ДЕТЕКТОР ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2022 года по МПК G01V3/10 

Предлагается детектор для обнаружения электропроводящего материала.

Детекторы металла могут применяться для обнаружения движущихся металлических предметов. Для этого детектор металла может иметь колебательный контур, имеющий одну или несколько катушек. Движение металлического предмета в магнитном поле катушки или катушек приводит к изменению импеданса катушки или катушек. В случае нескольких катушек движение металлического предмета вблизи катушек дополнительно приводит к изменению связи катушек. Из-за того, что катушка или катушки расположены в колебательном контуре, даже небольшое возбуждение приводит к высоким амплитудам осцилляций, при которых могут легко обнаруживаться изменения. Однако возможно также, чтобы к изменению амплитуды приводили другие факторы, такие как температурные влияния или старение конструктивных элементов. Таким образом, детекторы металла, которые подвержены действию больших разностей температур или которые применяются в течение длительного периода времени, имеют большие неточности при обнаружении металлических предметов.

Подлежащая решению задача заключается в том, чтобы предложить детектор для обнаружения электропроводящего материала, который может эксплуатироваться эффективно.

Задача решается с помощью объекта независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора для обнаружения электропроводящего материала, детектор включает в себя по меньшей мере один передатчик, имеющий катушку передатчика и источник питания. Источник питания может представлять собой источник напряжения или источник тока. Катушка передатчика может иметь электропроводящий материал. Катушка передатчика может быть электрически соединена с источником питания. Источник питания предназначен для того, чтобы в режиме эксплуатации предоставлять переменное напряжение или переменный ток. Амплитуда и частота переменного напряжения могут быть задаваемыми.

Детектор включает в себя также приемник, имеющий катушку приемника. Катушка приемника может иметь электропроводящий материал. Передатчик и приемник могут быть расположены отдельно друг от друга. Это может означать, что передатчик и приемник не соединены друг с другом, например, кабелем или другим электропроводящим соединением.

Детектор включает в себя также блок аналитической обработки. Блок аналитической обработки выполнен для того, чтобы обнаруживать индуцируемый в катушке приемника сигнал. Сигнал может представлять собой электрическое напряжение или электрический ток. Приемник соединен с блоком аналитической обработки. Приемник может быть соединен с блоком аналитической обработки электрически. Блок аналитической обработки может представлять собой блок аналитической обработки сигналов. Блок аналитической обработки может быть выполнен для того, чтобы измерять напряжение или ток. Например, блок аналитической обработки может иметь первый вход и второй вход. Катушка приемника может иметь первый разъем и второй разъем, при этом второй разъем расположен на обращенной от первого разъема стороне катушки приемника. Каждый из разъемов катушки приемника может быть электрически соединен с одним из входов блока аналитической обработки. Блок аналитической обработки может быть предназначен для того, чтобы измерять приложенное к катушке приемника напряжение. Блок аналитической обработки может быть также выполнен для того, чтобы предоставлять значение измеренного напряжения на выходе блока аналитической обработки.

Приемник выполнен в виде приемника без колебательного контура. Это означает, что приемник представляет собой приемник без колебательного контура. Также приемник не используется в качестве колебательного контура в режиме эксплуатации детектора. Катушка приемника может быть непосредственно электрически соединена с блоком аналитической обработки. Это может означать, что каждый из разъемов катушки приемника непосредственно электрически соединен с одним из входов блока аналитической обработки.

В основе описанного здесь детектора лежит, в том числе, идея о том, что в окружении детектора может обнаруживаться электропроводящий материал. Если катушка приемника расположена в магнитном поле, то при изменении магнитного поля в катушке приемника может индуцироваться напряжение. Магнитное поле может изменяться, например, из-за того, что в магнитном поле движется электропроводящий материал. Детектор может, кроме того, применяться для обнаружения ферромагнитного материала, так как магнитное поле может также изменяться из-за того, что в магнитном поле движется ферромагнитный материал. Блок аналитической обработки предназначен для того, чтобы обнаруживать индуцируемый в катушке приемника сигнал, например, напряжение. Таким образом, изменение индуцируемого в катушке приемника напряжения указывает, что электропроводящий материал предмет, ферромагнитный материал или ферромагнитный предмет движется в магнитном поле или приближается к детектору.

Так как приемник выполнен в виде приемника без колебательного контура, приемник предпочтительно не имеет резонансной частоты. У колебательного контура амплитуда индуцируемого в катушке колебательного контура напряжения может нелинейно зависеть как от индуцируемого напряжения, так и от других параметров, таких как температурные влияния или старение конструктивных элементов. В противоположность этому, амплитуда напряжения, индуцируемого в описанной здесь катушке приемника, зависит только от индуктивности катушки приемника. Зависимость от амплитуды индуцируемого в катушке приемника напряжения может быть корневой. Индуктивность катушки приемника зависит от геометрии катушки приемника и от материалов, которые обладают магнитной или электрической проводимостью, в окружении катушки приемника. Так как геометрия катушки приемника в режиме эксплуатации детектора в большинстве случаев не изменяется или изменяется только незначительно, амплитуда индуцируемого в катушке приемника напряжения зависит только от материалов в окружении катушки приемника.

Таким образом, описанный здесь детектор обеспечивает возможность более точного измерения индуцируемого в катушке приемника напряжения при незначительных влияниях или без влияний температуры или старения конструктивных элементов на измерение индуцируемого напряжения. Последующее регулирование параметров передатчика или приемника в режиме эксплуатации детектора не нужно.

Кроме того, предпочтительным образом не нужно точное согласование параметров колебательного контура или двух связанных колебательных контуров, так как приемник представляет собой приемник без колебательного контура.

