特表 2024-509291 金属探知機の操作方法および金属探知機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-29

(54)【発明の名称】金属探知機の操作方法および金属探知機

(51)【国際特許分類】

   G01V 3/10 20060101AFI20240221BHJP

【ＦＩ】

G01V3/10 F

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023555382

(86)(22)【出願日】2022-03-09

(85)【翻訳文提出日】2023-10-10

(86)【国際出願番号】 EP2022056042

(87)【国際公開番号】W WO2022189510

(87)【国際公開日】2022-09-15

(31)【優先権主張番号】21161950.7

(32)【優先日】2021-03-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】511241516

【氏名又は名称】メトラー－トレド・セーフライン・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100117640

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 達己

(72)【発明者】

【氏名】クティスティス，クリストス

(72)【発明者】

【氏名】リスト，イアン

【テーマコード（参考）】

2G105

【Ｆターム（参考）】

2G105AA01

2G105BB05

2G105DD02

2G105EE01

2G105HH05

(57)【要約】

この方法は、送信ユニット（１）に接続される送信コイル（２１）と、受信ユニット（３）の入力に接続される第１および第２の受信コイル（２２Ａ、２２Ｂ）と、を備えた平衡コイルシステム（２）を含む金属探知機を動作させるのに役立つ。送信ユニット（１）は、少なくとも１つの固定または選択可能な動作周波数を有する送信信号（ｔｘ）および関連する直交信号（ｔｘ９０°）が供給される送信信号経路（ｔｐ）を含み、送信信号（ｔｘ）は、増幅された送信信号（ｔｘ）を直接または送信整合ユニット（１３）を介して送信コイル（２１）に転送する送信増幅器（１２）の入力に印加され、受信ユニット（３）は、平衡コイルシステム（２）から受信された変調された受信信号（ｒｓ）が直接または受信整合ユニット（３１）を介して受信増幅器（３３）に印加される少なくとも１つの受信信号経路（ｒｐ）を含み、受信増幅器（３３）は増幅された変調された受信信号（ｒｓ）を直接または間接的に受信位相感応検出器（３４；４５３４）に適用し、受信位相感応検出器（３４、４５３４）は、変調された受信信号（ｒｓ）を、送信信号（ｔｘ）および直交信号（ｔｘ９０°）に対応する基準信号と比較し、同相受信信号成分（ｒｓ－Ｉ）および直交受信信号成分（ｒｓ－Ｑ）を有する復調された複素受信信号（ｒｓｃ）を生成し、同相受信信号成分（ｒｓ－Ｉ）および直交受信信号成分（ｒｓ－Ｑ）は、少なくとも１つの信号処理経路（ｓｐ）を含む信号処理ユニット（４５）において処理され、この信号処理経路（ｓｐ）において、商品またはノイズに関連する複素受信信号（ｒｓｃ）の信号成分が抑制され、金属汚染物に由来する信号成分がさらに処理される。本発明によれば、送信信号経路（ｔｐ）から取り出された測定信号（ｍｓ）を受信し、測定信号（ｍｓ）を増幅して直接または間接的に測定位相感応検出器（８４；４５８４）に転送する測定増幅器（８３）を含む、少なくとも１つの送信測定チャネル（８）が設けられ、測定位相感応検出器（８４；４５８４）は、測定信号（ｍｓ）を、送信信号（ｔｘ）および直交信号（ｔｘ９０°）に対応する基準信号と比較し、同相測定信号成分（ｍｓ－Ｉ）および直交測定成分（ｍｓ－Ｑ）を有する複素測定信号（ｍｓｃ）を生成し、複素測定信号（ｍｓｃ）と複素受信信号（ｒｓｃ）は、第１の補正モジュール（４５１）に適用され、送信ユニット（１）の不安定性に起因する信号成分は複素受信信号（ｒｓｃ）から除去される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

送信ユニット（１）に接続される送信コイル（２１）と、信号処理ユニット（４５）に接続される受信ユニット（３）の入力に接続される第１および第２の受信コイル（２２Ａ、２２Ｂ）と、を備えた平衡コイルシステム（２）を含む金属探知機の動作方法であって、
前記送信ユニット（１）は、少なくとも１つの固定または選択可能な動作周波数を有する送信信号（ｔｘ）および関連する直交信号（ｔｘ９０°）が供給される送信信号経路（ｔｐ）を含み、前記送信信号（ｔｘ）は、増幅された前記送信信号（ｔｘ）を直接または送信整合ユニット（１３）を介して前記送信コイル（２１）に転送する送信増幅器（１２）の入力に印加され、
前記受信ユニット（３）は、前記平衡コイルシステム（２）から受信された前記変調された受信信号（ｒｓ）が直接または受信整合ユニット（３１）を介して受信増幅器（３３）に印加される少なくとも１つの受信信号経路（ｒｐ）を含み、前記受信増幅器（３３）は前記増幅された変調された受信信号（ｒｓ）を直接または間接的に受信位相感応検出器（３４；４５３４）に転送し、
前記受信位相感応検出器（３４、４５３４）は、前記変調された受信信号（ｒｓ）を、前記送信信号（ｔｘ）および前記直交信号（ｔｘ９０°）に対応する基準信号と比較し、同相受信信号成分（ｒｓ－Ｉ）および直交受信信号成分（ｒｓ－Ｑ）を有する復調された複素受信信号（ｒｓｃ）を生成し、
前記同相受信信号成分（ｒｓ－Ｉ）および前記直交受信信号成分（ｒｓ－Ｑ）は、少なくとも１つの信号処理経路（ｓｐ）を含む前記信号処理ユニット（４５）において処理され、前記信号処理経路（ｓｐ）において、商品またはノイズに関連する前記複素受信信号（ｒｓｃ）の信号成分が抑制され、金属汚染物に由来する信号成分がさらに処理される、金属探知機の動作方法において、
前記送信信号経路（ｔｐ）から取り出された測定信号（ｍｓ）を受信し、前記測定信号（ｍｓ）を増幅して直接または間接的に測定位相感応検出器（８４；４５８４）に転送する測定増幅器（８３）を含む、少なくとも１つの送信測定チャネル（８）が設けられ、
前記測定位相感応検出器（８４；４５８４）は、前記測定信号（ｍｓ）を、前記送信信号（ｔｘ）および前記直交信号（ｔｘ９０°）に対応する前記基準信号と比較し、同相測定信号成分（ｍｓ－Ｉ）および直交測定成分（ｍｓ－Ｑ）を有する複素測定信号（ｍｓｃ）を生成し、
前記複素測定信号（ｍｓｃ）と前記複素受信信号（ｒｓｃ）は、第１の補正モジュール（４５１）に適用され、前記送信ユニット（１）の不安定性に起因する信号成分は前記複素受信信号（ｒｓｃ）から除去される、
ことを特徴とする金属探知機の動作方法。

【請求項2】

請求項１に記載の金属探知機の動作方法において、
前記変調された受信信号（ｒｓ）に含まれる不均衡な信号成分を除去するための制御ループを提供するステップと、
複素補償信号（ｉｓｃ）を得るために、ループ制御モジュール（４５６０）において、前記複素受信信号（ｒｓｃ）から製品および汚染物質に関する信号成分を除去するステップと、
前記複素補償信号（ｉｓｃ）と前記複素測定信号（ｍｓｃ）を、修正された補償信号（ｉｓｃ１）を提供する第１の修正モジュール（４５６１）に適用することによって、前記第１の補正モジュール（４５１）において前記複素受信信号（ｒｓｃ１）に適用された補正を取り消すステップと、
変調された補償信号（ｃｓ）を提供するための変調モジュール（４５６３）において、前記動作周波数（ｔｘ）に対応する搬送波周波数で前記修正された補償信号（ｉｓｃ１）を変調するステップと、
デジタルアナログ変換器（９１）において前記変調された補償信号（ｃｓ）を変調されたアナログ補償信号（ｃｓ）に変換するステップと、
前記変調された受信信号（ｒｓ）に含まれる前記不平衡信号成分を補償するために、前記変調されたアナログ補償信号（ｃｓ）を前記受信信号経路（ｒｐ）に設けられた補償ユニット（３２）に印加するステップと、
を含む、金属探知機の動作方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載の金属探知機の動作方法において、
校正モジュール（４００）において前記金属探知機の校正中に前記複素測定信号（ｍｓｃ）を処理して、前記変調された受信信号（ｒｓ）に対する前記送信ユニット（１）の一定の影響を表し、前記複素測定信号（ｍｓｃ）を直接的または間接的に正規化するために使用される、複素または非複素の一定の基準値（ｍｓｃ－ｒ）を得るステップを含む、
金属探知機の動作方法。

