DE3240964A1

DE3240964A1 - Vorrichtung zum entdecken von metallobjekten

Info

Publication number: DE3240964A1
Application number: DE19823240964
Authority: DE
Inventors: Kari Timo Johannes 02210 Espoo Aittoniemi; Erkki Sakari 02360 Espoo Kiuru; Aatu Veikko Kalevi 00520 Helsinki Lappalainen; Kalevi 02180 Espoo Savolainen
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 1981-11-06
Filing date: 1982-11-05
Publication date: 1983-05-19
Also published as: DE3240964C2; SE453948B; AU9017782A; FR2516251A1; KR890003089B1; BR8206455A; ES8400606A1; US4605898A; IT1153637B; FR2516251B1; CA1203304A; SE8206285D0; ES517150A0; IT8224093A0; JPH0522192B2; KR840002524A; SE8206285L; GB2110825A; AU553090B2; ZA828082B

Description

Vorrichtung zum Entdecken von Metallobjekten

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entdecken von Metallobjekten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1,

Ein auf der Erzeugung von Wirbelströmen basie·= render Metalldetektor besteht aus zwei Hauptteilem Die Sendeschleife erzeugt in einem bestimmten Bereich ein wechselndes Magnetfeld., Befinden sich elektrisch leitende Objekte innerhalb des Feldes, so werden in ihnen Wirbelströme erseugto Das von diesen Wirbelstrom men erzeugte Feld wird von der Empfangsschleife er= mittelto Für die Entdeckung eines Objektes ist es notwendig, daß zumindest an einem Punkt auf dem Weg des Objektes durch den Detektorkanal ein Erregerfeld vorhanden ist, das eine solche Richtung hat, daß es in dem zu entdeckenden Objekt Wirbelströme hervorruito Es ist auch notwendig, daß das Empfangssystem diese Ströme an diesem Raumpunkt wirksam messen kann»

Zu Beginn sei ein kugelförmiges Objekt betrachtet» Aufgrund seiner Symmetrie ist die Größe der in ihm erzeugten Wirbelströme unabhängig von der Richtung des Erregerfelds bezüglich der Kugel_o Die innerhalb der Kugel zirkulierenden Wirbelströme erzeugen außerhalb von sich ein gleiches magnetisches Feld wie die magnetische Dipolquelle, die dieselbe Richtung wie das Er~> regerfeld hat und am' Mittelpunkt der Kugel angeordnet ist, welche Dipolquelle entsprechend der Stärke des Erregerfelds ist, wobei ihre Größe selbstverständlich auch von den Parametern der Kugel abhängte Die Verbin-

dung einer solchen Dipolquelle mit der Empfangsschleife kann mittels des sogenannten Detektorfeldes des Empfängers festgestellt werden (d.h. ein hypothetisches Magnetfeld wird erzeugt, indem bemessener Strom durch die EmpfMngerstränge geleitet wird). Die Dipolansprechung in der Empfangsspule ist entsprechend zu einer solchen Komponente des Detektorfeldes, die parallel zum Dipol am fraglichen Punkt ist. Somit ist die Ansprechung A (?) am Punkt F entsprechend dem Produkt

A(FWB(F) . B₀(F), (1)

worin EL, die Flußdichte des Sendefeldes und B_n die Flußdichte des Empfängerdetektorfeldes ist.

Als nächstes wollen wir eine magnetische, elektrisch leitende Stange betrachten (z. B. mit einem Längen/Dickenverhältnis = 10). Die Erfahrung hat gezeigt, daß diese Art von Stange nur in ihrer Längsrichtung magnetisierbar ist. Jetzt ist die Ansprechung A (F) entsprechend dem Produkt

A_s(F)^(B_T(F) . R_o) (B_R(F) . R_o), (2) worin R ein Einheitsvektor mit derselben Richtung wie die Stange ist.

Bei einer nicht magnetischen Stange ist die Situation etwas anders. Mit solchen Objekten wird im allgemeinen die maximale Ansprechung erhalten, da die Wirbelströme längs der Längsseiten der Stange zirkulieren. Dieselbe Art von Abhängigkeit wie in der Formal (2) besteht in diesem Fall auch, aber jetzt, hat man sich den Vektor R als senkrecht zu der Stange vorzustellen. Gemäß den Formeln (1) und (2) ergibt sich, daß die Sende- und Empfangssysteme eine gleich wichtige Stel-

le beim Erzeugen des Signals einnehmen«

Das US-Patent 3 697 996 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen von Wirbelströmen in Objekten mit abweichenden Richtungen mittels mehrerer, aufeinanderfolgend betriebener Sendeschleifensysteme« In diesem Patent ist kein Empfangssystem erwähnt«, Auf der Basis obiger Beschreibung wird klar, daß das Sendesystem des US-Patents 3 697 996 verbunden mit einem konventionellen Empfänger die Richtungseigenschaften der Vorrichtung nicht wesentlich verbessert»

