NO820415L - Apparat til detektering av gjenstander som inneholder et bestemt metall, f.eks. aluminium - Google Patents

Description

Apparat til detektering av gjenstander som inneholder et bestemt metall,, for eksempel aluminium.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører metalldetektorer generelt og spesielt detektorer for utvelgelse av aluminiumbokser.

To av de nærliggende problemer for de fleste industriland

er den høye energipris og uttømmingen av mineralressursene. Det synes at de betingelser som er ansvarlige for disse problemer/spesielt forbruket av ikke-fornybare ressurser/vil fortsette å eksi-stere i overskuelig fremtid.

For å avhjelpe styringen med energikostnader og avbøte virk-ningene av ressursknappheter har mange enkeltstående mennesker og selskaper fattet interesse for resirkulasjon for å redusere pro-duksjonkostnader og- anstrengelser. Spesielt synes resirkulasjon av aluminium å by på et lovende spareområde. Heller enn å bruke gruvealuminium eller importert aluminiummalm gjenvinner nå alumini-umselskaper brukte aluminiumsprodukter, for eksempel hermetikkbok-ser til nye aluminiumsprodukter.

En ulempe som resirkulasjonen av aluminiumsbokser er behef-tet med, er at noen undersøkelser har vist at slik resirkulasjon er uøkonomisk på grunn av store håndteringsomkostninger for bok-sene. Det å skille ut aluminiumsbokser fra andre metallbokser kan være tidkrevende og dyrt. Dessuten har mange maskiner som er konstruert til å skille ut aluminiumsbokser,ikke vært nøyaktige nok til å rettferdiggjøre deres bruk. Dersom en maskin alt for ofte feilindentifiserer et ikke-aluminiumsprodukt som aluminium,

må maskinens aluminiumsstabel sjekkes på nytt.

Andre maskiner har så strenge krav til utvelgelse av bokser som aluminium, at bruken av disse maskiner blir upraktisk. En op-tisk boksføler velger ut bare konstruksjonsmessige,perfekte bokser og vil ikke gjennkjenne sammenklemte eller ødelagte aluminiumsbokser selv om boksens fysiske tilstand ikke påvirker dens bruk som resirkulerbart materiale.

Den foreliggende oppfinnelse rydder av veien de problemer og ulemper som den kjente teknikk er beheftiget med ved utsendelse av et magnetisk signal gjennom en gjenstand. Gjenstanden påfører det utsendte signal en faseendring og denne faseskifting blir der-etter undersøkt for bestemmelse om hvorvidt gjenstanden er alumini umsboks eller ikke." Detekteringen av en aluminiumsboks er avhengig av boksens geometrimasse og arealet av boksens profil slik det opp-fattes av det magnettiske signal.

En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en

aluminiumsboks-detektor som er både økonomisk og nøyaktig.

En annen hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en aluminiumsboksdetektor som kan detektere sammenklemte aluminiumsbokser.

Ytterligere hensikter og fordeler ved oppfinnelsen vil frem-gå dels av den følgende beskrivelse og dels være åpenbar fra beskrivelsen eller kan bli erfart ved praktisering av oppfinnelsen. Hensiktene og fordelene ved oppfinnelsen kan realiseres -og oppnås ved hjelp av de forholdsregler og kombinasjoner som er angitt i de ved-føyde krav.

For å oppnå hensiktene og da henhold til ideen bak den foreliggende oppfinnelse slik det er anskueliggjort og generelt beskrevet, omfatter apparatet til å detektere forekomsten av et metall i et testområde, en sender som er plassert på den ene side av testområdet for utsendelse av et drivsignal i testområdet, en mottager plassert på den side av testområdet som er motsatt senderen for mottagning av et avfølingssignal som er et resultat av drivsignalet som passerer gjennom testområdet, samt organer til å sammenligne fasene for drivsignalet og avfølingssignalet for å bestemme forekomsten av metall i testområdet.