【請求項4】

請求項３に記載の金属探知機の動作方法において、
正規化された複素受信信号（ｒｓｃ２）を提供するために、前記一定の基準値（ｍｓｃ－ｒ）および前記複素受信信号（ｒｓｃ１）を第２の補正モジュール（４５２）に適用するステップと、
前記複素補償信号（ｉｓｃ１）および前記一定の基準値（ｍｓｃ－ｒ）を前記制御ループに設けられた第２の修正モジュール（４５６２）に適用することにより、前記第２の補正モジュール（４５２）において前記複素受信信号（ｒｓｃ１）に適用された補正を取り消すステップと、
を含む、金属探知機の動作方法。

【請求項5】

請求項３に記載の金属探知機の動作方法において、
前記一定の基準値（ｍｓｃ－ｒ）と前記複素測定信号（ｍｓｃ）を正規化モジュール（４５１０）に適用し、正規化された測定信号（ｍｓｃ－ｎ）を前記第１の補正モジュール（４５１）に提供するステップと、
前記複素補償信号（ｉｓｃ）および前記正規化された測定信号（ｍｓｃ－ｎ）を前記制御ループに設けられた前記第１の修正モジュール（４５６１）に適用することにより、前記第１の補正モジュール（４５１）において前記複素受信信号（ｒｓｃ１）に適用された補正を取り消すステップと、
を含む、金属探知機の動作方法。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか一項に記載の金属探知機の動作方法において、
ａ）前記送信増幅器（１２）の出力で前記測定信号（ｍｓ）をピックアップするステップ、または
ｂ）少なくとも１つの１次コイル（１３１１Ａ、１３１１Ｂ）および少なくとも１つの２次コイル（１３１２）を有する結合トランス（１３１）によって、前記送信整合ユニット（１３）において前記送信信号（ｔｘ）を変圧し、前記少なくとも１つの１次コイル（１３１１Ａ、１３１１Ｂ）または前記少なくとも１つの２次コイル（１３１２）において前記測定信号（ｍｓ）をピックアップするステップ、または
ｃ）測定コイル（２３）を前記送信コイル（２１）に結合し、前記測定コイル（２３）で前記測定信号（ｍｓ）をピックアップするステップ、
を含む、金属探知機の動作方法。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか一項に記載の金属探知機の動作方法において、
各動作周波数に対して、専用の受信信号経路（ｒｐ）と専用の信号処理経路（ｓｐ）と専用の送信測定チャネル（８）とを設けるステップを含む、
金属探知機の動作方法。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法に従って動作する金属探知機。

【請求項9】

請求項８に記載の金属探知機において、
送信ユニット（１）に接続される送信コイル（２１）と、信号処理ユニット（４５）に接続される受信ユニット（３）の入力に接続される第１および第２の受信コイル（２２Ａ、２２Ｂ）と、を備えた平衡コイルシステム（２）を含み、少なくとも１つの固定または選択可能な動作周波数を有する送信信号（ｔｘ）と関連する直交信号（ｔｘ９０°）とを供給する周波数源（１１）を含み、
前記送信ユニット（１）は、前記送信コイル（２１）に直接または送信整合ユニット（１３）を介して接続される送信増幅器（１２）を備えた少なくとも１つの送信信号経路（ｔｐ）を含み、
前記受信ユニット（３）は、前記平衡コイルシステム（２）の前記受信コイル（２２Ａ、２２Ｂ）が直接または受信整合ユニット（３１）を介して受信増幅器（３３）の入力に接続される少なくとも１つの受信信号経路（ｒｐ）を含み、前記受信増幅器（３３）から前記増幅された変調受信信号（ｒｓ）が直接または間接的に受信位相感応検出器（３４、４５３４）に印加され、
前記受信位相感応検出器（３４、４５３４）は、前記変調された受信信号（ｒｓ）を前記送信信号（ｔｘ）および前記直交信号（ｔｘ９０°）に対応する基準信号と比較して、同相受信信号成分（ｒｓ－Ｉ）および直交受信信号成分（ｒｓ－Ｑ）を有する復調された複素受信信号（ｒｓｃ）を生成するように設計され、
前記信号処理ユニット（４５）は、少なくとも１つの信号処理経路（ｓｐ）を含み、前記信号処理経路（ｓｐ）において、商品またはノイズに関連する前記複素受信信号（ｒｓｃ）の信号成分が抑制され、金属汚染物に由来する信号成分がさらに処理され、
少なくとも１つの送信測定チャネル（８）が設けられ、前記送信測定チャネルは、測定信号（ｍｓ）を受信するために送信信号経路（ｔｐ）に接続される入力を有し、測定位相感応検出器（８４；４５８４）に直接または間接的に接続される出力を有する測定増幅器（８３）を含み、
前記測定位相感応検出器（８４；４５８４）は、前記測定信号（ｍｓ）を前記送信信号（ｔｘ）および前記直交信号（ｔｘ９０°）に対応する前記基準信号と比較して、同相測定信号成分（ｍｓ－Ｉ）および直交測定成分（ｍｓ－Ｑ）を有する復調された複素測定信号（ｍｓｃ）を生成するように設計されており、
前記測定位相感応検出器（８４；４５８４）は、前記送信ユニット（１）の不安定性に起因する前記複素受信信号（ｒｓｃ）からの信号成分を除去可能である前記信号処理経路（ｓｐ）に実装された第１の補正モジュール（４５１）に接続される、
金属探知機。

【請求項10】

請求項８または９に記載の金属探知機において、
前記測定信号（ｍｓ）は、前記送信増幅器（１２）の出力から前記測定増幅器（８３）の入力に伝達可能であるか、または、
前記送信整合ユニット（１３）は、少なくとも１つの１次コイル（３８１Ａ、３８１Ｂ）および少なくとも１つの２次コイル（３８２）を有する結合トランス（３８）を含み、前記測定信号（ｍｓ）は、少なくとも１つの１次コイル（３８１Ａ、３８１Ｂ）または少なくとも１つの２次コイル（３８２）から前記測定増幅器（８３）の入力に伝達可能であるか、または、
測定コイル（２３）が、前記測定信号（ｍｓ）を供給するために、前記送信コイル（２１）に誘導結合され、前記測定増幅器（８３）の入力に接続される、
金属探知機。

【請求項11】

請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の金属探知機において、
前記信号処理ユニット（４５）は、
前記変調された受信信号（ｒｓ）に含まれる不均衡な信号成分を除去するための制御ループと、
製品および汚染物質に関する信号成分を含まない複素補償信号（ｉｓｃ）を供給するループ制御モジュール（４５６０）と、
前記第１の補正モジュール（４５１）において前記複素受信信号（ｒｓｃ１）に適用された補正が取り消された修正された補償信号（ｉｓｃ１）を提供するために、前記複素補償信号（ｉｓｃ）および前記複素測定信号（ｍｓｃ）が適用される、第１の修正モジュール（４５６１）と、
変調された補償信号（ｃｓ）を提供する変調モジュール（４５３６）と、
前記デジタル変調された補償信号（ｉｓｃ）をアナログ変調された補償信号（ｃｓ）に変換するデジタルアナログ変換器（９１）と、
前記受信信号経路（ｒｐ）に設けられ、不均衡を除去するために前記変調されたアナログ補償信号（ｃｓ）を前記変調された受信信号（ｒｓ）に適用可能である補償ユニット（３２）と、
を含む、金属探知機。