Das finnische Patent 40 646 beschreibt eine Schleifenkonfiguration, die die oben beschriebenen Prinzipien verwirklicht«, Ihre Anwendung in der Praxis erfordert aber einen Kanal, der in der Fortschreitungsrichtung lang ist«, In der Praxis ist jedoch ein kompaktes Schleifensystem erwünscht» Außerdem ist das in dem finnischen Patent 40 646 beschriebene Verfahren hauptsächlich für eine Vorrichtung mit kontinuierlicher Arbeitsweise bestimmt j in einer solchen Vorrichtung ist das Erregermagnetfeld während der Messung auch angeschaltet. Dementsprechend muß die Geometrie der Schleifen so gewählt werden, daß die gegenseitige Induktion zwischen der Sendespule und der Empfangsspule ausgeschaltet ist»

Das in dem US-Patent 3 758 849 beschriebene Verfahren benutzt zwei Sendeschleifen und zwei Empfangsschleifen, die kreuzweise angeordnet sind= Die Sendeschleifen werden jedoch gleichzeitig mit harmonischem Strom betrieben, so daß ungeachtet der kreuzweisen An« Ordnung der Sendeschleifen nur ein Sendefeld erzeugt wird» Es ist auch offensichtlich, daß bei dem Verfahren nach dem US-Patent 3 758 849 ein Objekt, das den Kanal

an einem bestimmten geometrischen Punkt in der Mitte de.'; Kn η til s pansiert, so daß die Richtung seine« ergiebig induzierten Wirbelstroms mit der Fortschreitungsrichtung zusammenfallt, unbemerkt durchgehen wird. Überdies setzt das US-Patent 3 758 849 auch eine Nullverbindung zwischen den Sende- und Empfangsschleifen voraus, was keine ideale Geometrie zuläßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik eine verbesserte Vorrichtung zum Entdecken von Metallobjekten zu schaffen, so daß ungeachtet der Bewegungslagen der Objekte, die durch das Wechselmagnetfeld gelangen, die sogenannten toten Punkte vermieden sind, d. h. solche Punkte, wo die durch die Wechselmagnetfelder wandernden Objekte keine Wirbelströme zu Induzierung des Signals erzeugen wurden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gelöst, wie sie durch den Anspruch 1 gekennzeichnet ist. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zumindest zwei kreuzweise eingerichtete Sendeschleifen und eine gleiche Anzahl von Empfangsschleifen auf, die mit Bezug zueinander in derselben Lage angeordnet sind. Die Sendeschleifen erzeugen in dem Schleifensystem abweichende Primärfelder, die ihre Richtung und ihre Größe entsprechend ihrem Ort ändern und ihrerseits Wirbelströme in den sich innerhalb der Primärfelder bewegenden Objekten erzeugen. Das durch das sich bewegende Objekt erzeugte Sekundärfeld induziert seinerseits ein Signal in einer Empfangsspule.Die e'rfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt auch Einrichtungen zum Verstärken und Weiterverarbeiten des Signals.

Ein wesentlicher Vorteil der esrf indungsgemänen Vorrichtung besteht darin, daß die Vorrichtung ein Ansprechsignal von etwa gleicher Stärke liefert, ungeachtet der Lage, in der ein längliches Objekt durch den Kanal gelangt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand beigefügt ter Zeichnungen naher erläutert» Es zeigen Fig., 1 schematisch eine Ausführungsform eines konven«= tionellen Metalldetektors, Fig.» 2 schematxsch eine bevorzugte Ausfünrungsforrn der

Vorrichtung nach der Erfindung, Fig., 3 das Impulsdiagramm des mit der erfindungsgemäße;n Vorrichtung verbundenen Zeitglieds, aufgetragen auf einer Zeitachse, und
Fig., 4 eine bevorzugte prkatische Ausfuhrungsform der Erfindung»

Gemäß Fig, 1 werden Stromimpulse mittels eines Zeitglieds 1 und eines Verstärkers 2 in die Sendesehlei-*· fe 3 eingeleitet» Ein Abtastverstärker 5 (sampling amplifier) wird aktiviert, um kurz nach Beendigung des Sendeimpulses ein Signal von der Empfangsschleife 4 auf*= zunehmen» Nun ist das Erregerfeld nicht mehr wirksam, weshalb das Ansprechsignal nur von einem fremden Metallobjekt hervorgerufen v/erden kann= Da das Erregerfeld in einer impulsbetriebenen Vorrichtung während der Messung nicht angeschaltet ist, ist eine gegenseitige Minimal«· verbindung zwischen dem Empfänger und dem Sender nicht erforderlich»

