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DE102009021804A1 - Metal detector has at least one transmission coil and at least one reception coil working in a pulse induction mode - Google Patents

Metal detector has at least one transmission coil and at least one reception coil working in a pulse induction mode Download PDF

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DE102009021804A1
DE102009021804A1 DE102009021804A DE102009021804A DE102009021804A1 DE 102009021804 A1 DE102009021804 A1 DE 102009021804A1 DE 102009021804 A DE102009021804 A DE 102009021804A DE 102009021804 A DE102009021804 A DE 102009021804A DE 102009021804 A1 DE102009021804 A1 DE 102009021804A1
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Inventor
Gerd Reime
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    • G01V3/08Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • G01V3/10Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils
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Abstract

The metal detector, especially working on pulse induction (PI), has at least one transmission coil (2.1,2.2) and at least one receiver coil (1.9). They are inductively coupled together and partially overlap for interactive decoupling, giving one point to extinguish the interaction. An electronic unit delivers current to the transmission coil(s) and evaluates a reception signal. On energizing the first coil the optimum extinguishing point is shifted in one direction and energizing the second coil shifts the point in the opposite direction. A control circuit regulates the current fed to the transmission coils to shift the optimum extinguishing point to extinguish the reception signal. The horizontal axis (3.2) of the transmission coils is tilted by an angle (W) against the horizontal reception coil axis (3.1).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Ortung metallischer Objekte, insbesondere einen im PI-Modus betriebener Metalldetektor, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 sowie ein zugehöriges Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 10.The The invention relates to a sensor for locating metallic objects, In particular, operated in PI mode metal detector, with the Features of the preamble of claim 1 and an associated Method with the features of the preamble of claim 10.

Stand der TechnikState of the art

Ein derartiger im Pulsinduktionsverfahren(PI-)Modus betriebener Metalldetektor ist aus der DE 103 01 951 A9 bekannt. Die Wechselwirkung der primären und sekundäre Spulen wird durch teilweise Überlappung der co-planaren Spulensysteme entkoppelt. Eine Einstellung der Entkopplung erfolgt mittels mechanisch verschiebbarer Massen im Bereich der Überlappung oder durch elektrische Kompensationshilfsmittel z. B. in der Form zusätzlicher Kompensationssignale vom Generator in den Empfangskreis. Sie kompensieren den nicht vollständig entkoppelten Anteil der Sendeenergie in die Empfangsspule. Eine „Rückkoppelung” zwischen detektiertem Signal der Empfangsspule und Kompensationswirkung, also eine geschlossene Regelung liegt nicht vor.Such in Pulse Induction (PI) mode operated metal detector is from the DE 103 01 951 A9 known. The interaction of the primary and secondary coils is decoupled by partial overlap of the co-planar coil systems. An adjustment of the decoupling takes place by means of mechanically displaceable masses in the region of the overlap or by electrical compensation aids z. B. in the form of additional compensation signals from the generator in the receiving circuit. They compensate for the not completely decoupled portion of the transmission energy in the receiving coil. A "feedback" between detected signal of the receiving coil and compensation effect, so a closed loop control is not available.

Aus der DE 103 18 350 B3 ist eine vergleichbare Anordnung bekannt, bei der mehrere Spulen hinsichtlich ihres magnetischen Wechselfelds überlappend, benachbart versetzt zueinander geschachtelt sind. Eine größte Spule vorzugsweise die Empfangsspule bestimmt die Peripherie der Spulenanordnung.From the DE 103 18 350 B3 a comparable arrangement is known in which a plurality of coils are overlapped with respect to their alternating magnetic field, adjacent to each other nested. A largest coil, preferably the receiving coil, determines the periphery of the coil arrangement.

Aus der DE 36 19 308 C1 ist eine Umkehrung des oben genannten Prinzips, d. h., eine umliegende Sendespule mit zwei als „Acht” ausgebildeten Empfangsspulen, in denen gegenseitig das ausgesandte Feld ausgelöscht wird.From the DE 36 19 308 C1 is a reversal of the above principle, ie, a surrounding transmitting coil with two trained as "eight" receiving coils in which mutually canceled the field is extinguished.

Aus der DE 43 39 419 C2 ist ein Metalldetektor mit einer Sendespule und einer Empfangsspule bekannt, die sich teilweise so überlagern, dass der Wechselinduktionskoeffizient minimal ist. Die Spulen werden wechselweise als Sende- und Empfangsspule betrieben.From the DE 43 39 419 C2 For example, a metal detector with a transmitting coil and a receiving coil is known, which partly overlap so that the mutual induction coefficient is minimal. The coils are alternately operated as a transmitting and receiving coil.

Um ein kapazitives Übersprechen von der Sendespule in die Empfangsspule zu verringern, wenn Sende- und Empfangsspule sehr nah beieinander liegen, so wie es bei Printspulen der Fall ist, wird in der DE 10 2004 047 189 A1 eine Abschirmmaßnahme in Form einer Abschirmelektrode zwischen Sende- und Empfangsspule vorgeschlagen. Zur Feinjustierung sind ferner Hilfswicklungen vorgesehen.In order to reduce a capacitive crosstalk from the transmitting coil into the receiving coil, when the transmitting and receiving coils are very close to each other, as is the case with a print coil, is in the DE 10 2004 047 189 A1 proposed a shielding measure in the form of a shielding electrode between transmitting and receiving coil. For fine adjustment further auxiliary windings are provided.