【請求項12】

請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の金属探知機において、
前記金属探知機の校正中に前記複素測定信号（ｍｓｃ）を処理して、前記変調された受信信号（ｒｓ）に対する前記送信ユニット（１）の一定の影響を表す複素または非複素の一定の基準値（ｍｓｃ－ｒ）を得るように設計された校正モジュール（４００）が設けられる、
金属探知機。

【請求項13】

請求項１２に記載の金属探知機において、
前記一定の基準値（ｍｓｃ－ｒ）および前記複素受信信号（ｒｓｃ１）が適用可能である第２の補正モジュール（４５２）が設けられ、第２の補正モジュール（４５２）は、正規化された複素受信信号（ｒｓｃ２）を提供するように設計され、
第２の修正モジュール（４５６２）は、前記複素補償信号（ｉｓｃ１）および前記一定の基準値（ｍｓｃ－ｒ）が適用される前記制御ループに設けられ、
前記第２の補正モジュール（４５２）において前記複素受信信号（ｒｓｃ１）に適用された補正が取り消される、
金属探知機。

【請求項14】

請求項１２に記載の金属探知機において、
正規化モジュール（４５１０）が設けられ、前記正規化モジュール（４５１０）には、前記一定の基準値（ｍｓｃ－ｒ）および前記複素測定信号（ｍｓｃ）が適用可能であり、前記正規化モジュール（４５１０）は、正規化された測定信号（ｍｓｃ－ｎ）を前記第１の補正モジュール（４５１）に供給し、
前記複素補償信号（ｉｓｃ）および前記正規化された測定信号（ｍｓｃ－ｎ）は、前記第１の修正モジュール（４５６１）に適用可能であり、前記第１の修正モジュール（４５６１）において、前記第１の補正モジュール（４５１）において前記複素受信信号（ｒｓｃ１）に適用された補正が取り消される、
金属探知機。

【請求項15】

請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の金属探知機において、
前記受信位相感応検出器（３４）の出力と前記測定位相感応検出器（８４）の出力とが、アナログ／デジタル変換器（３５－Ｉ；３５－Ｑ）を介して前記信号処理ユニット（４５）に接続されているか、または前記受信位相感応検出器（４５３４）と前記測定位相感応検出器（４５８４）とが前記信号処理ユニット（４５）のソフトウェア領域で実装されている、
金属探知機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[001]本発明は、１つまたは複数の動作周波数を使用する金属探知機の動作方法と、この方法に従って動作する金属探知機に関する。

【背景技術】

【0002】

[002]例えばＵＳ８５８７３０１Ｂ２に記載されているような金属探知機は、製品中の金属汚染を検出するために使用される。適切に調整され操作されれば、製品中の金属汚染の低減に役立つ。最近の金属探知機の多くは、平衡コイルシステムを備えたサーチヘッドを使用する。この設計の検出器は、生鮮品および冷凍品など多種多様な製品に含まれる鉄、非鉄、ステンレスを含むすべての種類の金属汚染物を検出することができる。

【0003】

[003]平衡コイルの原理に従って動作する金属探知機は、通常、非金属フレームに巻かれた３つのコイル、送信コイルおよび２つの同じ受信コイルから構成されており、それぞれのコイルは通常、他のコイルと平行である。通常、送信コイルを中心に囲むように配置される受信コイルは、同一であるため、それぞれに同一の電圧が誘導される。システムが平衡状態にあるときにゼロとなる出力信号を受信するために、第１の受信コイルは、逆巻きの第２の受信コイルと直列に接続される。したがって、システムが平衡状態にあり、観察される製品に汚染物質が存在しない場合、同一振幅で逆極性である受信コイルに誘導される電圧は互いに相殺される。

【0004】

[004]しかし、金属粒子がコイルを通過して磁場にさらされると、金属粒子に渦電流が流れる。この渦電流は二次磁場を発生させ、一次電磁場をまず一方の受信コイル付近で乱し、次に他方の受信コイル付近で乱す。金属粒子が受信コイルを通過する間、各受信コイルに誘導される電圧は通常ナノボルト単位で変化する。この平衡状態の変化により、検出コイルの出力に信号が生じ、受信ユニットで処理、増幅され、その後、観察された製品中の金属汚染物の存在を検出するために使用される。

【0005】

[005]したがって、最適な信号検出のためには、金属探知機は、測定を損なう可能性のある不均衡および外乱から解放されている必要がある。金属探知機のすべてのモジュールおよびコンポーネントは、最高水準を満たす必要がある。

【0006】

[006]受信ユニットでは、平衡コイルシステムから受信した入力信号は通常、同相成分と直交成分に分割される。これらの成分から構成されるベクトルは振幅と位相角を持ち、これはコイルシステムを通して搬送される製品および汚染物質に対して特徴的である。金属汚染物を特定するためには、「製品の影響」を除去または低減する必要がある。

【0007】

[007]信号スペクトルから不要な信号を除去するために適用される方法は、金属汚染物、製品、その他の外乱が、検出される信号の位相と大きさが異なるように磁場に異なる影響を与えるという事実を利用する。導電率の高い材料は、負のリアクタンス信号成分が大きく、抵抗信号成分が小さい信号を引き起こす。透磁率の高い材料では、抵抗性の信号成分が小さく、正のリアクタンス性の信号成分が大きい信号が発生する。フェライトによる信号は主にリアクタンス性であり、ステンレス鋼による信号は主に抵抗性である。導電性の製品は通常、強い抵抗成分を持つ信号を引き起こす。抵抗性信号成分とリアクタンス信号成分との間の信号ベクトルの位相角は、製品または汚染物質が金属探知機を通って搬送されるとき、通常一定に保たれる。製品ベクトルの位相が既知であれば、金属汚染物に由来する信号をより高い感度で検出することができるように、対応する信号ベクトルを抑制することができる。

【0008】

[008]ＵＳ８５８７３０１Ｂ２に記載されているように、位相感応型検出器によって異なる起源の信号成分の位相を区別することで、製品および汚染物質に関する情報を得ることができる。位相感応型検出器、例えば周波数ミキサまたはアナログ乗算器回路は、変調された受信信号の復調を可能にし、金属検出プロセスに影響を与える製品、汚染物質および外乱に関連する信号成分の振幅および位相情報をベースバンド信号に提供する。汚染物質に由来する信号の位相が製品信号の位相と異なる場合、製品信号を抑制し、汚染物質の信号をさらに処理することができる。しかし、汚染物質の信号の位相が製品信号の位相に近い場合、汚染物質の信号は製品信号と共に抑制されるため、汚染物質の検出は失敗する。製品信号の位相角と汚染物質の位相角を分離するために、適切な動作周波数を決定し、適用する。

【0009】

[009]前述のように、金属探知機の不均衡は回避または補償されるべきである。ＵＳ２０２０３３３４９８Ａ１は、受信信号から抽出された不均衡信号成分について、不均衡信号を補償するために使用される補償ユニットに制御データを提供する方法を開示している。不均衡信号のデジタル同相成分は、不均衡信号の同相制御成分を提供する第１の制御ユニットに適用され、不均衡信号のデジタル直交成分は、不均衡信号の直交制御成分を提供する第２の制御ユニットに適用される。補償ユニットでは、不均衡信号の周波数を持つデジタル補償信号が、不均衡信号に提供された同相制御成分と直交制御成分に従って、位相と大きさで合成される。合成されたデジタル補償信号は、アナログ補償信号に変換され、平衡コイルシステムまたは受信信号に印加され、不均衡信号を補償する。

【0010】

[010]ＵＳ２００７０２９６４１５Ａ１は、地中の金属を検出する装置を開示しており、本発明の金属検出装置とは大きく異なる。コイル電流の変化は、地面が変化する、またはサーチアットと地面との間の距離が変化したときに発生する。このような変化は、送信コイルのコイル電流を監視し、最適化することによって補正される。送信コイルのコイル電流を最適化することで、受信信号の遅いドリフトも補正される。しかし、補正されるのは送信コイルのコイル電流だけで、受信信号そのものが直接補正されるわけではない。このような補正は、受信信号の高速な外乱を引き起こす可能性さえあり、本発明の金属検出装置では望ましいが、ＵＳ２００７０２９６４１５Ａ１の金属検出装置では無視できるものである。