Можно также применять катушку приемника, имеющую наибольшую возможную индуктивность. Чем выше индуктивность катушки приемника, тем больше индуцируемое в катушке приемника напряжение. Чем больше индуцируемое в катушке приемника напряжение, тем проще и точнее может обнаруживаться и измеряться это индуцируемое напряжение блоком аналитической обработки. При этом качество применяемой катушки приемника не является решающим для точности измерения индуцируемого напряжения, так как катушка приемника не применяется в колебательном контуре. Таким образом, может применяться катушка приемника, имеющая наиболее высокую возможную индуктивность, без учета высоты качества катушки приемника. Поэтому в качестве катушек приемника предпочтительным образом могут применяться, например, катушки, которые расположены на печатной плате (так называемые катушки на printed circuit board (PCB) - печатной плате). При этом блок аналитической обработки должен был бы иметь высокий входной импеданс.

Описанный здесь детектор может применяться, например, в качестве детектора колес на рельсах для обнаружения колес поезда. При этом детектор может располагаться таким образом, чтобы колесо поезда двигалось в магнитном поле, когда поезд проходит местоположение детектора, и чтобы вследствие движения колеса в магнитном поле изменялось индуцируемое в катушке приемника напряжение. Это индуцируемое в катушке приемника напряжение и его изменение может обнаруживаться блоком аналитической обработки. Таким образом, блок аналитической обработки может обнаруживать, что поезд проходит местоположение детектора.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора в режиме эксплуатации предоставляемое источником питания переменное напряжение или предоставляемый источником питания переменный ток вводится в катушку передатчика. Источник питания может иметь первый выход и второй выход. Между первым выходом и вторым выходом может прикладываться предоставляемое переменное напряжение. Катушка передатчика может иметь первый разъем и второй разъем, причем второй разъем расположен на обращенной от первого разъема стороне катушки приемника. Каждый из разъемов катушки приемника может быть электрически соединен с одним выходом источника питания. Таким образом в режиме эксплуатации предоставляемое источником питания переменное напряжение или предоставляемый источником питания переменный ток вводится в катушку передатчика.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора катушка передатчика посредством приложения напряжения или тока к катушке передатчика создает магнитное поле передатчика. Например, катушка передатчика может создавать магнитное поле передатчика посредством приложения предоставляемого источником питания переменного напряжения к катушке передатчика. Это магнитное поле передатчика может зависеть от частоты переменного напряжения и параметров катушки передатчика. Магнитное поле передатчика может применяться в качестве магнитного поля для обнаружения металлических или ферромагнитных предметов в магнитном поле передатчика.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора катушка передатчика и катушка приемника расположены таким образом, что создаваемое катушкой передатчика магнитное поле передатчика индуцирует сигнал в катушке приемника. Этот сигнал может представлять собой электрическое напряжение или электрический ток. Это может означать, что катушка приемника расположена в магнитном поле передатчика. Возможно также, чтобы катушка передатчика и катушка приемника были расположены так, чтобы создаваемое катушкой передатчика магнитное поле передатчика индуцировало в катушке приемника сигнал, который может обнаруживаться блоком аналитической обработки. Таким образом, катушка приемника может быть расположена в окружении катушки передатчика. Например, расстояние между катушкой приемника и катушкой передатчика составляет меньше 1 м или меньше 20 см. Катушка передатчика и катушка приемника могут быть расположены таким образом, чтобы они были связаны друг с другом. При этом при изменении магнитного поля передатчика изменяется также индуцируемый в катушке приемника сигнал. Это обеспечивает возможность обнаружения электропроводящего или ферромагнитного материала, который находится в магнитном поле передатчика.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора связь между катушкой передатчика и катушкой приемника составляет меньше 5%. Связь между катушкой передатчика и катушкой приемника может составлять меньше 1%. Чем больше связь между катушкой передатчика и катушкой приемника, тем больше индуцируемое в катушке напряжение. При низкой связи между катушкой передатчика и катушкой приемника изменения связи между катушкой передатчика и катушкой приемника вследствие движения электропроводящего или ферромагнитного материала в магнитном поле передатчика по отношению к связи без влияния сказываются на индуцируемом в катушке приемника напряжении сильнее, чем при большей связи.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора индуцируемый в катушке приемника сигнал зависит от электропроводящего материала в окружении катушки приемника. Магнитное поле передатчика зависит от электропроводящего материала в магнитном поле передатчика. Например, магнитное поле передатчика изменяется, когда электропроводящий материал движется в магнитном поле передатчика, или когда электропроводящий материал вдвигается в магнитное поле передатчика. Вследствие изменения магнитного поля передатчика изменяется также индуцируемый в катушке приемника сигнал. Таким образом, индуцируемый в катушке передатчика сигнал зависит от того, движется ли электропроводящий материал в магнитном поле передатчика и вместе с тем в окружении катушки приемника. Это относится также к ферромагнитному материалу.

