字化調(diào)整輸出信號以區(qū)分輸出信號的第一或第二分量中的輸出信號，以使得輸出信號的第一或第二分量中的輸出信號大體上等于零。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中輸出信號的第一分量大體上與輸出信號的第二分量相位正交。
29.如權(quán)利要求27或28所述的方法，其中第一預(yù)定閾值大體上為零。
30.如以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中金屬探測器包括相敏探測器，由此通過以下步驟針對在給定頻率下測量輸出信號時的任何噪音或延遲補償輸出信號: a.產(chǎn)生參考信號； B.在給定頻率下在相敏探測器中將參考信號與鐵氧體的輸出信號相接合； c.數(shù)字化調(diào)整參考信號以使得當(dāng)與來自鐵氧體的輸出信號接合時，輸出信號的第一或第二分量中的輸出信號等于或低于第一預(yù)定閾值，并且輸出信號的第二或第一分量中的輸出信號高于第二預(yù)定閾值； d.將對參考信號做出的調(diào)整存儲在數(shù)據(jù)庫或查找表中； e.在不同頻率下重復(fù)步驟a、b、c和d。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中金屬探測器包括第一和第二相敏探測器，并且參考信號包括第一參考信號和第二參考信號，使得在給定頻率下，第一參考信號在第一相敏探測器中與輸出信號相接合以產(chǎn)生輸出信號的第一分量，并且第二參考信號在第二相敏探測器中與輸出信號相接合以產(chǎn)生輸出信號的第二分量。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中第一參考信號與第二參考信號大體上相位正交。
33.如權(quán)利要求30至32中任一項所述的方法，其中參考信號在給定頻率下增量地變化。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中參考信號在連續(xù)步驟中增量。
35.如權(quán)利要求30至34中任一項所述的方法，其中通過在參考信號中引入延遲來調(diào)整參考信號。
36.如權(quán)利要求30至35中任一項所述的方法，其中調(diào)整參考信號的相位和/或量值。
37.如權(quán)利要求30至36中任一項所述的方法,其中參考信號是基于驅(qū)動信號。
38.如權(quán)利要求26至37中任一項所述的方法，其中所述驅(qū)動電路包括多個開關(guān)，所述多個開關(guān)布置成使得線圈系統(tǒng)在由所述多個開關(guān)的操作所確定的頻率下被驅(qū)動。
39.一種如以上權(quán)利要求中任一項所述的掃描產(chǎn)品以探測產(chǎn)品上、產(chǎn)品內(nèi)或與其相關(guān)的金屬的方法，其包括以下步驟: a.從數(shù)據(jù)庫或查找表找回在金屬探測器的所需操作頻率下對輸出信號做出的調(diào)整； b.數(shù)字化調(diào)整輸出信號至存儲在數(shù)據(jù)庫或查找表中的調(diào)整值以補償測量輸出信號時的任何噪音或延遲。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中針對存儲在數(shù)據(jù)庫或查找表中的調(diào)整來補償輸出信號的相位和/或量值。
41.一種用于執(zhí)行如以上權(quán)利要求中任一項所述的方法步驟的金屬探測器，其包括: a線圈系統(tǒng)； b驅(qū)動電路，用于在線圈系統(tǒng)中建立交變磁場以產(chǎn)生給定頻率的輸出信號和參考信號; c調(diào)整器，用于在所述給定頻率下改變參考信號以便補償測量輸出信號時的任何噪音或延遲。
42.如權(quán)利要求41所述的金屬探測器，其包括微處理器和電子可編程邏輯器件，用于調(diào)整參考信號并且在線圈系統(tǒng)的所述給定操作頻率下在相敏探測器中將所述參考信號與輸出信號相接合以補償測量輸出信號時的任何噪音或延遲。
43.如權(quán)利要求41或42所述的金屬探測器，其中驅(qū)動器布置成布置成在一組多個不同頻率中的任一個頻率下操作線圈系統(tǒng)。
44.如權(quán)利要求43所述的金屬探測器，其中驅(qū)動器包括多個開關(guān)，所述多個開關(guān)布置成直接跨電位差交替地連接線圈系統(tǒng)從而導(dǎo)致線圈系統(tǒng)在由開關(guān)的操作所確定的操作頻率下被驅(qū)動。
45.如權(quán)利要求44所述的金屬探測器，其中驅(qū)動電路包括微處理器和電子可編程邏輯器件，電子可編程邏輯器件的輸出控制所述開關(guān)，其中對于特定探測線圈而言，將多個驅(qū)動映射存儲在電子可編程邏輯器件或微處理器中，每個驅(qū)動映射包括用于開關(guān)的開關(guān)序列以用于金屬探測器的操作的相應(yīng)預(yù)定頻率，其中微處理器根據(jù)選定的操作頻率來選擇適當(dāng)?shù)念l率。
46.一種用于校準(zhǔn)金屬探測器的方法，其包括以下步驟: a補償如權(quán)利要求1至18中任一項所述的輸出信號中的任何不平衡；和/或 b補償如權(quán)利要求26至40中任一項所述的輸出信號中的任何噪音或延遲。
47.—種適于校準(zhǔn)如權(quán)利要求46所述輸出信號的金屬探測器。
【文檔編號】G01V3/10GK104246539SQ201380009028
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月10日
【發(fā)明者】約翰·科林·摩爾, 科林·邁克爾·塔格 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司