【0011】

[011]ＤＥ１０２０１７１２４４０７Ａ１は、送信機から基準信号が導出され、受信コイルの接続点でタップされ、任意で増幅器および／またはローパスフィルタを介して乗算器に供給される金属探知機を開示する。この信号は、測定信号を実部と虚部に分解するための基準信号として後の処理で使用することができ、この目的のために中間周波数に変換する必要がある。測定信号を実部と虚部に分解するために使用される基準信号の導出は、受信信号を補正するために使用される複素測定信号または補正信号の導出とは異なる。

【0012】

[012]不均衡を補償するために実装された補正ループは、スキャンされた対象物から発信される信号に影響を与えないように、比較的高い時定数と低いベースバンド帯域幅を有する。その結果、金属探知機で発生する可能性のある高い周波数の不安定性は補正ループによって無視されるため、受信信号は高い周波数の不安定性の影響を受け、達成可能な信号対雑音比と識別性能が制限され、誤警報の原因となる可能性がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

[013]したがって、本発明は、１つまたは複数の動作周波数を使用する金属探知機を動作させるための改良された方法と、この方法に従って動作する改良された金属探知機を提供することを目的とする。

【0014】

[014]本発明の方法は、金属探知機の不均衡、特に、より高い周波数を有する不均衡および外乱を確実に補償および／または除去することを可能にする。汚染物質に関する信号がより高い信号対雑音比で検出されるように、不均衡が受信信号から除去される。本発明の方法は、動的な不均衡および外乱、および／または本質的に静的な不均衡を補正または補償することを可能にする。したがって、低周波または高周波の不安定性による受信信号の位相および／または振幅の望ましくない変調が補正または補償されなければならない。さらに、受信信号の位相および／または振幅のドリフトは、検出および補正可能でなければならない。

【0015】

[015]低周波の不平衡を制御するための制御ループは、高周波の不平衡が低周波の不平衡の補償を妨げないように改善されなければならない。

【課題を解決するための手段】

【0016】

[016]本方法は、送信ユニットに接続される送信コイルと、受信ユニットの入力に接続される第１および第２の受信コイルと、を備えた平衡コイルシステムを含む金属探知機を動作させるのに役立つ。送信ユニットは、少なくとも１つの固定または選択可能な動作周波数または送信周波数を有する送信信号および関連する直交信号が内部または外部の周波数源から供給される送信信号経路を含み、送信信号は、増幅された送信信号を直接または送信整合ユニットを介して送信コイルに転送する送信増幅器の入力に印加される。受信ユニットは、平衡コイルシステムから受信された変調された受信信号が直接または受信整合ユニットを介して受信増幅器に印加される少なくとも１つの受信信号経路を含み、受信増幅器は増幅された変調された受信信号を直接または間接的に受信位相感応検出器に転送する。受信位相感応検出器は、変調された受信信号を、送信信号および直交信号に対応する基準信号で復調し、同相受信信号成分および直交受信信号成分を有する復調された複素受信信号を生成する。同相受信信号成分および直交受信信号成分は、少なくとも１つの信号処理経路を含む信号処理ユニットにおいて処理され、この信号処理経路において、商品またはノイズに関連する複素受信信号の信号成分が抑制され、金属汚染物に由来する信号成分がさらに処理される。

【0017】

[017]本発明によれば、送信信号経路から取り出された測定信号を受信し、測定信号を増幅して直接または間接的に測定位相感応検出器に転送する測定増幅器を含む、少なくとも１つの送信測定チャネルが設けられる。測定位相感応検出器は、測定信号を、送信信号および直交信号に対応する基準信号で復調し、同相測定信号成分および直交測定成分を有する複素測定信号を生成する。複素測定信号と複素受信信号は、第１の補正モジュールに適用され、送信ユニットの不安定性に起因する信号成分は複素受信信号から除去される。

【0018】

[018]送信信号経路および受信信号経路は、送信信号および変調または復調された受信信号を処理するための追加的な増幅器およびフィルタユニット等のさらなる電子モジュールを含み得る。同様に、信号処理経路は、フィルタモジュールなどのさらなるモジュールを含み得る。

【0019】

[019]さらに、位相感応検出器などの機能モジュールをアナログ領域またはデジタル領域で実装することも可能である。したがって、受信増幅器および測定増幅器の出力信号を受信位相感応検出器および測定位相感応検出器の入力に印加することができ、受信位相感応検出器および測定位相感応検出器は、出力においてアナログ／デジタル変換器を介して信号処理ユニットに接続される。あるいは、受信位相感応検出器と測定位相感応検出器は、信号処理ユニットまたは信号処理経路においてソフトウェアモジュールとして実装することもできる。

【0020】

[020]送信信号経路の特定の点における送信信号に対応する測定信号は、好ましくは、送信信号経路の端部または平衡コイルシステムの送信コイルでピックアップされる。好ましい一実施形態では、測定信号は送信増幅器の出力から測定増幅器の入力に転送可能である。別の好ましい実施形態では、送信整合ユニットは、少なくとも１つの１次コイルと少なくとも１つの２次コイルを有する結合トランスを含み、測定信号は、少なくとも１つの１次コイルまたは少なくとも１つの２次コイルから測定増幅器の入力に伝達可能である。さらに好ましい実施形態では、測定コイルは平衡コイルシステムの送信コイルに結合され、測定コイルから測定信号が測定増幅器の入力に伝達可能である。測定信号は、測定位相感応検出器において、基準信号、すなわち、周波数源によって提供される送信信号および関連直交信号と比較されるので、観測された送信信号経路に沿って発生した位相または振幅の不安定性またはドリフトは、測定位相感応検出器の出力において検出可能である。したがって、変調された受信信号に影響を与える送信チャネルの不安定性およびドリフトに関連して得られる情報および信号は、送信不安定性および送信ドリフトの影響の少なくとも一部を除去するために、信号処理ユニットの信号処理経路に設けられた補正モジュールに有利に適用することができる。

【0021】

[021]送信不安定性または妨害は、平衡コイルシステムの不均衡、例えば熱条件の変化によって引き起こされる不均衡と比較して、一般的に高い周波数で発生する。従来の金属探知機では無視されていた、より高い周波数の送信不安定性を取り消すまたは補償することにより、より高いＳ／Ｎ比で商品および汚染物質に関する信号を検出することができる。さらに、送信不安定性によって引き起こされる誤報も回避される。

【0022】

[022]測定信号は、好ましくは連続的に観測され、変調された受信信号に対する送信ユニットの連続的な不安定性の影響を表す関連する複素測定信号は、複素受信信号と共に、送信ユニットの連続的に発生する不安定性の影響が除去される第１の補正モジュールに連続的に適用される。金属探知機を通って搬送される製品および汚染物質に関する信号成分は、好ましくは、金属検出モジュールにおいて後の段階で除去される。

【0023】

[023]好ましい実施形態では、金属探知機の校正中に複素測定信号が処理され、変調された受信信号に対する送信ユニットの一定の影響を表す複素または非複素の一定の基準値が得られる。この基準値は、金属探知機が校正された時点の送信ユニットの状態を反映する基準であり、複素受信信号または複素測定信号を正規化するために使用される。この目的のために、基準値は、以下に説明するように、複素受信信号または複素測定信号に適用することができる。正規化された測定信号ｍｓは、もはや送信チャネルの絶対的な測定値ではなく、校正が行われてから実際の測定が行われるまでの間の送信チャネルの測定値の変化のみを表す。

【0024】

[024]一実施形態では、一定の基準値と複素受信信号は、複素受信信号が正規化される第２の補正モジュールに適用される。

【0025】

[025]別の実施形態では、一定の基準値と複素測定信号は正規化モジュールに適用され、この正規化モジュールでは、複素測定信号が第１の補正モジュールに適用される前に正規化される。