Поэтому детектор может применяться для обнаружения электропроводящего материала. Электропроводящий материал может обнаруживаться в области магнитного поля передатчика. Когда электропроводящий предмет, такой как, например, колесо поезда, движется в магнитное поле, то индуцируемый в катушке приемника сигнал изменяется. Катушка передатчика и электропроводящий предмет связаны в этом случае индуктивной связью. Изменение сигнала, индуцируемого в катушке приемника, может обнаруживаться блоком аналитической обработки и отображает при этом присутствие электропроводящего предмета в магнитном поле передатчика. Детектор может быть расположен, например, на рельсе и предназначен для того, чтобы обнаруживать поезд в местоположении детектора, при этом обнаруживается присутствие колеса поезда, причем это колесо имеет электропроводящий или ферримагнитный материал.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора блок аналитической обработки предназначен для того, чтобы предоставлять выходной сигнал, который зависит от изменения индуцируемого в катушке приемника сигнала. Этот выходной сигнал может предоставляться на выходе блока аналитической обработки. Индуцируемый в катушке приемника сигнал может изменяться, когда в магнитном поле передатчика движется электропроводящий материал или ферримагнитный материал. Таким образом, выходной сигнал может содержать информацию, что в магнитном поле передатчика был обнаружен электропроводящий или ферромагнитный предмет. Поэтому этот детектор может применяться для обнаружения электропроводящего или ферромагнитного материала.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора блок аналитической обработки выполнен для того, чтобы определять амплитуду и/или фазу индуцируемого в катушке приемника сигнала. Это может означать, что блок аналитической обработки выполнен для того, чтобы определять значение индуцируемого в катушке приемника напряжения или индуцируемого в катушке приемника тока. Блок аналитической обработки может быть выполнен для того, чтобы определять амплитуду и/или фазу индуцируемого в катушке приемника сигнала непрерывно или через задаваемые промежутки времени. Таким образом может обнаруживаться изменение индуцируемого в катушке приемника сигнала.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора блок аналитической обработки выполнен для того, чтобы определять фазу индуцируемого в катушке приемника сигнала. Из сравнения фазы напряжения, индуцируемого в катушке приемника, с фазой напряжения, действующего на катушке передатчика, могут делаться заключения о потерях, таких как, например, о потерях от вихревых токов, в магнитном поле передатчика или о внешних помехах.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора детектор имеет дополнительный передатчик, имеющий дополнительную катушку передатчика и дополнительный источник питания. Дополнительный передатчик может иметь такую же конструкцию, что и указанный передатчик. Передатчик и дополнительный передатчик могут быть расположены удаленно друг от друга. Передатчик и дополнительный передатчик могут быть расположены примерно на одинаковом расстоянии от приемника. Указанный дополнительный источник питания может представлять собой источник напряжения или источник тока.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора дополнительный источник питания выполнен для того, чтобы в режиме эксплуатации предоставлять переменное напряжение или переменный ток, частота которого отлична от частоты предоставляемого указанным источником питания переменного напряжения или предоставляемого указанным источником питания переменного тока. Предоставляемое дополнительным источником питания в режиме эксплуатации переменное напряжение или переменный ток может иметь большую частоту или меньшую частоту, чем предоставляемое указанным источником питания в режиме эксплуатации переменное напряжение или предоставляемый указанным источником питания в режиме эксплуатации переменный ток. Вследствие ввода предоставляемого дополнительным источником питания переменного напряжения или переменного тока в дополнительную катушку передатчика создается магнитное поле дополнительного передатчика. Дополнительная катушка передатчика и катушка приемника могут быть расположены таким образом, чтобы создаваемое дополнительной катушкой передатчика магнитное поле дополнительного передатчика индуцировало напряжение в катушке приемника. Таким образом дополнительный источник питания обеспечивает возможность обнаружения электропроводящего материала при дополнительный частоте переменного напряжения, которым создается магнитное поле дополнительного передатчика. При применении двух передатчиков, имеющих различные частоты, можно определять помехи при известных частотах и тем самым избегать нежелательных частотных диапазонов.

Указанный передатчик и дополнительный передатчик могут эксплуатироваться одновременно. Поэтому электропроводящий материал может обнаруживаться одновременно при разных частотах. Это предпочтительно, например, в случае если в каком-либо частотном диапазоне возникает частота внешних или внутренних помех. В этом случае может применяться соответственно дополнительный передатчик, у которого частота помех не лежит в диапазоне частоты предоставляемого переменного напряжения. Можно также констатировать помеху путем сравнения двух индуцируемых в катушке приемника напряжений. При этом возможна более надежная эксплуатация детектора, и может улучшаться точность.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора передатчик имеет конденсатор, который образует с катушкой передатчика колебательный контур. Конденсатор может быть включен электрически параллельно катушке передатчика. Колебательный контур может иметь резонансную частоту. Возможно также, чтобы колебательный контур имел по меньшей мере две резонансные частоты. Резонансная частота или резонансные частоты колебательного контура могут быть настраиваемыми. Предоставляемое источником питания переменное напряжение может быть равным или приблизительно равным резонансной частоте или одной из резонансных частот колебательного контура. Чем ближе частота предоставляемого переменного напряжения к резонансной частоте колебательного контура, тем больше сила тока в катушке передатчика. Если частота предоставляемого источником питания переменного напряжения равна или приблизительно равна резонансной частоте или одной из резонансных частот колебательного контура, колебательный контур таким образом может эффективно возбуждаться. Чем больше сила тока в катушке передатчика, тем больше сила магнитного поля передатчика. Большая сила магнитного поля передатчика может улучшать точность обнаружения сигнала, индуцируемого в катушке приемника.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора приемник имеет дополнительную катушку приемника. Дополнительная катушка приемника может иметь такую же конструкцию, что и указанная катушка приемника. Дополнительная катушка приемника может иметь первый разъем и второй разъем, при этом второй разъем расположен на обращенной от первого разъема стороне дополнительной катушки приемника. Блок аналитической обработки может иметь третий вход и четвертый вход. Первый разъем дополнительной катушки приемника может быть электрически соединен с третьим входом блока аналитической обработки, а второй разъем дополнительной катушки приемника может быть электрически соединен с четвертым входом блока аналитической обработки. Альтернативно возможно также, чтобы первый разъем дополнительной катушки приемника был электрически соединен с четвертым входом блока аналитической обработки, а второй разъем дополнительной катушки приемника был электрически соединен с третьим входом блока аналитической обработки.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора катушка приемника и дополнительная катушка приемника имеют одинаковую конструкцию. Например, катушка приемника и дополнительная катушка приемника могут иметь одинаковое количество витков. Возможно также, чтобы катушка приемника и дополнительная катушка приемника имели одинаковый размер и одинаковое поперечное сечение. Катушка приемника и дополнительная катушка приемника могут быть образованы одинаковым материалом.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора катушка приемника и дополнительная катушка приемника имеют одинаковое направление намотки. Когда сигналы катушки приемника и дополнительной катушки приемника отнимаются друг от друга, могут подавляться синфазные помехи.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора блок аналитической обработки имеет дифференциальный усилитель. Этот дифференциальный усилитель может иметь первый вход и второй вход. Один из разъемов катушки приемника может быть электрически соединен с первым входом дифференциального усилителя. Один из разъемов дополнительной катушки приемника может быть электрически соединен со вторым входом дифференциального усилителя. Возможно также, чтобы один из разъемов катушки приемника был электрически соединен со вторым входом дифференциального усилителя, а один из разъемов дополнительной катушки приемника был электрически соединен с первым входом дифференциального усилителя. Дифференциальный усилитель может быть выполнен для того, чтобы вычитать друг из друга два сигнала, получаемых на входах.