Apparatet i henhold til den foreliggende oppfinnelse til å detektere forekomsten av en ikke-magnetisk metallgjenstand som er større enn en viss størrelse i testområdet, omfatter mer spesielt en sender som er plassert på den ene side av testområdet for utsendelse av et drivsignal i testområdet, en mottager plassert på den side av testområdet som er motsatt senderen for mottagelse av et lav-følingssignal idet avfølingssignalet er et resultat av drivsignalet som er ført gjennom testområdet, samt organer til å sammenligne fasene for drivsignalet og avfølingssignalet for bestemmelse av nærværet av en ikke-magnetisk metallgjenstand større enn en viss størrelse i testområdet.

Fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse.,for detektering av nærværet av en metallgjenstand i testområdet, omfatter trinnene å sende ut et drivsignal inn i et testområde, å motta et av-

følingssignal fra testområdet,idet testsignalet er et resultat

av drivsignalet som passerer gjennom testområdet,og å sammenligne fasen av drivsignalet og avfølingssignalet for bestemmelse av nærværet av metall i testområdet.

Den vedføyde tegning som er innlemmet i og utgjør en del av den foreliggende fremstilling, viser er utførelse for oppfinnelsen og tjener sammen med beskrivelsen til å forklare oppfinnelsens prin-sipp .

Figur 1 viser en utførelsesform for aluminiumboksdetektoren

i henhold til oppfinnelsen.

Figur 2 er et blokkdiagram over aluminiumboks-detektorkretsen.

Figur 3 er et strømløpsskjema for aluminiumboksdetektoren.

I det følgende vil detaljer ved en utførelsesform for oppfinnelsen bli beskrevet i detalj ,idet et eksempel på en slik ut-førelsesform er vist på tegningen.

På figur 1 er der vist et perspektivriss av en aluminiumboks-detektor 1 i henhold til den foreliggende oppfinnelse. For eksempel kan detektoren 1 utgjøre en del av en leskedrikkmaskin slik at kunder når de har gjort seg ferdig med sine bokser, kan putte disse inn i denne maskin og motta betaling for den tomme boks, dersom den er laget av aluminium.

Detektoren 1 består av en krybbe 7 som en gjenstand 5, typisk .en boks kan plasseres i for bestemmelse om-,den er aluminium. Kannen kan ligge på siden i krybben 7.

Den foreliggende oppfinnelse kan også benyttes til å detektere forekomsten av visse metallsorter i et testområde. Ved aluminiumboksdetektoren vist på figur 1, kan dette testområde utgjøres av det indre av krybben 7 . Testarealet behøver ikke være begren-set til en bestemt konstruksjon, men arealet må være omspent av de

spoler som er beskrevet nedenfor.

Aluminiumboksdetektoren inneholder en sender for et magnetisk drivsignal. På figurene 1-3 utgjøres senderen av en drivspole 10 som omfatter, for eksempel 450 vindinger av 28 AWG tråd.

Spolen 10' fremskaffer drivsignalet som reaksjon på et referansesignal som utgjør utgangssignalet fra en oscillator 60 . Denne er vist på figur 2« Frekvensen for referansesignalet og således for drivsignalet ligger typisk i områder 1-10 Khz og kan for-trinnsvis ha verdien ca. 4 Khz.

På figur 3 er der vist de kretskomponenter som danner oscillatoren 60 . Det aktive element i oscillatoren utgjøres av en operasjonsforsterker 62 .tildannet som en astabil multivibra-tor. UTgangen fra operasjonsforsterkeren .62 er forbundet med en inverterende inngang via en motstand R2 ... Den inverterende inngang er også forbundet med den ene side av en kondensator

C2 , idet dennes andre side er forbundet med jord.

Utgangen fra operasjonsforsterkeren £.2 er også forbundet med den ikke-innverterende inngangsklemme via en motstand R3 .

Ved den viste utførelsesform er R2 og R3 av samme verdi. Den ikke-inverterende inngang til forsterkeren er også forbundet med en konstant refernasespenning ;Vcon via en motstand R4 .