Aus der EP 706 648 B1 ist eine Amplitudenregelung an sich bekannt, bei der Lichtsignale unter Kompensation äußerer Einflüsse wie Fremdlicht-, Temperatur- oder Alterungseinflüsse zwischen Lichtsender und Lichtempfänger dynamisch erfasst werden. Die Lichtsender werden über einen Taktgenerator zeitabschnittsweise und wechselweise betrieben. Das in der Amplitude wenigstens einer Lichtstrecke geregelte Licht wirkt gegebenenfalls mit dem Licht eines weiteren Lichtsenders wie zum Beispiel einer Kompensationslichtquelle so auf den Lichtempfänger ein, dass ein Empfangssignal ohne taktsynchrone Signalanteile entsteht. Das Empfangssignal des Lichtempfängers wird einem Synchrondemodulator zugeführt, der das Empfangssignal wiederum in die den beiden Lichtquellen entsprechenden Signalkomponenten zerlegt. Diese werden in einem Komparator miteinander verglichen, wobei ein einem Nullzustand entsprechendes Signal entsteht. Liegt am Ausgang des Vergleichers kein diesem Nullzustand entsprechendes Signal an, wird dieses Signal als Regelwert verwendet, um die Strahlungsleistung, die den Lichtquellen zugeführt wird, dahingehend zu regeln, bis dieser Zustand erreicht ist.From the EP 706 648 B1 an amplitude control is known per se, are detected dynamically in the light signals with compensation of external influences such as extraneous light, temperature or aging influences between the light transmitter and light receiver. The light transmitters are operated periodically and alternately via a clock generator. The regulated in the amplitude of at least one light path optionally acts with the light of another light transmitter such as a compensation light source on the light receiver so that a received signal without isochronous signal components. The received signal of the light receiver is fed to a synchronous demodulator, which in turn decomposes the received signal into the signal components corresponding to the two light sources. These are compared with each other in a comparator, resulting in a signal corresponding to a zero state. If no signal corresponding to this zero state is present at the output of the comparator, this signal is used as a control value in order to regulate the radiant power supplied to the light sources until this state is reached.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein einfachen und effektiven Sensor und ein zugehöriges Verfahren zur Verfügung zu stellen.outgoing from this prior art is therefore the present invention The task is based on a simple and effective sensor and a to provide the associated method.

Diese Aufgabe wird durch einen Sensor mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 10 gelöst.These The object is achieved by a sensor having the features of the claim 1 and solved by a method having the features of claim 10.

Der Sensor weist mindestens eine Empfangsspule und mehrere Sendespulen bzw. Sendespulenteile auf, die eine Sendespule in einer bestimmten Weise vorzugsweise als gespiegelte Hälften aufteilen. Durch die Wechselwirkung von mehreren Sendespulen und wenigstens einer Empfangsspule, wobei die Sendespulen teilweise überlappend zur Empfangsspule angeordnet sind, ergibt sich ein örtlicher Punkt optimaler Auslöschung. Die Spulen sind dabei so angeordnet, dass die Sendespulenteile bei gleicher Bestromung eine Wirkung auf die wenigstens eine Empfangsspule ausüben, bei der ein örtlicher Punkt der optimalen Auslöschung entsteht. Dieser Punkt verschiebt sich jedoch bei hauptsächlicher bis alleiniger Bestromung einer ersten Sendespule oder eines ersten Teils der Sendespule in eine erste Richtung, während er sich bei hauptsächlicher bis alleiniger Bestromung einer weiteren Sendespule oder eines weiteren Teils der Sendespule in eine der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung verschiebt. Diese Verschiebung wird durch eine Metallannäherung beeinflusst. Eine Regelschaltung zur Regelung der Ströme der Sendespulenteile führt im Regelungsfall zu einer Verschiebung des örtlichen Punktes der optimalen Auslöschung, die eine Auslöschung des Empfangssignals bewirkt. Der dafür erforderliche Regelwert bzw. seine Änderung wird vorzugsweise als Maß für eine Metallannäherung verwendet.The sensor has at least one receiving coil and a plurality of transmitting coils or transmitting coil parts, which preferably divide a transmitting coil in a certain way as mirrored halves. Due to the interaction of a plurality of transmitting coils and at least one receiving coil, wherein the transmitting coils are arranged partially overlapping the receiving coil, a local point of optimal extinction results. The coils are arranged so that the Sendespulenteile exert an effect on the at least one receiving coil at the same current, in which a local point of optimal extinction. This point, however, shifts in a first direction when mainly or solely energizing a first transmitting coil or a first part of the transmitting coil, while it moves in a direction opposite to the first direction when mainly supplying power to another transmitting coil or to a further part of the transmitting coil. This shift is influenced by a metal approach. A control circuit for controlling the currents of the Sendespulenteile leads in the control case to a shift of the local point of the optimal cancellation, which causes an extinction of the received signal. The required control value or its change is preferably used as a measure of a metal approach.