Когда приемник расположен в гомогенном электрическом поле помех, то осуществляется емкостной ввод одинаковых напряжений в катушку приемника и дополнительную катушку приемника, так как катушка приемника и дополнительная катушка приемника имеют одинаковую конструкцию. В дифференциальном усилителе введенные напряжения отнимаются друг от друга. Так как в катушку приемника и в дополнительную катушку приемника осуществляется емкостной ввод одинаковых напряжений, введенные напряжения компенсируют друг друга. Это происходит, в частности, тогда, когда катушка приемника и дополнительная катушка приемника имеют одинаковую конструкцию и одинаковое направление намотки. Таким образом при применении дифференциального усилителя может уменьшаться или предотвращаться емкостной ввод от гомогенных электрических полей помех.

Когда приемник расположен в гомогенном магнитном поле помех, то в катушке приемника и в дополнительный катушке приемника индуцируется одинаковое напряжение, так как катушка приемника и дополнительная катушка приемника имеют одинаковую конструкцию и одинаковое направление намотки. В дифференциальном усилителе эти индуцированные напряжения могут отниматься друг от друга. Так как в катушке приемника и в дополнительный катушка приемника индуцируется одинаковое напряжение, индуцируемые напряжения компенсируют друг друга. Это происходит, в частности, тогда, когда катушка приемника и дополнительная катушка приемника имеют одинаковую конструкцию и одинаковое направление намотки. Таким образом, при применении дифференциального усилителя могут подавляться или предотвращаться индуктивные вводы гомогенных магнитных полей помех.

Дифференциальный усилитель может иметь полосовой фильтр. При этом частота переменного напряжения, которая действует на катушке передатчика, может быть частотой пропускания этого полосового фильтра. Таким образом, подавляются только поля помех, но не подлежащий обнаружению сигнал.

Чем больше синфазное подавление дифференциального усилителя и чем больше одинаковость конструкции, тем эффективнее могут подавляться влияния от гомогенных электрических или магнитных полей помех.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора дифференциальный усилитель предназначен для того, чтобы предоставлять выходной сигнал, причем выходной сигнал зависит от амплитуды и фазы сигнала, индуцируемого в катушке приемника, и от амплитуды и фазы сигнала, индуцируемого в дополнительной катушке приемника. Это может означать, что после вычитания влияний возможных полей помех выходной сигнал зависит от амплитуды и фазы сигнала, индуцируемого в катушке приемника, и от амплитуды и фазы сигнала, индуцируемого в дополнительной катушке приемника.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора катушка приемника и дополнительная катушка приемника соединены каждая одним из своих концов с дифференциальным усилителем, а своим другим концом с опорным потенциалом или источником питания напряжением. Это обеспечивает возможность подавления влияний от гомогенных электрических или магнитных полей помех.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора с дифференциальным усилителем соединен регулятор. Этот регулятор может быть предназначен для того, чтобы активировать источники питания напряжением, с которыми соединены катушка приемника и дополнительная катушка приемника, таким образом, чтобы выходной сигнал дифференциального усилителя всегда давал ноль. Для этого в регуляторе определяется сигнал регулирования. Этот сигнал регулирования зависит от приемника подлежащего обнаружению сигнала. Таким образом, из сигнала регулирования может определяться подлежащий обнаружению сигнал.

По меньшей мере по одному варианту осуществления детектора катушка приемника имеет форму восьмерки, имеющей две половины катушки. Это означает, катушка приемника может представлять собой катушку-«восьмерку». Когда такая катушка расположена в гомогенном магнитном поле помех, то в двух половинах катушки индуцируется одинаковое напряжение, имеющее различные знаки перед числом. Таким образом два индуцируемых напряжения предпочтительным образом компенсируют друг друга.

Далее описанный здесь детектор поясняется подробнее со ссылкой на примеры осуществления и соответствующие фигуры.

На фиг.1 и 2 показаны примеры осуществления детектора для обнаружения электропроводящего материала.

На фиг.3 показана функция передачи приемника.

На фиг.4 показан один из примеров осуществления приемника, имеющего блок аналитической обработки.

На фиг.5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 и 13 показаны примеры осуществления катушки приемника и дополнительной катушки приемника.