Når kondensatoren C2 blir ladet til en spesiell verdi, vil utgangen fra operasjonsforsterkeren 62 endre seg fra en høy til en lav verdi, noe som på sin side bevirker at kondensatoren C2 begynne å lade seg ut. Når spenningen på kondensatoren synker til-strekkelig lavt, vil operasjonsforsterkeren 62 endre tilstand, noe som igjen bevirker at kondensatoren .62 vil bli ladet på nytt å gjenta syklusen.

Operasjonsforsterkeren 61 utgjør en isolasjonsbuffer for oscillasjonssignalet. Den ikke-invertérende inngang til operasjonsforsterkeren 61' er forbundet med kondensatoren C2 og den inverterende inngang er forbundet med utgangen fra operasjonsforsterkeren 61.. Utgangen fra bufferforsterkeren .61 mater drivspolen

10 via en likestrøms-blokkeringskondensator Cl .

Det oscillerende referansesignal over drivspolen 10 bevirker at drivspolen fremskaffer et tidsvarierende magnetisk drivfelt. Dette felt blir rett mot gjenstand 5 Dersom denne detektor blir benyttet til å bestemme forekomsten av metall i et testområde så ville det magnetiske felt bli rettet inn i testområdet.

På den annen side av gjenstanden 5, det vil si på den annen side av testområdet, fanger en mottager opp det magnetiske felt som er fremskaffet av drivspolen,etter at det har passert gjennom gjenstanden eller testområdet. Det mottatte magnetiske felt blir refe-rert til som avfølingssignalet.

Ved den foreliggende utførelsesform er mottageren en avfølings-spole 20 . Avfølingsspolen 20 er i likhet med spolen (10) utført med for eksempel 450 vindinger av 28 AWG tråd og en beskyttelses-

shunt motstand Ri er forbundet over klemmene.

Avfølingsspolen 20 omformer det mottatte magnetiske avføl-ingssignal til et elektrisk signal.kalt det detekterte signal. Typisk er størrelsen av det detekterte signal av størrelsesorden millivolt.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse omfatter apparatet til å detektere forekomsten av metall i testområdet, organer til å sammenligne fasene for drivsignalet og avfølingssignalet for bestemmelse av forekomsten av metall i testområdet. Ved den hen-siktsmessige utførelsesform som er vist på figur 2, innbefatter sammenligningsorganene en fasedetektor 30 som fremskaffer et utgangssignal som indikerer fasekoherensen for drivsignalet og avføl-ingssignalet .

Fasene for driv- og avfølingssignalet blir sammenlignet ved sammenligning av fasene for referanse- og det detekterte signal. Referanse- og det detekterte signal passerer først gjennom en sig-nalbearbeidingskrets som er vist på figur .3 .

Signalbearbeidingskretsen for referansesignalet innbefatter en operasjonsforsterker 33 . En motstand R6 brokobler den positive og negative inngang til operasjonsforsterkeren 73. Referansesignalet blir koblet til en inverterende inngang til forsterkeren 33 gjennom motstanden R5 og blokkeringskondensatoren C4.

Den ikke-inverterende inngang er forbundet med signalet Vcon.

Vcon , er,som vist, en konstant spenning som blir benyttet som en referanse ved den foreliggende krets. Vcon har en spenning mellom 0V og kraftforsyningsspenningen. Den nøyaktige verdi av spenningen avhenger av verdiene av motstandene i et spenningsdelings-nettverk sammensatt av motstanderR9og RIO forbundet i serie mellom kraf tf orsyningsspenningen og jord. Ved den viste iitførelses-form har R9 og RIO samme verdi slik at Vcon utgjør halvparten av kraftforsyningsspenningen.

Spenningen ved skjøtepunktet for motstandene R9 og RIO blir ført til den ikke-inverterende inngang til en buffer-operasjonsforsterker 90 Dennes annen inngang er forbundet med utgangen fra forsterkeren 90. En kondensator C8 som er koblet over utgangen fra buffer-operasjonsforsterkeren filtrerer høyfrekvenssignaler fra Vcon-signalet.