Mit dieser Lösung ergibt sich eine einfache Nachführung der Entkopplung zwischen Sende- und Empfangssystem auch unter ständig wechselnden Umweltbedingungen, wie z. B. bei mechanischen Veränderungen des Spulenkörpers oder Anwesenheit oder Veränderungen von Bodeneffekten. Die vor allem bei einer Regelung nach den Ansprüchen 8 und 16 mögliche hohe Verstärkung der Abweichungen von Takt zu Takt führt zu einem großen Dynamikbereich ab Detektionsgrenze, d. h. höchste Reichweite bis unmittelbarer Nahbereich, in dem Metall auf dem Sensor aufliegt. Dies ist z. B. wichtig für eine „lineare” Anzeige der Entfernung vom Bereich der Detektionsgrenze bis zum unmittelbaren Nahbereich in gleichmäßigen Anzeigeschritten. Die vorzugsweise ständige Rückkopplung des Empfangssignals zur Stromsteuerung in den mindestens zwei Sendespulen führt zur laufenden vollständigen Entkopplung, d. h. zur optimalen Auslöschung des ausgesendeten Signals der Sende spule in die Empfangsspule. Unter Anderem lässt sich der kapazitive Einfluss der Sendespule auf die Empfangsspule kompensieren. Durch die komplementäre Signalansteuerung und nahezu gleiche flächenmäßige Wirkung hebt sich der kapazitive Einfluss der Sendespulen auf die Empfangsspule nahezu auf. „Abschirmmaßnahmen” zwischen Sende und Empfangsspule sind nicht notwendig. Dadurch ist ein kostensparender Aufbau mit einer nur zweilagigen Platine möglich.With This solution results in a simple tracking the decoupling between transmitting and receiving system also under constant changing environmental conditions, such. B. in mechanical changes of the bobbin or presence or changes of floor effects. The especially in a scheme according to the claims 8 and 16 possible high amplification of deviations from bar to bar leads to a large dynamic range from detection limit, d. H. highest range to more immediate Close range, in which metal rests on the sensor. This is z. B. important for a "linear" display of Distance from the detection limit range to the immediate one Close range in uniform display steps. The preferably continuous feedback of the received signal for current control in the at least two transmitting coils leads to the current complete decoupling, d. H. for optimal Erasing the emitted signal of the transmitting coil in the receiver coil. Among other things, the capacitive can be Compensate the influence of the transmitter coil on the receiver coil. By the complementary signal control and almost the same areal effect lifts the capacitive Influence of the transmitter coils on the receiver coil almost on. "Shielding measures" between Transmit and receive coils are not necessary. This is a cost-saving Construction with only a two-layer board possible.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.Further Advantages emerge from the subclaims and the following Description of preferred embodiments.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den beigefügten Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:in the The invention will be described below with reference to the appended drawings Figures illustrated embodiment closer explained. Show it:

1 ein Sensorsystem nach dem PI Verfahren nach dem Stand der Technik sowie den zugehörigen Amplitudenverlauf an der Empfangsspule, 1 a sensor system according to the PI method according to the prior art and the associated amplitude characteristic at the receiving coil,

2 eine Anordnung von zwei gespiegelten Spulenhälften, 2 an arrangement of two mirrored coil halves,

3 eine mechanische Anordnung der Spulenhälften zusammen mit einer Empfangsspule, 3 a mechanical arrangement of the coil halves together with a receiving coil,

4 eine Sensorelektronik mit einer geschlossenen Regelung zur Stabilisierung des örtlichen Punktes der optimalen Auslöschung in der Empfangsspule, 4 a sensor electronics with a closed control to stabilize the local point of the optimal cancellation in the receiving coil,

5, 6 Verschiebungen des örtlichen Punkts der optimalen Auslöschung bei unterschiedlicher Bestromung der Sendespulenanordnung, 5 . 6 Displacements of the local point of the optimal extinction with different energization of the transmitting coil arrangement,

7 ein Diagramm des Regelwerts der Sensorelektronik über der Zeit. 7 a diagram of the control value of the sensor electronics over time.

Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDescription of preferred embodiments

Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Be schreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.Before the invention is described in detail, it should be noted that they do not affect the respective components of the device as well the respective process steps is limited, since these Components and methods may vary. The ones used here Terms are intended only for particular embodiments to describe and are not used restrictively. In addition, if in the description or in the claims the singular or indefinite articles are used, this also applies to the majority of these elements, as long as the overall context is unequivocal makes something else clear.

Der in dieser Anmeldung verwendete Begriff „örtlicher Punkt der Auslöschung” bezeichnet den bei einer Überlagerung von wenigstens zwei Spulen fester geometrischer Anordnung entstehenden Punkt auf einer zwischen den Mitten der beiden Sendespulen gedachten Linie, an dem sich die bei Stromfluss durch die beiden Spulen das dabei hervorgerufene Magnetfeld In der Empfangsspule auslöscht.Of the term used in this application "local Point of extinction "refers to the case of an overlay resulting from at least two coils of fixed geometric arrangement Point on one between the centers of the two transmission coils imagined Line at which the flow of current through the two coils the thereby caused magnetic field in the receiving coil extinguished.