На фиг.1 схематично показан один из примеров осуществления детектора 10 для обнаружения электропроводящего материала. Детектор 10 имеет передатчик 11, имеющий катушку 12 передатчика и источник 13 питания. Источник 13 питания может представлять собой источник напряжения или источник тока. Катушка 12 передатчика электрически соединена с источником 13 питания. Источник 13 питания имеет первый выход 27 и второй выход 28. Катушка 12 передатчика имеет первый разъем 23 и второй разъем 24, при этом второй разъем 24 расположен на обращенной от первого разъема 23 стороне катушки 12 передатчика. Первый разъем 23 катушки 12 передатчика электрически соединен с первым выходом 27 источника 13 питания. Второй разъем 24 катушки 12 передатчика электрически соединен со вторым выходом 28 источника 13 питания. Источник 13 питания предназначен для того, чтобы в режиме эксплуатации предоставлять переменное напряжение или переменный ток. Предоставляемое в режиме эксплуатации источником 13 питания переменное напряжение или предоставляемый в режиме эксплуатации источником 13 питания переменный ток вводится в катушку 12 передатчика. Катушка 12 передатчика при подаче переменного напряжения на катушку 12 передатчика создает магнитное поле передатчика.

Опционально передатчик 11 имеет конденсатор 20, который образует с катушкой 12 передатчика колебательный контур. Так как конденсатор 20 является опциональным, на фиг.1 он изображен штриховой линией. Конденсатор 20 включен электрически параллельно катушке 12 передатчика.

Рядом с катушкой 12 передатчика схематично изображено, что создаваемое катушкой 12 передатчика магнитное поле передатчика имеет изменяющуюся во времени силу магнитного поля. Кроме того, схематично изображен электропроводящий или ферромагнитный предмет 29, который находится в пределах магнитного поля передатчика. В этом случае катушка 12 передатчика и предмет 29 связаны индуктивной связью.

Детектор 10 имеет также приемник 14, имеющий катушку 15 приемника. Кроме того, детектор 10 имеет блок 16 аналитической обработки. Приемник 14 соединен с блоком 16 аналитической обработки, и приемник 14 выполнен в виде приемника без колебательного контура. Катушка 15 приемника имеет первый разъем 23 и второй разъем 24, при этом второй разъем 24 расположен на обращенной от первого разъема 23 стороне катушки 15 приемника. Блок 16 аналитической обработки имеет первый вход 25 и второй вход 26. Первый разъем 23 катушки 15 приемника электрически соединен с первым входом 25 блока 16 аналитической обработки. Второй разъем 24 катушки 15 приемника электрически соединен со вторым входом 26 блока 16 аналитической обработки. Блок 16 аналитической обработки предназначен для того, чтобы обнаруживать индуцируемый в катушке 15 приемника сигнал, например, электрическое напряжение или электрический ток.

Как показано на фиг.1, катушка 12 передатчика и катушка 15 приемника расположены таким образом, что создаваемое катушкой 12 передатчика магнитное поле передатчика индуцирует напряжение в катушке 15 приемника. При этом индуцируемое в катушке 15 приемника напряжение зависит от того, находится ли или движется ли в пределах магнитного поля передатчика электропроводящий материал или ферромагнитный материал. Схематично изображено, что в катушке 15 приемника индуцируется переменное напряжение, у которого амплитуда существенно ниже, чем амплитуда переменного напряжения, предоставляемого источником 13 питания. Связь катушки 12 передатчика с катушкой 15 приемника может составлять, например, меньше 5%. Таким образом, блок 16 аналитической обработки должен быть достаточно чувствительным, чтобы обнаруживать малые напряжения.

Блок 16 аналитической обработки выполнен для того, чтобы определять амплитуду и/или фазу индуцируемого в катушке 15 приемника напряжения. Кроме того, блок 16 аналитической обработки может быть выполнен для того, чтобы предоставлять выходной сигнал, который зависит от изменения напряжения, индуцируемого в катушке 15 приемника. Так как приемник 14 выполнен в виде приемника без колебательного контура, амплитуда и фаза индуцируемого в катушке 15 приемника напряжения зависят только от индуктивности катушки 14 приемника. В противоположность этому, при колебательном контуре температурные изменения или старение конструктивных элементов могут иметь влияние на индуцируемое в катушке напряжение. При этом предпочтительным образом для описанного здесь детектора 10 амплитуда и фаза индуцируемого в катушке 15 приемника напряжения только незначительно или пренебрежимо мало зависят от температурных изменений или старения конструктивных элементов, а главным образом от измеряемой амплитуды и фазы индуцируемого в катушке 15 приемника напряжения.

На фиг.2 показан дополнительный пример осуществления детектора 10. Дополнительно к показанной на фиг.1 конструкции, детектор 10 имеет дополнительный передатчик 17, имеющий дополнительную катушку 18 передатчика и дополнительный источник 19 питания. Этот дополнительный передатчик 17 имеет такую же конструкцию, что и передатчик 11. Передатчик 11 и дополнительный передатчик отличаются тем, что дополнительный источник 19 питания предназначен для того, чтобы в режиме эксплуатации предоставлять переменное напряжение или переменный ток, частота которого отлична от частоты предоставляемого источником 13 питания передатчика 11 переменного напряжения или предоставляемого источником 13 питания переменного тока. На фиг.2 схематично изображено, что предоставляемое дополнительным источником 19 питания переменное напряжение имеет меньшую частоту, чем предоставляемое источником 13 питания переменное напряжение. Таким образом, также магнитным полем передатчика, создаваемым дополнительной катушкой 18 передатчика, в катушке 15 приемника индуцируется напряжение и обнаруживается блоком 16 аналитической обработки.