【0026】

[026]本発明の金属探知機は、好ましくは、例えば平衡コイルシステムによって引き起こされる低周波数の不均衡が補償される制御ループを含む。この目的のために、制御ループはループ制御モジュールを含み、複素不均衡信号を得るために、複素受信信号から製品と汚染物質に関連する信号成分を除去する。決定された複素不均衡信号と、ＰＩＤ機能などの実装された制御機能に基づいて、ループ制御モジュールは複素補償信号を提供する。ＵＳ２０２０３３３４９８Ａ１に記載されているように、抽出された不均衡信号成分または抽出された不均衡信号情報は、補償信号を合成するために使用することもできる。

【0027】

[027]後述するように、補償信号は、好ましくは、１つまたは複数の修正モジュールで修正され、次に動作周波数で変調される。変調されたデジタル補償信号は、次にデジタルアナログ変換器で変換され、変調された受信信号に含まれる不平衡信号成分を補償するために、平衡コイルシステムまたは受信ユニット内の変調された受信信号に変調されたアナログ補償信号を提供する。好ましくは、補償信号は、受信増幅器の前に配置された受信信号経路に設けられた和算ユニットまたは減算ユニットなどの補償ユニットに印加される。変調されたアナログ補償信号は、必要に応じて少なくとも１つの増幅段で増幅されてもよい。

【0028】

[028]最も好ましくは、補償信号は、受信チャネルに現れる不均衡に正確に対応するように複素測定信号によって修正され、この不均衡は、例えば平衡コイルシステムに生じる不均衡または送信ユニットの不安定性に起因して修正される。このようにして、送信不安定性によって影響を受ける受信チャネルで発生する低周波数の不均衡が、受信信号から完全に補償されるか、取り消されるか、差し引かれることが保証される。したがって、補償信号が導出される複素受信信号に適用される補正は、導出された補償信号を修正することによって元に戻さなければならない。したがって、補償信号は、抽出された不平衡信号または不平衡信号情報と、測定信号または測定信号情報との組み合わせから導出される。

【0029】

[029]したがって、第１の補正モジュールにおいて複素受信信号に適用された補正は、複素補償信号と複素測定信号とを第１の修正モジュールに適用することによって、複素補償信号から除去される。第２の補正モジュールにおいて複素受信信号に適用された補正は、一旦修正された複素補償信号と一定の基準値を第２の修正モジュールに適用することによって、一旦修正された複素補償信号から除去される。第１および第２の修正モジュールは、互いに直列に任意の順序で配置される。

【0030】

[030]もし複素測定信号が一定の基準値によって正規化された後、第１の補正モジュールに適用されたら、正規化された複素測定信号と複素補償信号を単一の修正モジュールに適用することによって、これらの補正が補償信号から除去され、修正モジュールにおいて、一定の基準値による複素測定信号の正規化と、正規化された複素測定信号による複素受信信号の補正が元に戻される。

【0031】

[031]送信ユニットの望ましくない影響を除去することにより、本発明の方法は、より高い信号対雑音比で製品や汚染物質に関連する受信信号を得ることができ、より高い精度で受信ユニットの低周波不均衡を除去することができる。

【0032】

[032]本発明の金属探知機は、１つまたは複数の動作周波数で動作することができる。２つ以上の動作周波数が使用される場合、受信信号は、専用の受信信号経路および専用の信号処理経路において、各動作周波数に対して個別に処理されることが好ましい。各動作周波数に対して、測定信号は専用の送信測定チャネルで処理される。したがって、受信信号と測定信号は、各動作周波数に対して並列に処理される。

【0033】

[034]以下、図面を参照して本発明の詳細な態様および実施例を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】送信ユニット１と、平衡コイルシステム２と、受信ユニット３と、制御ユニット４に統合された信号処理ユニット４５と、送信信号経路ｔｐから取り出された測定信号ｍｓが信号処理ユニット４５に転送される送信測定チャネル８と、補償信号ｃｓが受信ユニット３に転送される補償チャネル９と、を含む本発明の金属探知機の好ましい実施形態を示す図である。

【図2a】送信コイル２１に誘導結合された測定コイル２３と、アナログ領域に配置された位相敏感検出器３４、８４を備えた、さらに好ましい実施形態における図１の金属探知機を示す図である。

【図2b】デジタル領域で実装された位相敏感検出器４５３４、４５８４を備えた図２ａの金属探知機を示す図である。

【図3a】好ましい実施形態における図１および図２ａの金属探知機の例の信号処理ユニット４５を示す図である。

【図3b】デジタル領域に配置された位相敏感検出器４５３４、４５８４を備える好ましい実施形態における図２ｂの金属探知機の例の信号処理ユニット４５を示す図である。

【図4】特定の実施形態における本発明の金属探知機のさらなる例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

[035]図１は、好ましい実施形態における本発明の金属探知機のブロック図を示しており、この金属探知機は、送信ユニット１、送信コイル２１と第１および第２の受信コイル２２Ａ、２２Ｂとを備えた平衡コイルシステム２、受信ユニット３、制御プログラム４０およびデジタル信号処理ユニット４５を含む制御ユニット４、ならびにインターフェース、および入出力装置を含む。金属探知機がコンベア６を含み、そのコンベア６上を製品が平衡コイルシステム２を通って搬送されることが象徴的に示されている。

【0036】

[036]送信ユニット１は、シンセサイザなどの内部または外部周波数源１１、送信増幅器１２、および好ましくは送信整合ユニット１３を備えた送信信号経路ｔｐを含む。その送信信号経路ｔｐは、フィルタなどのさらなるモジュールを含み得る。周波数源１１は、少なくとも１つの固定または選択可能な動作周波数を有する送信信号ｔｘを供給する。周波数源１１はさらに、送信信号ｔｘに対して位相が９０°オフセットされた直交信号ｔｘ９０°を供給する。送信信号ｔｘは、送信増幅器１２の入力に印加され、この増幅器は、例えばクラスＡまたはクラスＢモードで動作してもよく、またはＨブリッジの実施形態で提供されてもよい。

【0037】

[037]送信増幅器１２の出力は、送信整合ユニット１３の入力に接続され、この整合ユニット１３は、好ましくは、少なくとも１つの１次コイルと２次コイルとを有する結合変圧器を含み、送信増幅器１２を送信コイル２１に適合させることができる。インピーダンス整合ユニット１３はまた、好ましくは、図４を参照して以下にさらに説明するように、選択された動作周波数に同調される共振回路を形成するために、送信コイルに選択的に接続可能な同調コンデンサを含む。

【0038】

[038]平衡コイルシステム２では、製品（場合によっては汚染物質を含む製品）が平衡コイルシステム２を通って搬送されるとき、受信信号ｒｓは磁場で発生する外乱によって変調される。しかし、受信コイル２２Ａ、２２Ｂが同一であり、工場現場で平衡状態に設定されていても、製品が存在しない状態で平衡コイルシステムが平衡状態にならない場合があり、その結果、完全に許容できる食品が不合格になる可能性がある。金属探知機の平衡状態は、システムに対する機械的な衝撃、周囲条件の変化、探知機の近傍にある金属物、または部品の弛緩や経年劣化によって乱れることがある。金属検出システムの感度が高く、汚染物質がコイルシステムの出力電圧に及ぼす影響が微小であることを考慮すると、不均衡は受信チャネル、特に限られた電圧信号範囲でのみ動作する入力増幅器と位相感応型検出器およびＡＤＣの飽和を引き起こす可能性もある。このような不均衡を除去するために、調整可能な補償信号が受信信号と組み合わされ、望ましくない不均衡が補償されるまで変化する。

【0039】

[039]受信ユニット３は、平衡コイルシステムインピーダンスを受信チャネルインピーダンスに適合させる、例えば平衡変圧器を含む受信整合ユニット３１を好ましくは備えた少なくとも１つの受信信号経路ｒｐを含む。受信整合ユニット３１によって供給される変調受信信号ｒｓと補償信号ｃｓは、加算ユニットまたは減算ユニットなどの補償ユニット３２に印加される。補償信号ｃｓにより、変調受信信号ｒｓに含まれる不均衡が補償され、補償された変調受信信号が受信増幅器３３の入力に転送される。