1 zeigt den Amplitudenverlauf in einem Sensorsystem nach dem PI Verfahren im Stand der Technik an der Empfangsspule 1.9 bei Verschiebung der Sendespule 1.10 bzw. Empfangsspule zueinander. Die Amplitude 1.7. der Empfangsspule ist über der Verschiebung in 1 unten aufgetragen. Die Verschiebung startet bei 1.1 und endet bei 1.5, wobei der dabei im Diagramm zurückgelegte Weg der Verschiebung z. B. +/–5 mm vom Punkt 1.3 der optimalen Auslöschung beträgt. 1 shows the amplitude curve in a sensor system according to the PI method in the prior art at the receiving coil 1.9 with displacement of the transmitting coil 1.10 or receiver coil to each other. The amplitude 1.7 , the receiver coil is over the shift in 1 applied below. The shift starts 1.1 and ends at 1.5 , Wherein the path traveled in the diagram of the displacement z. B. +/- 5 mm from the point 1.3 the optimal extinction is.

Wird z. B. die Empfangsspule im Verhältnis zur Sendespule in Richtung des Doppelpfeils 1.6 nach rechts verschoben, nimmt zunächst das empfangene Signal 1.2 ab. Das Signal hat eine taktsynchrone Phasenlage, im angenommenen Beispiel 0°. Bei Erreichen des örtlichen Punktes der optimalen Auslöschung, also des Entkopplungspunktes 1.3 ist das empfangene Signal Null, während das empfangene Signal 1.4 bei weiterer Verschiebung mit um 180° gedrehter Phase wieder ansteigt. Der örtliche Punkt der optimalen Auslöschung ist nur im Laborbetrieb relativ stabil. Fertigungstolleranzen, Temperatureinflüsse, mechanische Deformation der Spulenanordnung oder das Vorhandensein von z. B. Bodeneinflüssen z. B. bei der Metallsuche in metallhaltigen Böden verschieben diesen Punkt. Weiterhin wird der örtliche Punkt auch durch einen in die Nähe gebrachten metallischen Gegenstand verschoben. Die Möglichkeit der mechanischen Position eines Punktes der optimalen Auslöschung ist bei allen oben genannten Einflüssen z. B. in einem Bereich entlang des Doppelpfeils 1.6 zu lokalisieren.If z. B. the receiving coil in relation to the transmitting coil in the direction of the double arrow 1.6 shifted to the right, first takes the received signal 1.2 from. The signal has an isochronous phase position, in the assumed example 0 °. Upon reaching the local point of optimal extinction, so the decoupling point 1.3 the received signal is zero while the received signal 1.4 with further displacement with rotated by 180 ° phase rises again. The local point of optimum extinction is relatively stable only in laboratory operation. Manufacturing tolerances, temperature influences, mechanical deformation of the coil assembly or the presence of z. B. soil influences z. B. in the metal search in metal-containing Floors shift this point. Furthermore, the local point is also displaced by a metallic object brought into proximity. The possibility of mechanical position of a point of optimal extinction is in all the above influences z. In a region along the double arrow 1.6 to locate.

Trotz aller oben genannter Einflüsse soll der Punkt der optimalen Auslöschung mit einfachen Mitteln und einer geschlossenen Regelung immer an exakt der gleichen örtlichen Stelle bleiben. Dies wird durch folgende Maßnahme erreicht:
Die Sendespule 1.10 nach dem Stand der Technik wird geteilt und vorzugsweise so halbiert, dass sich zwei im wesentlichen identische und spiegelbildliche Spulenhälften bilden. Eine andere Aufteilung ist jedoch möglich, wenn damit bei entsprechender Bestromung eine kontinuierliche bzw. stetige und damit nicht ruckartige Verschiebung des örtlichen Punkts der Auslöschung erreichbar ist. 2 zeigt die Anordnung dieser Spulenteile bzw. Spulenhälften 2.1 und 2.2 als Sendespulen mit den Anschlüssen 2.3 für die erste obere Spulenhälfte 2.1 und 2.4 für die zweite untere Spulenhälfte 2.2. Die zwei verbliebenen Anschlüsse der Spulenhälften sind im Ausführungsbeispiel zu 2.5 zusammengefasst. Komplementäre, sich zu einer Spannung ergänzende Spannungen 2.6 und 2.7 an den Anschlüssen 2.3 und 2.4 rufen in beiden Spulenhälften ein Magnetfeld gleicher Polarität hervor. In diesem Fall verhalten sich die beiden Spulenhälften im Wesentlichen wie eine einzige Spule im Stand der Technik. Die Spulenhälften oder besser Spulenteile werden im Folgenden als Sendespulen 2.1, 2.2 bezeichnet
Despite all the above-mentioned influences, the point of optimal extinction should always remain at exactly the same local location with simple means and a closed control. This is achieved by the following measure:
The transmitting coil 1.10 according to the prior art is divided and preferably halved so that form two substantially identical and mirror-image coil halves. However, another division is possible if, with appropriate energization, a continuous or steady and thus not jerky displacement of the local point of extinction can be achieved. 2 shows the arrangement of these coil parts or coil halves 2.1 and 2.2 as transmitting coils with the terminals 2.3 for the first upper bobbin half 2.1 and 2.4 for the second lower coil half 2.2 , The two remaining terminals of the coil halves are in the embodiment to 2.5 summarized. Complementary tensions that add to a tension 2.6 and 2.7 at the connections 2.3 and 2.4 cause a magnetic field of the same polarity in both coil halves. In this case, the two coil halves behave essentially like a single coil in the prior art. The coil halves or better coil parts are referred to below as transmitting coils 2.1 . 2.2 designated