Точки под дополнительным передатчиком 17 указывают, что детектор 10 может иметь другие передатчики 17.

На фиг.3 показана функция передачи приемника 14. По оси x логарифмически в произвольных единицах нанесена частота индуцируемого в катушке 15 приемника сигнала. По оси y логарифмически нанесена амплитуда индуцируемого в катушке 15 приемника сигнала. Предпочтительно частоты в маркированном штриховкой диапазоне применяются для определения амплитуды сигнала, индуцируемого в катушке 15 приемника. В этом диапазоне индуцируемый в катушке 15 приемника сигнал зависит от индуктивности катушки 15 приемника. Индуцируемый в катушке приемника сигнал может представлять собой электрическое напряжение.

На фиг.4 показан один из примеров осуществления приемника 14. Приемник 14 имеет катушку 15 приемника и дополнительную катушку 21 приемника. Катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника имеют одинаковую конструкцию и одинаковое направление намотки. Аналогично катушке 15 приемника, дополнительная катушка 21 приемника имеет первый разъем 23 и второй разъем 24, при этом второй разъем 24 расположен на обращенной от первого разъема 23 стороне дополнительной катушки 21 приемника. Блок 16 аналитической обработки имеет также третий вход 30 и четвертый вход 31. Первый разъем 23 дополнительной катушки 21 приемника электрически соединен с третьим входом 30, а второй разъем 24 дополнительной катушки 21 приемника электрически соединен с четвертым входом 31. Кроме того, блок 16 аналитической обработки имеет дифференциальный усилитель 22.

На фиг.4 схематично изображено, что в окружении приемника 14 может возникать гомогенный сигнал 32 помех. Этот гомогенный сигнал 32 помех может возникать, например, из-за гомогенного электрического или магнитного поля помех. При гомогенном электрическом поле помех в катушку 15 приемника и в дополнительную катушку 21 приемника вводится одинаковое напряжение, так как катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника имеют одинаковую конструкцию. При гомогенном магнитном поле помех в катушке 15 приемника и в дополнительный катушке 21 приемника индуцируется одинаковое напряжение, так как катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника имеют одинаковую конструкцию и одинаковое направление намотки. В дифференциальном усилителе 22 введенные или индуцированные напряжения отнимаются друг от друга. Таким образом, введенные или индуцированные напряжения компенсируют друг друга. Дифференциальный усилитель 22 предназначен также для того, чтобы предоставлять выходной сигнал, причем этот выходной сигнал зависит от амплитуды напряжения, индуцированного в катушке 15 приемника, и от амплитуды напряжения, индуцированного в дополнительный катушке 21 приемника. Предпочтительным образом при применении дифференциального усилителя 22 уменьшается или предотвращается емкостной или, соответственно, индуктивный ввод от полей помех.

Напряжение, индуцируемое движением электропроводящего или ферромагнитного материала в катушке 15 приемника и дополнительный катушке 21 приемника, предпочтительным образом не компенсируется. Катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника расположены в магнитном поле передатчика таким образом, что напряжения, индуцируемые изменением магнитного поля передатчика в катушке 15 приемника и дополнительный катушке 21 приемника, не компенсируют друг друга. Для этого катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника, например, расположены рядом друг с другом. Магнитное поле передатчика может быть негомогенным, так что напряжения, индуцируемые в катушке 15 приемника и дополнительный катушке 21 приемника, не компенсируют друг друга.

На фиг.5 показан один из примеров осуществления катушки 14 приемника вместе с дополнительный катушкой 21 приемника. Катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника имеют одинаковую конструкцию и одинаковое направление намотки. Кроме того, катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника обе соединены с дифференциальным усилителем 22. Соответственно другие концы катушки 15 приемника и дополнительной катушки 21 приемника соединены с опорным потенциалом 33. Этот опорный потенциал 33 представляет собой, например, заземление. Это означает, что катушка 15 приемника одним из своих концов соединена с дифференциальным усилителем 22, а своим другим концом с опорным потенциалом 33. Дополнительная катушка 21 приемника одним из своих концов соединена с дифференциальным усилителем 22, а своим другим концом с опорным потенциалом 33. Катушка 21 приемника своим концом, который соединен с опорным потенциалом 33, соединена с другим концом дополнительной катушки 21 приемника, который тоже соединен с опорным потенциалом 33. Дифференциальный усилитель 22 предназначен для того, чтобы вычитать два полученных напряжения друг из друга. Катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника расположены в магнитном поле передатчика рядом друг с другом.

На фиг.6 показан дополнительный пример осуществления катушки 15 приемника вместе с дополнительный катушкой 21 приемника. Катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника имеют показанную на фиг.5 конструкцию и соединены с дифференциальным усилителем 22, как в примере осуществления на фиг.5. Соответственно другие концы катушки 15 приемника и дополнительной катушки 21 приемника соединены каждый с одним источником 34 напряжения. Источники 34 напряжения соединены каждый с одним опорным потенциалом 33. Приемник 14 может эксплуатироваться таким образом, что два источника 34 напряжения предоставляют каждый одинаковое постоянное напряжение и питают им соответственно катушку 15 приемника и дополнительную катушку 21 приемника. Альтернативно возможно, чтобы концы катушки 15 приемника и дополнительной катушки 21 приемника, которые не соединены с дифференциальным усилителем 22, были соединены только с одним общим источником 34 напряжения. Также возможно, чтобы приемник 14 эксплуатировался таким образом, чтобы два источника 34 напряжения предоставляли каждый некоторое переменное напряжение и питали им соответственно катушку 15 приемника и дополнительную катушку 21 приемника. Частота этого переменного напряжения может соответствовать частоте переменного напряжения, которое действует на катушке 1 передатчика. Таким образом могут компенсироваться незначительные различия между катушкой 15 приемника и дополнительный катушкой 21 приемника.