Signalbearbeideren for det detekterte signal innbefatter en

operasjonsforsterker 32 med en motstand R7 forbundet mellom sine

. inverterende og ikke-inverterende innganger. Den inverterende inngang til forsterkeren 32 er forbundet med avfølingssignalet via blokkeringskondensatoren C3 , og den ikke-inverterende inngang til forsterkeren 32 er forbundet med Vcon.

Hensikten med signalbearbeideren er å omforme referansesignalet og det detekterte signal til bipolare signaler med samme spen-ningsnivåer for de høye og lave tilstander,idet disse tilstander også er kompatible med resten av sammenligningsorganene. Utgangen fra bearbeideren er på lavt nivå når innsignalet (det detekterte signal eller referansesignalet) er mindre enn Vcon. Når insignalet til signalbearbeideren er større enn Vcon vil utgangssignalet fra bearbeideren være høyt.

I henhold til oppfinnelsen innbefatter sammenligningsorganene i metalldetekteringsapparatet i henhold til den foreliggende oppfinnelse,, organer til å danne et første signal som representerer fasekoherens mellom drivsignalet og avfølingssignalet. Slik det er illustrert her, innbefatter organene til å danne et første signal en eksklusiv-eller-port 34.

Binivåsignalene fra operasjonsforsterkerne 32 og 33 blir tilført den eksklusive-eller-port 34., En eksklusiv-eller-port skaffer en høy utgang når inngangssignalene er de samme,og skaffer en lav utgang når inngangssignalene er forskjellige.

Utgangssignalet fra eksklusiv eller porten 34 vil alltid være høyt dersom referansesignalet og det detekterte signal var fullstendig i fase. Motsatt vil utgangssignalet fra _eksklusiv-el-.. lér-porten alltid være lavt; dersom avfølingssignalet og drivsignalet var fullstendig ute av fase. Ved den typiske situasjon vil det detekterte signal og referansesignalet hverken være fullstendig i fase eller fullstendig ute av fase, og eksklusiv eller- utgangssignalet vil ha både høye og lave deler.

Dersom en gjenstand som blir undersøkt av detektoren,er laget av aluminium så vil avfølingssignalet ligge etter drivsignalet,og på lignende måte vil det detekterte signal ligge etter referansesignalet med en viss størrelse. Faseforholdet mellom signalene vil være forskjellig dersom gjenstanden er av ikke-meta11 eller dersom den inneholder noe ferromagnetisk materiale, for eksempel stål. Dersom gjenstanden er av aluminium,vil den vinkel som avføl- ingssignalet ligger etter, drivsignalet med, vil være avhengig av det effektive areal av den avfølte gjenstands profil slik det opp-fattes av det magnetiske drivsignal. For jo større arealet er jo større vil forsinkelsen mellom det avfølte signal og drivsignalet være.

Dette trekk tillater at aluminiumboksdetektoren i henhold

til den foreliggede oppfinnelse, kan sondre mellom aluminiumsbokser og ikke aluminiumsbokser selv om disse aluminiumsbokser er sam-menklemt. En aluminiumsboks som er presset flat langs sin lengde-akse, blir understøttet av krybben langs sin langsgående kant. For-di den sammenklemte boks har tilnærmet samme profil-areal som en ny boks, vil detektoren behandle dem på samme måte.

I henhold til oppfinnelsen vil sammenligningsorganene ved metalldetekteringsapparatet i henhold til oppfinnelsen også innbefat-te organer til å analysere egenskapene hos det første signal for bestemmelse av nærværet av metall i testområdet. Ved den viste ut-førelsesform vil det første signal som representerer fasekoherensen mellom drivsignalet og det avfølte signal være utgangssignalet fra eksklusiv-eller-porten 34.