Bei der Vorrichtung nach Fig_o 1 erfolgt die gegen·= seitige Einstellung des Sendefeldes und des Detektorfel« des des Empfängers'(d„ h. eine wirksame Erfassung einer maximalen Wirbelstrominduktion) mittels Schleifen, die auf beiden Seiten des Kanals angeordnet sind und im we-

sentlichen■gleiche Form haben. Es kann beobachtet werden, daß im Falle der Fig. 1 beim Befördern einer Stahlntango durch den Kanal in Richtung der Diagonal-" stränge dio Vorrichtung ein sehr schwaches Signal für dieses Objekt abgibt. Dementsprechend erreicht das Signal .seinen Maximalwert, wenn das Objekt in senkrechter Richtung bewegt wird.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Zwei im wesentlichen gleiche Schleifensysteme sind kreuzweise aufeinander angeordnet, wobei jedes Schleifensystem zwei Sendeschleifen 3 bzw. zwei Empfangsschleifen 4 aufweist. Das Zeitglied 1 steuert in aufeinanderfolgendem Turnus die Kraftverstärker 2, die im Turnus unter Benutzung der Impulstechnik die zwei Sendeschleifen 3 beschicken. Die von den Schleifen 3 erzeugten Sendefelder haben abweichende Richtungen. Nun müssen zwangsläufig Wirbelströme in dem durch das Schleifensystem bewegten Objekt zumindest an einem Punkt induziert werden, unabhängig vom Ort, der Lage oder der Form dieses Objektes. Das Zeitglied 1 steuert auch zwei mit den Sendeschleifon 3 synchronisierte Abtastverstärker 5, so daß die von den zwei Sendekanälen induzierten Wirbelströme jeweils auf einem anderen Empfängerkanal gemessen werden. Wenn dar; Antwortsignal des Objekts einen vorherbestimmten Alarmpnqel überschreitet, ruft die Vorrichtung mittels einer Alarmeinrichtung 6 einen Alarm hervor.

Fig. 3 zeigt die Wirkungsweise des Zeitglieds 1 in Form eines Impulsdiagramms. Die Detektorfelder der Empfänger 4 sind überall abweichend und gerichtet, so daß die von jedem Sender 3 induzierten Wirbelströme mit Bezug zu einem Empfänger-4 gemessen werden können. Wenn z. B. eine Stahlstange in einer Lacje durch den Kanal gelangt, wo beispielsweise das System I fast ein Nullr.ignal her-

^ßAD ORIGINAL

vorruft:, wir-.l das System II ein Mnximumsign.il erzeugen= Dementsprechend ist die Ansprechung der Vorrichtung nach Fig, 2 weit weniger abhängig von der Lage und der Form des Objekts und hat die Vorrichtung wesentlich weniger sogenannte tote Punkte wie die Vorrichtung nach Fig= I»

Es wurde oben eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, wobei klar ist, daß die Vorrichtung nach der Erfindung in verschiedenen Abwandlungen ausgeführt werden kann, indem z» B. in den Empfangsschleifen 4 eine wesentlich höhere Turnuszahl als in den Sendeschleifen 3 angewandt wird_o

Gemäß Fig» 4 sind die Sendeschleifen 3 und die Empfangsschleifen 4 bei einer praxisbezogenen Ausführungsform mit Schutzplatten 7 und 8 abgedeckt, die mittels Verbindungsplatten 9 zusammengeschlossen sind» Die Schutzplatten 7 und 8 sind weiterhin fest mit ihrer Basis 10 verbunden» Das Zeitglied 1, die Kraftverstärker 2 und 5 sowie die Alarmeinrichtung 6, die alle veaentliehe Teile der Erfindung bilden, sind in einer Elektronikeinheit 11 zusammengefaßt, die mittels eines Kabels 12 mit der Vorrichtung verbunden ist«,

BAD ORIGINAL

Claims

Patentanspruches

/ iJ/orriehtung sum Entdecken von Metallobjakten, welche Vorrichtung ein separates Sendeschleifensysfcem (3) und ein Empfangsschleifensystem (4) aufweist, welches Sendeschleifensystem aus sumindest zwei Schleifen besteht zur Erzeugung abweichender Primärfelder, die

ihre Richtung und Größe entsprechend ihrem Ort ändern j v/elche Primärfelder ihrerseits in einer,; sich innerhalb dieser PrimMrfelder bewegenden Objekt Wirbelströme erzeugen, woraufhin das in dem Objekt eraeugte Sekundärfeld ein Signal in dem Empfangschleifensystem induziert, und mit Einrichtungen sum Verstärken und Weiterverarbeiten dieses Signals, dadurch g e k e η η * zeichnet, daß das Sendeschleifensystem (3) aus zumindest zwei Schleifen gebildet ist, die in der Windungsebene in einander überkreuzender Lage angeordnet sind, so daß die von den Schleifen (3) erzeugten magnetischen Felder abweichend sind, und daß das Empfangsschleifensystem (4) ebenfalls aus derselben Anzahl von Schleifen v/ie das Sendeschleifensystem (3) zusammenge« setzt ist, v/elche Schleifen (4) in entsprechender Lage

wio In dem Κιηρί anq.'i.'ui» ld Ion ays torn (3) angeordnet sind.
2.Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangsschleifensysteme (3,4) im wesentlichen identisch in der Form sind.
3=Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangsschleifensysteme (3,4) im wesentlichen identische Windungen haben.
4.Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von den separaten Sendeschleifen (3) induzierten Wirbelströme jeweils durch eine Empfangsschleife (4) gemessen werden, die sich in einer entsprechenden Lage wie die fragliche Sendeschleife (3) befindet.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (1) zur Steuerung sowohl der Sendeschleifen (3) als auch der Empfangsschleifen (4) benutzt werden kann. '

BADORiGINAL