На фиг.7 показан дополнительный пример осуществления катушки 15 приемника вместе с дополнительный катушкой 21 приемника. В отличие от показанного на фиг.6 примера осуществления, дифференциальный усилитель 22 соединен с регулятором 35. Этот регулятор 35 соединен с двумя источниками 34 напряжения и предназначен для того, чтобы настраивать предоставляемое ими напряжение. Приемник 14 может эксплуатироваться таким образом, чтобы выходной сигнал дифференциального усилителя 22 всегда давал ноль. Это достигается за счет того, что регулятор 35 в случае, когда выходной сигнал дифференциального усилителя 22 отличен от ноля, настраивает напряжения, предоставляемые источниками 34 напряжения, таким образом, чтобы выходной сигнал дифференциального усилителя 22 давал ноль. В этом случае сигнал регулирования регулятора 35 соответствует подлежащему обнаружению сигналу. Применение регулятора 35 предпочтительно, так как температурные влияния на дифференциальный усилитель 22 не имеют влияния на выдаваемый регулятором 35 сигнал.

На фиг.8 показан дополнительный пример осуществления катушки 15 приемника вместе с дополнительной катушкой 21 приемника. В отличие от показанного на фиг.7 примера осуществления, выходной сигнал дифференциального усилителя 22 оцифровывается. Дифференциальный усилитель 22 соединен с аналого-цифровым преобразователем 36, который предназначен для того, чтобы преобразовывать выходной сигнал дифференциального усилителя 22 в цифровой сигнал. Аналого-цифровой преобразователь 36 соединен с регулятором 35 и предназначен для того, чтобы питать регулятор 35 оцифрованным выходным сигналом. Регулятор 35 через один цифроаналоговый преобразователь 36 соединен с другим концом катушки 15 приемника и через дополнительный цифро-аналоговый преобразователь 36 с другим концом дополнительной катушки 21 приемника. Таким образом, концы катушки 15 приемника и дополнительной катушки 21 приемника, которые не соединены с дифференциальным усилителем 22, питаются переменным напряжением, которое имеет такую же частоту, что и переменное напряжение, которое действует на катушке 12 передатчика. С помощью цифро-аналогового преобразователя 36 предоставляемое переменное напряжение может, кроме того, усиливаться. Как в примере осуществления на фиг.7, регулятор 35 регулирует предоставляемые переменные напряжения таким образом, что выходной сигнал дифференциального усилителя 22 всегда дает ноль. Полосовой фильтр дифференциального усилителя 22 действует в этом случае дополнительно в качестве сглаживающего фильтра для аналого-цифрового преобразователя 36.

На фиг.9 показан дополнительный пример осуществления катушки 15 приемника вместе с дополнительный катушкой 21 приемника. Катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника имеют одинаковую конструкцию и одинаковое направление намотки. Также катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника имеют форму восьмерки, имеющей две половины катушки. Когда такая катушка расположена в гомогенном магнитном поле помех, то в обеих половинах катушки индуцируется одинаковое напряжение, имеющее различный знак перед числом. Таким образом, два индуцируемых напряжения компенсируют друг друга. Катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника соединены с дифференциальным усилителем 22. При этом у катушки 15 приемника дополнительная половина катушки, в отличие от дополнительной катушки 21 приемника, соединена с дифференциальным усилителем 22, так что напряжения, индуцируемые вследствие гомогенных полей в катушке 15 приемника и в дополнительный катушке 21 приемника, компенсируют друг друга. Под катушкой 15 приемника и дополнительный катушкой 21 приемника изображены катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника на схематичном виде сбоку. Показано, что катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника могут быть расположены со сдвигом друг над другом.

На фиг.10 показан дополнительный пример осуществления катушки 15 приемника и дополнительной катушки 21 приемника. При этом катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника имеют конструкцию, показанную на фиг.9. Кроме того, катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника, как показано на фиг.8, соединены с источниками 34 напряжения и регулятором 35.

На фиг.11 показан дополнительный пример осуществления катушки 15 приемника и дополнительной катушки 21 приемника. При этом катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника имеют конструкцию, показанную на фиг.9. Кроме того, катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника, как показано на фиг.7, соединены с источниками 34 напряжения и регулятором 35.

На фиг.12 показан дополнительный пример осуществления катушки 15 приемника и дополнительной катушки 21 приемника. При этом катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника имеют конструкцию, показанную на фиг.9. Кроме того, катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника, как показано на фиг.6, соединены с источниками 34 напряжения.

На фиг.13 показан дополнительный пример осуществления катушки 15 приемника и дополнительной катушки 21 приемника. При этом катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника имеют конструкцию, показанную на фиг.9. Кроме того, катушка 15 приемника и дополнительная катушка 21 приемника, как показано на фиг.5, соединены каждая с одним опорным потенциалом 33.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

10 Детектор

11 Передатчик

12 Катушка передатчика

13 Источник питания

14 Приемник

15 Катушка приемника

16 Блок аналитической обработки

17 Дополнительный передатчик

18 Дополнительная катушка передатчика

19 Дополнительный источник питания

20 Конденсатор

21 Дополнительная катушка приемника

22 Дифференциальный усилитель

23 Первый разъем

24 Второй разъем

25 Первый вход

26 Второй вход

27 Первый выход

28 Второй выход

29 Предмет

30 Третий вход

31 Четвертый вход

32 Сигнал помех

33 Опорный потенциал

34 Источник напряжения

35 Регулятор

36 Преобразователь.