Arbeidssyklusen for dette signal,.det vil si den tidsfraksjon som eksklusiv-eller-port-signalet er høyt,representerer graden av faseforskjell mellom referansesignalet og det detekterte signal og således mellom drivsignalet og avfølingssignalet. I tilfellet av aluminium indikerer en lang arbeidssyklus meget lite faseetterslep og en kort arbeidssyklus indikerer et betydelig faseetterslep.

Utgangssignalet fra eksklusiv eller porten 34 blir ført til en integrert krets bestående av motstand R8 og kondensatoren

Cl.. Den integrerte krets skaffer et analogsignal med et spennings-nivå som er proposjonalt med arbeidssyklusen for eksklusiv eller port-utgangssignalet. Dersom utgangssignalet alltid var "høyt", ville utgangssignalet fra den integrerte krets anta sin høyeste verdi. Dersom eksklusiv eller port-signalet forblir "lavt" så vil utgangssignalet fra den integrerte krets anta sin laveste verdi.

Når arbeidssyklusen befinner seg mellom disse ekstreme verdier,befinner utgangsnivået fra den integrerte krets seg på en mellomlig-gende verdi mellom den høyeste og laveste verdi.

Utgangssignalet fra den integrerte krets blir tilført den inverterende inngang til en operasjonsforsterkerer-komparator 40.

Den ikke-inverterende inngang til komparatoren 4 0 forbinder innstillingsarmen av en variabel motstand VRI som er forbundet mel-

lom tilførselsspenningen og jord. Følgelig kan spenningen på den positive inngang til komparatoren 4 0 justeres mellom OV og kraftforsyningsspenningen.

Utgangssignalet fra komparatoren 40 er høyt når spenningen

på innstillingsarmen av VRI er større enn utgangssignalet fra den integrerte krets, og komparator-utgangssignalet er lavt dersom signalet fra den integrerte krets er større enn spenningen ved innstillingsarmen VRI. Således bestemmer stillingen av innstillingsarmen terskelpunktet for komparatorkretsen.

Med liten eksperimentering kan det bestemmes hvilken utgangs-spenning fra den integrerte krets som svarer til detekteringen av en aluminiumsboks eller alternativt til detekteringen av et metall i testområdet. Ved drift blir VRI justert slik at spenningen på

den ikke-inverterende inngang til operasjonsforsterkeren 4 0 blir den ,samme som denne utgangsspenningen.

I tilfellet av aluminiumsbokser når avfølingssignalet ligger etter drivsignalet mer enn en viss fasevinkel, vil utgangssignalet fra integratorkretsen være mindre enn spenningen innstilt ved VRI. Komparatorutgangssignalet ville da være høyt, noe som indikerer nærværet av en aluminiumsboks. Dersom avfølingssignalet ligger etter drivsignalet med mer enn nevnte fasevinkel, vil i motsatt fall spen-ningsnivået for integratorkretssignalet være større enn den spenning som ble innstilt ved VRI og utgangssignalet fra komparatoren 40 ville bli lavt, noe som indikerer at den gjenstand som avfrtles, ikk er en aluminiumsboks.

Dersom kretsen blir benyttet til detektering av nærværet av metall i et testområde, vil den ovenfor beskrevne drift av kretsen være den samme. Den eneste forskjell Vil være at VRI ville bli innstilt til en spenning svarende til det avsøkte metall. Det skal forstås at VRI kan innstilles slik at bare gjenstander eller bokser som har en viss størresle, vil bli detektert.

Slik det her er anskueliggjort, vil utgangssignalet fra komparatoren 40 drive LED 80 via en strømbegrensende motstand Ril. Et høyt utgangssignal fra komparatoren 4 0 som viser nærværet av en aluminiumsboks, blir manifestert ved at LED 80 lyser opp.

Komparatorutsignalet kan isteden bli brukt til å drive et ut- valg av indikatorer og påvirkningsorganer avhengig av anvendelsen. For eksempel kanJkomparatoren være forbundet med en binge-bryter, slik at de ønskede aluminiumsbokser etter detekteringen kan plasseres i en binge,mens andre gjenstander kan plasseres i en annen binge.