【0040】

[040]受信増幅器３３は、増幅され補償された受信信号ｒｓを受信位相感応検出器３４に送出し、受信位相感応検出器３４では、変調された受信信号ｒｓが、同相基準信号および直交基準信号、すなわち周波数源１１によって供給される送信信号ｔｘおよび関連する直交信号ｔｘ９０°と比較または乗算される。受信位相感応検出器３４の出力には、同相受信信号成分ｒｓ－Ｉおよび直交受信信号成分ｒｓ－Ｑを有する復調された複素受信信号ｒｓｃが供給される。

【0041】

[041]複素受信信号ｒｓｃは、受信位相感応検出器３４から受信アナログデジタル変換器３５－Ｉ；３５－Ｑを経由して、デジタル信号処理ユニット４５、例えば制御ユニット４に設けられたデジタル信号処理装置に転送される。制御ユニット４は、さらに、動作プログラムまたは制御プログラム４０を含み、このプログラムにより、校正中および動作中の金属探知機のすべてのプロセスが制御される。

【0042】

[042]金属探知機が複数の動作周波数を使用する場合、受信ユニット３は、好ましくは、各動作周波数用の受信信号経路ｒｐを個別に含む。したがって、受信信号は、並列に配置された異なる受信経路で処理される。

【0043】

[043]信号処理ユニット４５では、信号処理経路ｓｐが実装され、この経路で複素受信信号ｒｓｃが処理される。複素受信信号ｒｓｃのうち、商品またはノイズに関連する信号成分は好ましくは抑制され、金属汚染物に由来する信号成分はさらに処理され検出される。

【0044】

[044]さらに、信号処理経路ｓｐに沿って、複素受信信号ｒｓｃはさらに処理され、変調された受信信号ｒｓから、一定または非常に低い周波数を有する上述の不均衡が除去された補償信号ｃｓを提供する。信号処理ユニット４５によって提供されるデジタル補償信号は、受信ユニット３の補償ユニット３２に転送されるアナログ補償信号を提供するデジタルアナログ変換器９１に転送される。

【0045】

[045]上述したように、補正ループ制御信号は、変調されて補償ユニット３２に適用される前は、走査対象物から発生する信号に影響を与えないように、比較的高い時定数と低い帯域幅を有する。その結果、金属探知機で発生する可能性のある高い周波数の不安定性は補償ループで無視されるため、受信信号は高い周波数の不安定性の影響を受け、達成可能な信号対雑音比と識別性能が制限され、誤警報の原因となる可能性がある。さらに、より高い周波数の不安定性は補償ループに外乱を引き起こす可能性があり、低周波数の不均衡の補正さえも損なわれる可能性がある。

【0046】

[046]補償ループによって無視されるこのような高い周波数の不安定性は、通常、送信ユニット１によって引き起こされる。さらに、送信ユニット１の変化により、送信コイル信号ｓｔも位相および／または振幅がドリフトする可能性があり、汚染物質の測定および検出にも影響を及ぼす可能性がある。

【0047】

[047]送信信号経路ｔｐに沿って発生するこのような不安定性または異常を排除するために、送信測定チャネル８が設けられ、これは、送信信号経路ｔｐから取り出された測定信号ｍｓを受信して処理する。測定信号ｍｓは、送信信号経路ｔｐに沿った特定の点でピックアップされた送信信号ｔｘに対応する。好ましくは、測定信号ｍｓは、送信信号ｔｘの望ましくない修正が捕捉され、変調された受信信号ｒｓへの関連する影響が補正または補償されるように、送信ユニット１の出力の近くでピックアップされる。図１の実施形態では、測定信号ｍｓは、送信増幅器１２の出力に存在する望ましくない影響を決定し、補正または補償することができるように、送信整合ユニット１３でピックアップされる。

【0048】

[048]送信測定チャネル８は、測定信号ｍｓを受信し、増幅し、測定位相感応検出器８４に転送する測定増幅器８３を含む。測定位相感応検出器８４は、測定信号ｍｓを同相基準信号および直交基準信号、すなわち周波数源１１から供給される送信信号ｔｘおよび関連する直交信号ｔｘ９０°で復調し、同相測定信号成分ｍｓ－Ｉおよび直交測定信号成分ｍｓ－Ｑを有する復調された複素測定信号ｍｓｃを生成し、これらはアナログ／デジタル変換器８５－Ｉ；８５－Ｑを介して信号処理ユニット４５に転送される。

【0049】

[049]信号処理ユニット４５において、複素測定信号ｍｓｃ、および好ましくは複素測定信号ｍｓｃから導出された基準値ｍｓｃ－ｒは、図３ａおよび図３ｂを参照して後述するように、信号処理経路ｓｐに設けられた少なくとも１つの補正モジュール４５１、４５２、４５１０に適用される。それによって、送信ユニット１によって引き起こされる不安定性および外乱が除去される。

【0050】

[050]好ましくは、このような補償または補正は、修正モジュール４５６１、４５６２において、複素測定信号ｍｓｃまたはその成分の適用によって元に戻され、送信ユニット１の外乱および不安定性の影響も受ける受信信号経路ｒｐで処理される変調された受信信号ｒｓに含まれる不均衡信号成分に正確に対応する修正された複素補償信号ｉｓｃ１、ｉｓｃ２を作成する。その結果、修正された複素補償信号ｉｓｃ１、ｉｓｃ２から得られる補償信号ｃｓにより、変調された受信信号ｒｓにおける対応する不平衡信号成分を完全にキャンセルすることができる。

【0051】

[051]図２ａは、さらに好ましい実施形態における図１の金属探知機を示している。周波数源１１がデジタル周波数源モジュール４１１を含むことが示されており、このデジタル周波数源モジュールは、好ましくは制御ユニット４に実装されるか、または信号処理ユニット４５に直接実装される。デジタル周波数源モジュール４１１は、デジタル同相基準信号および直交基準信号を提供し、これらの信号は、デジタルアナログ変換器１１－Ｉ、１１－Ｑにおいて、同相送信信号ｔｘおよび関連する直交信号ｔｘ９０°に変換される。

【0052】

[052]図２ａは、測定信号ｍｓが、送信コイル２１に誘導的に結合された測定コイル２３によってもピックアップされ得ることをさらに示している。

【0053】

[053]図２ｂは、デジタル領域で実装された位相感応型検出器４５３４、４５８４を備えた図２ａの金属探知機を示している。したがって、アナログ領域では基準信号は不要である。変調された受信信号ｒｓと測定信号ｍｓの復調のためのすべての信号情報は、信号処理ユニット４５で利用可能である。アナログ－デジタル変換も信号処理ユニット４５に組み込むことができる。

【0054】

[054]図２ｂに追加されたモジュール３９は、受信信号ｒｓを処理するために、増幅器ユニットおよびフィルタユニットのような追加の電子モジュールが受信信号経路ｒｐに存在できることを示している。

【0055】

[055]図３ａは、好ましい実施形態における図１および図２ａの金属探知機の信号処理ユニット４５を示す。信号処理ユニット４５は、信号処理経路ｓｐに沿ってデジタル同相信号と直交信号を処理するように設計されている。この実施形態においても、位相感応検出器を信号処理ユニット４５に実装することができる。

【0056】

[056]信号処理ユニット４５の入力側では、複素受信信号ｒｓｃと複素測定信号ｍｓｃが入力段４５０、４５８に印加され、この入力段４５０、４５８では、既知の干渉が好ましくはデジタルフィルタによって除去される。