Изобретение относится к детекторам для обнаружения электропроводящего материала. Сущность: детектор (10) включает в себя по меньшей мере один передатчик (11), имеющий катушку (12) передатчика и источник (13) питания, приемник (14), имеющий катушку (15) приемника и дополнительную катушку (21) приемника, которые имеют одинаковую конструкцию и одинаковое направление намотки, и блок (16) аналитической обработки. Катушка (12) передатчика соединена с источником (13) питания. Приемник (14) выполнен без колебательного контура, приемник (14) соединен с блоком (16) аналитической обработки. Блок (16) аналитической обработки содержит дифференциальный усилитель (22) и регулятор, соединенный с дифференциальным усилителем (22). 15 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Детектор (10) для обнаружения электропроводящего материала, причем детектор (10) включает в себя:

- по меньшей мере один передатчик (11), имеющий катушку (12) передатчика и источник (13) питания,

- приемник (14), имеющий катушку (15) приемника, и

- блок (16) аналитической обработки, при этом

- катушка (12) передатчика соединена с источником (13) питания,

- источник (13) питания выполнен для того, чтобы в режиме эксплуатации предоставлять переменное напряжение или переменный ток,

- приемник (14) выполнен в виде приемника без колебательного контура,

- приемник (14) соединен с блоком (16) аналитической обработки,

- блок (16) аналитической обработки выполнен для того, чтобы обнаруживать сигнал, индуцируемый в катушке (15) приемника,

- приемник (14) содержит дополнительную катушку (21) приемника,

- катушка (15) приемника и дополнительная катушка (21) приемника имеют одинаковую конструкцию и одинаковое направление намотки,

- блок (16) аналитической обработки содержит дифференциальный усилитель (22), и

- регулятор (35) соединен с дифференциальным усилителем (22).

2. Детектор (10) по п. 1, в котором в режиме эксплуатации предоставляемое источником (13) питания переменное напряжение или предоставляемый источником (13) питания переменный ток вводится в катушку (12) передатчика.

3. Детектор (10) по п. 1 или 2, в котором катушка (12) передатчика посредством приложения напряжения или тока к катушке (12) передатчика создает магнитное поле передатчика.

4. Детектор (10) по любому из пп. 1-3, в котором катушка (12) передатчика и катушка (15) приемника расположены таким образом, что создаваемое катушкой (12) передатчика магнитное поле передатчика индуцирует сигнал в катушке (15) приемника.

5. Детектор (10) по любому из пп. 1-4, в котором блок (16) аналитической обработки выполнен для того, чтобы предоставлять выходной сигнал, который зависит от изменения сигнала, индуцируемого в катушке (15) приемника.

6. Детектор (10) по любому из пп. 1-5, в котором блок (16) аналитической обработки выполнен для того, чтобы определять амплитуду и/или фазу сигнала, индуцируемого в катушке (15) приемника.

7. Детектор (10) по любому из пп. 1-6, в котором детектор (10) имеет дополнительный передатчик (17), имеющий дополнительную катушку (18) передатчика и дополнительный источник (19) питания.

8. Детектор (10) по п. 7, в котором дополнительный источник (19) питания выполнен для того, чтобы в режиме эксплуатации предоставлять переменное напряжение или переменный ток, частота которого отлична от частоты предоставляемого источником (13) питания переменного напряжения или предоставляемого источником (13) питания переменного тока.

9. Детектор (10) по любому из пп. 1-8, в котором передатчик (11) содержит конденсатор (20), который образует с катушкой (12) передатчика колебательный контур.

10. Детектор (10) по любому из пп. 1-9, в котором дифференциальный усилитель (22) выполнен для того, чтобы предоставлять выходной сигнал, причем выходной сигнал зависит от амплитуды и фазы сигнала, индуцируемого в катушке (15) приемника, и от амплитуды и фазы сигнала, индуцируемого в дополнительной катушке (21) приемника.

11. Детектор (10) по любому из пп. 1-10, в котором катушка (15) приемника и дополнительная катушка (21) приемника соединены соответственно на одном из своих концов с дифференциальным усилителем (22), а соответственно другие концы катушки (15) приемника и дополнительной катушки (21) приемника соединены каждый с источником (34) напряжения.

12. Детектор (10) по п. 11, в котором регулятор (35) соединен с обоими источниками (34) напряжения и выполнен для того, чтобы настраивать напряжение, предоставляемое ими, и причем регулятор (35) в случае, когда выходной сигнал дифференциального усилителя (22) отличен от ноля, настраивает напряжения, предоставляемые источниками (34) напряжения, таким образом, чтобы выходной сигнал дифференциального усилителя (22) давал ноль.

13. Детектор (10) по п. 11 или 12, в котором приемник (14) эксплуатируется таким образом, чтобы два источника (34) напряжения соответственно предоставляли переменное напряжение и соответственно питали им катушку (15) приемника и дополнительную катушку (21) приемника, причем частота этого переменного напряжения соответствует частоте переменного напряжения, которое приложено к катушке (12) передатчика.

14. Детектор (10) по любому из пп. 1-13, в котором катушка (15) приемника и дополнительная катушка (21) приемника имеют форму восьмерки с двумя половинами катушки.

15. Детектор (10) по любому из пп. 1-14, в котором катушка (15) приемника и дополнительная катушка (21) приемника расположены со сдвигом друг над другом.

16. Детектор (10) по любому из пп. 1-15, в котором связь между катушкой (12) передатчика и катушкой (15) приемника составляет меньше 5%.