3 zeigt eine mechanische Anordnung der ersten oberen Sendespule 2.1 und der zweiten unteren Sendespule 2.2 zusammen mit der Empfangsspule 1.9. Zur besseren Unterscheidbarkeit ist die Empfangsspule 1.9 gestrichelt gezeichnet. Der Durchmesser der in diesem Ausführungsbeispiel kreisförmigen Empfangsspule 1.9 entspricht etwa dem Durchmesser der halbkreisförmigen Sendespulenteile. 3 shows a mechanical arrangement of the first upper transmitter coil 2.1 and the second lower transmitting coil 2.2 together with the receiver coil 1.9 , For better distinctness is the receiving coil 1.9 drawn dashed. The diameter of the circular receiving coil in this embodiment 1.9 corresponds approximately to the diameter of the semicircular Sendespulenteile.

Die horizontale Achse 3.2 der Sendespulenanordnung, welche die beiden Sendespulen 2.1 und 2.2 umfasst, ist gegenüber der horizontalen Achse 3.1 der Empfangsspule 1.9 um den Winkel W gekippt. Daher überdeckt die Sendespule 2.2 die Empfangsspule 1.9 um einen bestimmten Betrag mehr als die Sendespule 2.1. Der Winkel W liegt in der Praxis z. B. im Bereich von 1–10°. Je größer die zu erwartenden Toleranzen, z. B. Temperatureinflüsse, Fertigungstolleranzen usw. sind, um so größer sollte der Winkel W gewählt werden. Zwischen der Anordnung der Sendespulen 2.1, 2.2 und der Empfangsspule 1.9 besteht – im Ausführungsbeispiel vom jeweiligen Mittelpunkt aus gemessen – der Abstand A, der bei gleich großer, aber komple mentärer Spannung an den Sendespulen 2.1 und 2.2 in etwa den Bereich bestimmt, in dem der örtliche Punkt 1.3 der Entkopplung zu liegen kommt. Statt einer Winkeldrehung sind auch andere Anordnungen wie z. B. eine Verschiebung der Sendespulen zueinander denkbar, so dass sich eine unterschiedliche Überdeckung der Empfangsspule 1.9 ergibt. Damit wird die Empfangsspule von den vorzugsweise zwei Sendespulen 2.1, 2.2 mit unterschiedlichen Flächenmaßen überdeckt. Solange das ziel erreicht wird, dass eine Verschiebung des örtlichen Punkts der Auslöschung bei entsprechender Bestromung der Sendespulenteile erreichbar ist, ist es gleichgültig durch welche geometrische Anordnung der Sendespulen gegenüber der Empfangsspule dies erreicht oder erleichtert wird.The horizontal axis 3.2 the transmitting coil assembly, which the two transmitting coils 2.1 and 2.2 is opposite to the horizontal axis 3.1 the receiver coil 1.9 tilted by the angle W. Therefore, the transmitting coil covers 2.2 the receiver coil 1.9 by a certain amount more than the transmitting coil 2.1 , The angle W is in practice z. B. in the range of 1-10 °. The larger the expected tolerances, eg. As temperature influences, manufacturing tolerances, etc., the greater the angle W should be selected. Between the arrangement of the transmitting coils 2.1 . 2.2 and the receiving coil 1.9 consists - measured in the embodiment of the respective center of - the distance A, the same size, but complementary mental voltage at the transmitting coil 2.1 and 2.2 roughly determines the area in which the local point 1.3 the decoupling comes to rest. Instead of an angular rotation and other arrangements such. B. a displacement of the transmitting coils to each other conceivable, so that a different coverage of the receiving coil 1.9 results. Thus, the receiving coil of the preferably two transmitting coils 2.1 . 2.2 covered with different surface dimensions. As long as the goal is achieved that a shift of the local point of cancellation can be achieved with appropriate energization of Sendespulenteile, it does not matter which geometric arrangement of the transmitting coil relative to the receiving coil this is achieved or facilitated.