【0057】

[057]好ましい実施形態では、金属探知機の校正中に、複素測定信号ｍｓｃは、変調された受信信号ｒｓに対する送信ユニット１の一定の影響を表す複素または非複素の一定の基準値ｍｓｃ－ｒを提供するように処理される。複素測定信号ｍｓｃは、例えば、校正モジュール４００に転送され、校正モジュール４００は、校正プロセス中に、位相および／または振幅における一定の基準値ｍｓｃ－ｒを決定する。校正モジュール４００は、好ましくは制御プログラム４０または信号処理ユニット４５の一部である。一定の基準値ｍｓｃ－ｒは、モジュール４５９に格納され、測定信号ｍｓの正規化に使用され、正規化された測定信号ｍｓは、もはや送信チャネルの絶対的な測定値ではなく、校正が行われてから実際の測定までの時間間隔における送信チャネルの測定値の変化のみを表す。基準値ｍｓｃ－ｒは、通常、送信ユニット１の状態が、例えば、コンポーネントの変化または印加される信号電圧の変化などによって大きく変化した場合にのみ、再捕捉される。後述するように、測定信号ｍｓは、第１の補正モジュールに適用される前、または第１の補正モジュールに適用された後に、正規化することができる。

【0058】

[058]一定の基準値ｍｓｃ－ｒが校正中に決定される間、複素測定信号ｍｓｃは、送信ユニット１によって引き起こされるすべての不安定性または不均衡を継続的に補正することができるように、継続的に観測される。本発明の方法によれば、送信チャネルまたは送信信号経路ｔｐに生じる不安定性、ドリフトおよび外乱の一部または全部を補正または補償することができる。

【0059】

[059]送信器の不安定性によって連続的に現れる受信器の不均衡を補正するために、金属探知機を通って搬送される製品および汚染物質に関連する信号成分を依然として含む複素受信信号ｒｓｃと、連続的に得られる複素測定信号ｍｓｃとが、第１の補正モジュール４５１に適用され、この第１の補正モジュールにおいて、送信ユニット１の連続的に発生する不安定性が複素受信信号ｒｓｃに与える影響が、例えばそれぞれ第１の補正モジュールに実装される複素除算関数またはカルマンフィルタによって除去される。この補正の後、製品および汚染物質に関する信号成分は、より高い信号対雑音比で検出することができる。さらに、送信機の不安定性に起因する誤報も回避される。

【0060】

[060]オプションとして、金属探知機を通って搬送される製品および汚染物質に関する信号成分を依然として含む、一旦補正された複素受信信号ｒｓｃ１および一定の基準値ｍｓｃ－ｒは、補正された受信信号ｒｓｃ１が好ましくは複素乗算関数の適用によって正規化される第２の補正モジュール４５２に適用される。

【0061】

[061]本発明の金属探知機は、第１の補正モジュール４５１のみを含んでもよいが、好ましくは、任意の順序で直列に配置された第１の補正モジュール４５１および第２の補正モジュール４５２を含む。

【0062】

[062]第２の補正モジュール４５２の出力における複素受信信号ｒｓｃ２は、一方では信号検出モジュール４５４に転送され、他方では補償信号部４５６に転送され、この補償信号部４５６において後述するように補償信号ｃｓが作成される。信号検出モジュール４５４では、複素受信信号ｒｓｃにまだ存在する製品成分が抑制され、汚染物質に関連する信号成分がさらに処理され、好ましくは、汚染物質の存在を示す閾値と比較され、閾値を超えた場合に、汚染物質の存在を知らせる。

【0063】

[063]図１を参照して既に説明したように、金属探知機は補償ループを含む。補正が必要な不均衡を決定するために、製品および汚染物質に関する信号成分が、複素補償信号ｉｓｃを提供するループ制御モジュール４５６０において、複素受信信号ｒｓｃから除去される。受信ユニット３で処理される変調受信信号ｒｓに含まれる不均衡信号成分は、送信ユニット１のドリフトと不安定性の影響を受けるため、補正モジュール４５１と４５２で行われた補正は元に戻される。したがって、ループ制御モジュール４５６０によって提供される複素補償信号ｉｓｃは、それに応じて少なくとも１つの修正モジュール４５６１、４５６２で修正される。

【0064】

[064]第１の補正モジュール４５１において複素受信信号ｒｓｃに適用された補正を取り消すために、複素補償信号ｉｓｃと複素測定信号ｍｓｃは、補償信号部４５６に設けられた第１の修正モジュール４５６１に適用され、この修正モジュール４５６１において、複素補償信号ｉｓｃは、好ましくは複素乗算関数の適用によって、連続的に得られた複素測定信号ｍｓｃによって修正される。

【0065】

[065]第２の補正モジュール４５２において一旦補正された複素受信信号ｒｓｃ１に適用された補正を取り消すために、第１の修正モジュール４５６１によって提供された一旦修正された複素補償信号ｉｓｃ１と、モジュール４５９に格納された基準値ｍｓｃ－ｒとが、補償信号部４５６に設けられた第２の修正モジュール４５６２に適用され、この第２の修正モジュール４５６２において、一旦修正された複素補償信号ｉｓｃ１が、好ましくは複素除算関数の適用によって、代替的にはカルマンフィルタの適用によって、基準値ｍｓｃ－ｒによって修正される。

【0066】

[066]第２の修正モジュール４５６２によって配信される２回修正された複素補償信号ｉｓｃ２は、受信ユニット３において処理される変調された受信信号ｒｓの不均衡信号成分に対応する。受信ユニット３において処理される変調された受信信号ｒｓの不均衡信号成分と、２回修正された複素補償信号ｉｓｃ２との対称性により、変調された受信信号ｒｓにおける送信機の不安定性に起因する不均衡および外乱の取り消しが最適化される。

【0067】

[067]第２の補正モジュール４５２が実装されない場合、対応する第２の修正モジュール４５６２も実装されない。前述のように、補正モジュール４５１、４５２および修正モジュール４５６１、４５６２の配置順序は変更可能である。対応するモジュール４５１、４５６１、および存在する場合にはモジュール４５２、４５６２に実装される関数は、好ましくは互いに逆である。

【0068】

[068]２回修正された複素補償信号ｉｓｃ２は、変調モジュール４５６３に適用され、変調モジュール４５６３は、動作周波数ｔｘに対応する搬送波周波数で不均衡信号ｉｓｃ２を変調する。その結果、デジタル変調された補償信号ｃｓは、変調モジュール４５６３の出力からデジタルアナログ変換器９１に送られ、このデジタルアナログ変換器９１は、アナログ変調された補償信号ｃｓを、増幅器９２を介して受信ユニット３内の補償ユニット３２（和算ユニットまたは減算ユニットなど）に適用する。

【0069】

[069]図３ｂは、デジタル領域に配置された位相感応検出器４５３４、４５８４を備えた好ましい実施形態における図２ｂの金属探知機の信号処理ユニット４５の例を示している。もちろん、位相感応検出器４５３４、４５８４は、図１に示すようにアナログ領域で実装することもできる。したがって、図３ａおよび図３ｂの実施形態における信号処理ユニット４５は、本発明の金属探知機の任意の実施形態において使用することができる。機能エンティティは、必要に応じてアナログ領域からデジタル領域へ、またはデジタル領域からアナログ領域へ移動される。位相感応検出器４５３４、４５８４は、複素受信信号ｒｓｃと複素測定信号ｍｓｃを対応する干渉除去モジュール４５０、４５８に供給する。

【0070】

[070]図３ｂの信号処理ユニット４５の実施形態では、複素受信信号ｒｓｃの補正と、複素補償信号ｉｓｃの対応する修正は、異なる方法で行われる。複素測定信号ｍｓｃは、好ましくは正規化されて、第１の補正モジュール４５１および対応する修正モジュール４５６１に適用される。

【0071】

[071]オプションとして、一定の基準値ｍｓｃ－ｒがモジュール４５９に供給され、複素測定信号ｍｓｃと共に正規化モジュール４５１０に適用され、その正規化モジュール４５１０において複素測定信号ｍｓｃが一定の基準値ｍｓｃ－ｒによって正規化される。その結果の正規化された測定信号ｍｓｃだけが、複素受信信号ｒｓｃに対してただ１つの補正モジュール４５１で適用されるので、補償信号ｉｓｃに対してこの補正を元に戻すために、ただ１つの対応する修正モジュール４５６１が必要である。