Den følgende tabell inneholder verdier for de passive kompo-nenter som kan anvendes ved utførelsesformen for den krets som er vist på figur 3 :

Det skal forstås for fagfolk at innen det gjeldende området kan der gjøres forskjellige modifikasjoner og variasjoner ved aluminiumboksdetektoren i henhold til den foreliggende oppfinnelse uten derved å avvike fra oppfinnelsens xåé og omfang. Det skal forstås at den foreliggende oppfinnelse dekker de modifikasjoner og variasjoner av oppfinnelsen som forutsetter å ligge innenfor rammen av de vedføyde krav.

Claims (7)

1. Apparat til å detektere nærværet av metall i et testområde, karakterisert ved at apparatet omatter : en sender plassert på den ene side av testområdet for utsendelse av et drivsignal inn i testområdet, en mottager plassert på den side av testområdet som er motsatt senderen, for mottagning av et avfølingssignal,idet avfølings-signalet er et resultat av drivsignalet som blir ført gjennom testområdet,.og organer til å sammenligne fasene for drivsignalet og avføl-ingssignalet for bestemmelse -av nærværet av metall i et testområdet.

2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at senderen og mottageren begge er spoler.

3. Apparat som angitt i krav 2, karakterisert ved at sammenligningsorganene innbefatter : organer til å danne første signal som representerer graden av fasekoherens mellom drivsignalet og avfølingssignalet,og organer til å analysere det første signal for bestemmelse av nærværet av metall i testområdet.

4. Apparat ." . som angitt i krav .3, karakterisert ved at 'arbeidssyklusen for det første signal representerer graden av fasekoherens mellom drivsignalet og avfølingssignalet,og at ana-lyseringsorganene undersøker arbeidssyklusen for det første signal for bestemmelsen av nærværet av metall i testområdet.

5. Apparat til å detektere nærværet av ikke-magnetiske metall-gjenstander som har en viss størrelse i et testområde, karakterisert ved at detekteringsapparatet omfatter: en sender plassert på den ene side.av testområdet for utsendelse av et drivsignal inn i testområdet, en mottager plassert på den side av testområdet som er motsatt senderen/for mottagelse av et avfølingssignal idet avfølings-signalet er et resultat av drivsignalet som føres gjennom testområdet , og organer til å sammenligne fasene for drivsignalet og avfølings-signalet for bestemmelse av nærværet av en ikke-magnetisk metallgjen stand over en viss størrelse i testområdet.

6. Apparat til å bestemme om en gjenstand er en aluminiumsboks, karakterisert ved at apparatet omfatter : en oscillasjonskrets for fremskaffelse av et referansesignal, en drivspole som reagerer på referansesignalet for utsendelse av et magnetisk drivsignal mot gjenstanden, en avfølingsspole for fremskaffelse av et detektorsignal fra det magnetiske drivsignal etter at det har passert gjennom gjenstanden, en fasekomparator forbundet med referansesignalet og detektor-signalet for fremskaffelse av et binivå -sammenligningssignal hvis arbeidssyklus indikerer graden av fasekoherens mellom nevnte signaler, og en analysekrets som reagerer på sammenligningssignalet for å indikere at. gjenstanden er en aluminiumsboks dersom arbeidssyklusen for sammenligningssignalet er mindre enn en forhåndsbestemt verdi,og for å indikere at nevnte gjenstand ikke er en aluminiumsboks dersom arbeidssyklusen er større enn nevnte bestemte verdi.

7. Fremgangsmåte til å detektere nærværet av en metallgjenstand i et testområde, karakterisert ved at den omfatter følgende trinn : å sende ut et drivsignal til testområdet, å motta et avfølingssignal fra testområdet,idet testsignalet er et resultat av det drivsignal som blir ført gjennom testområdet,og å sammenligne fasene for drivsignalet og avfølingssignalet for bestemmelse av nærværet av metall i testområdet.