Ideal für die Realisierung der oben beschriebenen Erfindung hat sich ein Verfahren mit einer Amplitudenregelung gemäß der Eingangs genannten EP 706 648 B1 für die Erstellung eines empfindlichen Metalldetektors herausgestellt. Andere Verfahren sind jedoch denkbar, solange bei Bestromung nur eines ersten Teils der Sendespule der Punkt der optimalen Auslöschung sich in eine erste Richtung z. B. nach rechts zum Punkt 5.1 verschiebt, während bei Bestromung eines zweiten Teils der Sendespule der Punkt der optimalen Auslöschung sich in eine der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung z. B. nach links zum Punkt 6.1 verschiebt. Ein Regelungsverfahren sorgt dann dafür, dass eine Verschiebung des örtlichen Punktes der optimalen Auslöschung ausgeregelt wird und somit eine kontinuierliche Auslöschung des Empfangssignals 1.11 erfolgt.Ideal for the realization of the invention described above, a method has been mentioned with an amplitude control according to the input EP 706 648 B1 exposed for the creation of a sensitive metal detector. However, other methods are conceivable as long as the point of optimal extinction in energizing only a first part of the transmitting coil in a first direction z. B. right to the point 5.1 shifts while energizing a second part of the transmitting coil, the point of optimal cancellation in a direction opposite to the first direction of the second direction z. B. to the left to the point 6.1 shifts. A control method then ensures that a shift of the local point of the optimal cancellation is compensated and thus a continuous cancellation of the received signal 1.11 he follows.

4 zeigt hier als Ausführungsbeispiel einer Sensorelektronik mit einer geschlossenen Regelung zur Stabilisierung des örtlichen Punktes der optimalen Auslöschung in der Empfangsspule 1.9 eines in den Sendespulen 2.1 und 2.2 erzeugten Magnetfeldes. Ein Taktgenerator 4.8 liefert ein erstes Taktsignal 4.13 an eine erste geregelte Stromquelle 4.10 und ein zweites invertiertes Taktsignal 4.12 an eine zweite geregelte Stromquelle 4.9. Die Frequenz des Taktgenerators kann je nach Induktivität der Spulen gewählt werden, im Ausführungsbeispiel liegt sie bei ca. 120 kHz. Das Signal kann z. B. ein Rechteck- oder Sinussignal sein. Die erste geregelte Stromquelle 4.10 speist den Anschluss 2.4 der unteren Sendespule 2.2. Analog dazu speist die zweite geregelte Stromquelle 4.9 den Anschluss 2.3 der oberen Sendespule 2.1. Das an der Empfangsspule 1.9 anliegende Signal wird mit dem Wechselspannungsverstärker 4.5 – im Folgenden Verstärker genannt – verstärkt. 4 shows here as an exemplary embodiment of a sensor electronics with a closed control to stabilize the local point of the optimal cancellation in the receiving coil 1.9 one in the transmission coils 2.1 and 2.2 generated magnetic field. A clock generator 4.8 provides a first clock signal 4.13 to a first regulated power source 4.10 and a second inverted clock signal 4.12 to a second regulated power source 4.9 , The frequency of the clock generator can be selected depending on the inductance of the coils, in the embodiment, it is about 120 kHz. The signal can z. B. be a square or sine wave signal. The first regulated power source 4.10 feeds the connection 2.4 the lower transmitter coil 2.2 , Similarly, the second regulated power source feeds 4.9 the connection 2.3 the upper transmitter coil 2.1 , The at the receiving coil 1.9 applied signal is connected to the AC amplifier 4.5 - hereinafter referred to as amplifiers - amplified.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 4.5 wird dem Synchrondemodulator 4.6 zugeführt. Dieser erhält ein zur Demodulation nötiges erstes Taktsignal über 4.18 und zweites Taktsignal 4.19 aus dem Taktgenerator 4.8. Im einfachsten Fall wird der Synchrondemodulator 4.6 das Ausgangssignal des Verstärkers 4.5 während des gesamten Abschnitts einer Taktphase synchron den entsprechenden Eingängen des integrierenden Komparators 4.7 zuführen. In diesem Fall ist das Taktsignal 4.18 und 4.19 so lang wie die Sendetaktphasen.The output signal of the amplifier 4.5 becomes the synchronous demodulator 4.6 fed. This receives a necessary for demodulation first clock signal 4.18 and second clock signal 4.19 from the clock generator 4.8 , In the simplest case, the synchronous demodulator 4.6 the output signal of the amplifier 4.5 during the entire portion of a clock phase synchronously with the corresponding inputs of the integrating comparator 4.7 respectively. In this case, the clock signal 4.18 and 4.19 as long as the transmission clock phases.