【0072】

[072]図４は、金属探知機のさらなる実施例を示しており、この金属探知機は、送信ユニット１と、平衡コイルシステム２と、受信ユニット３と、送信測定チャネル８と、制御プログラム４０および信号処理ユニット４５を備えた制御ユニット４と、を含む。この金属探知機の動作原理は、図１に示した金属探知機の動作原理に対応している。図３に示す送信測定チャネル８と関連する信号処理モジュールを除いたこの金属探知機の回路は、基本的にＵＳ１０１８４９０８Ｂ２に示される金属探知機に対応する。したがって、既知の既に動作している金属探知機を、本発明の解決策によって有利に強化することができる。

【0073】

[073]送信ユニット１は、送信信号ｔｘを送信増幅器１２に設けられた上側および下側増幅器翼１２Ａ、１２Ｂに供給する周波数発生器１１を含む。各増幅器翼１２Ａ、１２Ｂは、それぞれ第１および第２のオペアンプＯＡ、ＯＡ’の実施形態における前置増幅器を含み、抵抗Ｒ１を介して第１のオペアンプＯＡの反転入力に印加され、抵抗Ｒ２’を介して第２のオペアンプＯＡ’の非反転入力に印加される送信信号ｔｘの半波を増幅する。第１のオペアンプＯＡの非反転入力および第２のオペアンプＯＡ’の反転入力は、抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ１’を介して互いに接続され、第１の電源電圧－Ｕｂの半分に対応する電位に接続される。第１および第２のオペアンプＯＡ、ＯＡ’の出力は、抵抗Ｒ３、Ｒ３’を介してそれらの反転入力に接続され、抵抗Ｒ４、Ｒ４’を介してそれぞれの第１または第２のパワートランジスタＴ、Ｔ’のベースに接続される。

【0074】

[074]入力送信信号ｔｘは第１のオペアンプＯＡの反転入力に印加されるので、送信信号ｔｘの正の半波は反転され、第１の増幅器翼１２Ａで増幅される、すなわち、第１オペアンプＯＡと第２オペアンプＯＡ’の両方は、それぞれの第１または第２パワートランジスタＴ、Ｔ’のベースに負の半波を供給し、ベースは抵抗Ｒ５、Ｒ５’を介してゼロ電位０Ｖに接続され、抵抗Ｒ６、Ｒ６’を介してそのエミッタに接続され、エミッタはそれぞれ抵抗Ｒ７またはＲ７’を介して第１電源電圧－Ｕｂに接続される。トランジスタＴ、Ｔ’のコレクタは、送信整合ユニット１３の入力に設けられた対応する第１または第２のスイッチＳ１１、Ｓ１２に接続される。送信整合ユニット１３は、２つの１次コイル１３１１Ａ、１３１１Ｂおよび１つの２次コイル１３１２を有する結合トランス１３１と、複数の同調コンデンサ１３２、１３３と、を含む。

【0075】

[075]第１のパワートランジスタＴのコレクタは、第１のスイッチＳ１１を介して、結合トランス１３１の第１の１次コイル１３１１Ａの複数のタッピングＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのうちの１つに接続される。第２のパワートランジスタＴ’のコレクタは、第２のスイッチＳ１２を介して、結合トランス１３１の第２の１次コイル１３１１Ｂの複数のタッピングＡ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’のうちの１つに接続される。同一に設計されているが逆向きに巻かれた第１および第２の１次コイル１３１１Ａ、１３１１Ｂは、第２の供給電圧＋Ｕｂに共通のタッピングに接続されている。タッピングＡ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＡ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’は、共通タッピングから数えて同じターン数に配置されている。第１および第２のスイッチＳ１１、Ｓ１２は、同一の負荷がパワートランジスタＴ、Ｔ’に印加され、対称性が維持されるように、常に互いに対応するタッピングが選択されるように制御される。したがって、この好ましい実施形態では、増幅器翼１２Ａ、１２ＢのパワートランジスタＴ、Ｔ’を有するパワー段は完全に同一である。

【0076】

[076]スイッチＳ２により、送信コイル２１を２次コイル１３１２の適切なタッピングＥ、Ｆ、Ｇに接続することができる。さらなるスイッチＳ３により、同調コンデンサ１３２、１３３の１つを送信コイル２１に並列に接続することができる。スイッチＳ２およびＳ３は、選択された動作周波数に同調した共振回路を構成するように選択される。

【0077】

[077]図４はさらに、測定信号ｍｓが、結合トランス１３１の一次側の差動信号に対して、スイッチＳ１１またはＳ１２、またはスイッチＳ１１およびＳ１２において送信増幅器１２の出力でピックアップされることを示している。あるいは、測定信号ｍｓは、結合トランス１３１の二次側で、例えば差動信号に対して送信コイル２１をタッピングＥ、ＦまたはＧの１つに接続するスイッチＳ２およびＳ３でピックアップされてもよい。さらに、あるいは、測定信号ｍｓは、送信コイル２１に誘導的に結合された測定コイル２３でピックアップされてもよい。測定信号ｍｓは、図１に示す送信測定チャネル８に転送され、図１および図３を参照して説明したように処理される。

【符号の説明】

【0078】

[078]
１ 送信ユニット
１１ 周波数源、シンセサイザ
１１－Ｉ、１１－Ｑ デジタルアナログ変換器
１２ 送信増幅器
１２Ａ、１２Ｂ アンプ部
１３ 送信整合ユニット
１３１ 結合トランス
１３１１Ａ、１３１１Ｂ １次コイル
１３１２ ２次コイル
１３２、１３３ 同調コンデンサ
２ コイルシステム
２１ 送信コイル
２２Ａ、２２Ｂ 受信コイル
２３ 測定コイル
３ 受信ユニット
３１ 受信整合ユニット
３２ 補償ユニット
３３ 受信増幅器
３４ 受信位相感応検出器／復調器
３５Ｉ、３５Ｑ 受信アナログデジタル変換器
４ 制御ユニット
４０ 制御プログラム
４００／ＣＡＬ 校正モジュール
４１１ デジタル周波数源モジュール
４５ 信号処理ユニット／モジュール
４５０、４５８ 干渉除去モジュール
４５１／ＤＩＶ 複素除算補正モジュール
４５１０／ＤＩＶ 正規化モジュール
４５２／ＭＵＬ 複素乗算補正モジュール
４５４／ＭＤ 金属検出モジュール
４５６ 補償信号部
４５６０ ループ制御モジュール
４５６１／ＭＵＬ 複素除算修正モジュール
４５６２／ＭＵＬ 複素乗算修正モジュール
４５６３／ＭＯＤ 変調モジュール
４５８／ＫＩＲ 干渉除去モジュール
４５９／ＴＲＶ ドライブ基準値
６ 製品コンベア
８ 送信測定チャネル
８３ 測定増幅器
８４ 測定位相感応検出器／復調器
８５Ｉ、８５Ｑ 測定アナログ／デジタル変換器
９ 補償チャネル
９１ デジタルアナログ変換器
９２ 補償チャネルにおける増幅器
ｃｓ 変調された補償信号
ｉｓｃ 複素補償信号
ｉｓｃ１ １回修正された複素補償信号
ｉｓｃ２ ２回修正された複素補償信号
ｍｓ 測定信号
ｍｓｃ 複素測定信号
ｍｓｃ－ｎ 正規化された複素測定信号
ｍｓｃ－ｒ 送信機基準値
ｍｓ－Ｉ 測定信号の同相成分
ｍｓ－Ｑ 測定信号の直交成分
ｒｓ 変調された受信信号
ｒｓｃ 複素受信信号
ｒｓ－Ｉ 複素受信信号の同相成分
ｒｓ－Ｑ 複素受信信号の直交成分
ｒｓｃ１ １回補正された複素受信信号
ｒｓｃ２ ２回補正された複素受信信号
ｔｘ；ｔｘ９０° 送信信号、直交信号
ＯＰＴ オプションモジュール

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3a】

【図3b】

【図4】

【国際調査報告】