Bei gleicher Spannung des ersten Eingangssignals 4.15 und des zweiten Eingangssignals 4.17 des integrierenden Komparators 4.7 entsteht somit kein taktsynchroner Signalanteil an der Empfangsspule 1.9. Dabei wird z. B. bei Metalleinfluss von außen der Durchschnittswert eines ersten Taktsignals an der Empfangsspule 1.9 mit dem Durchschnittswert des zweiten Taktsignals verglichen. Im ausgeregelten Zustand entsprechen bereits die an den Eingängen des Verstärkers 4.5 vorliegenden Empfangssignale einem Nullzustand, so dass der Verstärker 4.5 am Eingang lediglich Rauschen sieht. Daher kann er sehr hoch verstärken, bzw. als hoch verstärkender Begrenzerverstärker ausgeführt werden. Dasselbe gilt auch im ausgeregelten Zustand für das erste Eingangssignal 4.15 und das zweite Eingangssignal 4.17. Liegt am Ausgang des Komparators 4.7 kein diesem Nullzustand entsprechendes Signal an, wird der Regelwert 4.16 solange nachgeführt und dadurch der Strom in den Sendespulen 2.1, 2.2 solange geregelt, bis dieser Zustand erreicht ist.At the same voltage of the first input signal 4.15 and the second input signal 4.17 of integrating comparator 4.7 Thus, no isochronous signal component at the receiving coil 1.9 , This z. B. in the case of metal inflow from the outside, the average value of a first clock signal at the receiver coil 1.9 compared with the average value of the second clock signal. In the regulated state already correspond to those at the inputs of the amplifier 4.5 present receive signals a zero state, so that the amplifier 4.5 sees only noise at the entrance. Therefore it can amplify very high, or be executed as a high-gain limiter amplifier. The same also applies in the regulated state for the first input signal 4.15 and the second input signal 4.17 , Located at the output of the comparator 4.7 no signal corresponding to this zero state becomes the control value 4.16 as long tracked and thereby the current in the transmitter coil 2.1 . 2.2 as long as regulated, until this state is reached.

Während der Länge des Taktabschnittes weist das Ausgangssignal der Empfangsspule 1.9 geringe, von der Metallart bestimmte Amplitudenverläufe auf. Zur besseren Analyse der Metalleigenschaften kann der Abtastbereich des Synchrondemodulators deshalb auch nur abschnittsweise in den Taktzyklen gewählt werden. Dazu wird das zur Demodulation benötigte erste und zweite Taktsignal 4.18 und 4.19 entsprechend verkürzt und in den für die Metallanalyse benötigten Abschnitt der Taktphase gelegt. Die Abtastzeitpunkte sind dabei frei wählbar. Sie können z. B. in kleinen Schritten von z. B. einigen zig Nanosekunden gewählt werden und an beliebigen vorgegebenen oder vorgebbaren Stellen des Taktabschnitts bzw. Taktsignals liegen, um bestimmte Informationen aus dem Empfangssignal zu gewinnen.During the length of the clock section, the output signal of the receiving coil 1.9 small, determined by the type of metal amplitude curves. For better analysis of the metal properties, the sampling range of the synchronous demodulator can therefore only be selected in sections in the clock cycles. For this purpose, the first and second clock signal required for demodulation is 4.18 and 4.19 shortened accordingly and placed in the required for the metal analysis section of the clock phase. The sampling times are freely selectable. You can z. B. in small steps of z. B. a few tens of nanoseconds and be at any predetermined or predetermined positions of the clock section or clock signal to win certain information from the received signal.

Die durch den Synchrondemodulator den beiden Taktsignalen 4.12 und 4.13 zuordenbaren Ausgangssignale des Synchrondemodulators 4.6 werden vom integrierenden Komparator 4.7 auf Amplitudenunterschiede untersucht. Der Komparator kann als hochverstärkende Vergleicherschaltung ausgeführt sein. Jede noch so kleine Abweichung der Eingangsspannungen bzw. Eingangssignale 4.15 und 4.17 führt zu einer entsprechenden Abweichung des Regelwerts 4.16 vom momentanen Wert. In der Praxis haben sich „open loop” Verstärkungen bis zu 240 dB bewährt. Dies kann z. B. durch zwei hinter einander liegende, wechselspannungsmäßig bedämpfte Operationsverstärker mit einer DC-Gegenkoppelung über den gesamten Regelkreis, also unter Einbeziehung der Kopplung zwischen Sendespulen und Empfangsspule, bestehen. Die geregelten Stromquellen 4.9 und 4.10 werden mittels Invertierstufe 4.11 gegeneinander mit dem Regelwert 4.16 invertiert angesteuert, um den Zustand wieder herzustellen, bei dem gleich große Amplituden der Eingangssignale am Komparator 4.7 anstehen, d. h. bei dem aus den beiden Signalverläufen keine Differenzen an den Eingängen des Komparators 4.7 auftreten. Steigt der Strom einer der geregelten Stromquellen, so fällt sie in der anderen entsprechend ab.The by the synchronous demodulator the two clock signals 4.12 and 4.13 assignable output signals of the synchronous demodulator 4.6 be from the integrating comparator 4.7 examined for amplitude differences. The comparator can be designed as a high-gain comparator circuit. Every little deviation of the input voltages or input signals 4.15 and 4.17 leads to a corresponding deviation of the control value 4.16 from the current value. In practice, "open loop" gains of up to 240 dB have been proven. This can be z. B. by two mutually behind, AC moderately attenuated operational amplifier with a DC negative feedback over the entire control loop, so including the coupling between the transmitting coil and the receiving coil exist. The regulated power sources 4.9 and 4.10 are by means of Invertierstufe 4.11 against each other with the control value 4.16 controlled inverted to restore the state at the same amplitude of the input signals to the comparator 4.7 are pending, ie in the case of the two waveforms no differences at the inputs of the comparator 4.7 occur. If the current of one of the regulated power sources increases, it drops accordingly in the other one.

Durch die Verschiebung des Stromes in beiden Spulenhälften bzw. Sendespulen wird der örtliche Punkt der optimalen Auslöschung in einem weiten Bereich stufenlos verschoben. Die Größe des Bereichs ist abhängig von der Größe der verwendeten Spule. Er kann z. B. bei einem Spulendurchmesser von 50 mm z. B. +/–5 mm betragen. 5 zeigt die Verschiebung des örtlichen Punktes 5.1 der optimalen Auslöschung nach rechts, wenn die untere Sendespule 2.2 der Sendespulenanordnung einen höheren Strom erhält als obere Sendespule 2.1. Im umgekehrten Fall der Sendeströme wandert der Punkt 6.1 der optimalen Auslöschung gemäß 6 nach links. Die Regelschaltung sorgt nun dafür, dass der ermittelte Wert für den Punkt der optimalen Auslöschung ständig so nachgeregelt wird, dass kein Differenzsignal am Synchrondemodulator 4.6 anliegt. Dies führt dazu, dass zeitveränderliche bzw. dynamische Änderungen im Umfeld des Metalldetektors wie z. B. eine Metallannäherung als Änderungen des Regelwerts 4.16 wahrgenommen werden.Due to the displacement of the current in both coil halves or transmitting coils, the local point of optimum extinction is steplessly shifted in a wide range. The size of the area depends on the size of the coil used. He can z. B. at a coil diameter of 50 mm z. B. +/- 5 mm. 5 shows the displacement of the local point 5.1 the optimal extinction to the right when the lower transmitter coil 2.2 the transmission coil arrangement receives a higher current than the upper transmission coil 2.1 , In the opposite case of the transmission currents, the point moves 6.1 the optimal extinction according to 6 to the left. The control circuit now ensures that the determined value for the point of optimal cancellation is constantly adjusted so that no difference signal at the synchronous demodulator 4.6 is applied. This leads to time-variable or dynamic changes in the environment of the metal detector such. B. a metal approach as changes in the control value 4.16 be perceived.

Ohne den Einfluss von Metall im sensoraktiven Bereich stellt sich daher ein Gleichgewicht der Sendeströme in der Art ein, dass an der Empfangsspule 1.9 keine taktsynchronen Anteile entstehen und somit der Punkt der optimalen Auslöschung immer eingehalten wird. Der Regelwert 4.16 am Regelausgang der Regelschaltung in 4 nimmt somit gemäß 7 einen bestimmten elektrischen Wert ein, der der örtlichen Position des Ortes der optimalen Auslöschung entspricht. Eine Metallannäherung 7.4 verändert den Ort der optimalen Auslöschung. Somit entsteht in der Empfangsspule 1.9 ein Signal mit taktsynchronen Anteilen, die durch die Synchrongleichrichtung detektiert und sofort durch die kontinuierliche Nachregelung der Sendeströme in 4.9 und 4.10 nachgeregelt wird, bis die taktsynchronen Anteile in der Empfangsspule ausgelöscht sind. 7 zeigt den Ruhezustand des Regelwertes 4.16 und die Veränderung im Bereich einer Metallannäherung 7.4. Zur Detektion einer Metallannäherung kann nun z. B. der Unterschied zwischen Ruhezustand 4.16 und verändertem Regelwert 7.3 ausgewertet werden.Without the influence of metal in the sensor-active area, therefore, a balance of the transmission currents in the way that at the receiving coil 1.9 no isochronous shares arise and thus the point of optimal extinction is always observed. The control value 4.16 at the control output of the control circuit in 4 takes accordingly 7 a certain electrical value corresponding to the local position of the location of the optimum extinction. A metal approach 7.4 changes the location of the optimal extinction. Thus arises in the receiving coil 1.9 a signal with isochronous components, which is detected by the synchronous rectification and immediately by the continuous readjustment of the transmission currents in 4.9 and 4.10 is readjusted until the isochronous shares in the receiving coil are extinguished. 7 shows the idle state of the control value 4.16 and the change in the area of a metal approach 7.4 , To detect a metal approach can now z. For example, the difference between hibernation 4.16 and changed control value 7.3 be evaluated.

In diesem System der geschlossenen Regelung wird also nicht wie im Stand der Technik die Größe des an der Empfangsspule entstehenden Signals bei Metallannäherung gemessen und in einer entsprechenden Anzeige dem Benutzer sichtbar gemacht, sondern der Regelwert oder besser noch die Veränderung des Regelwertes, der zur örtlichen Verschiebung des Punktes der optimalen Auslöschung bei Metallannäherung eintritt.In This system of closed regulation will therefore not be the same as in Prior art, the size of the receiver coil resulting signal measured at metal approach and in a corresponding display made visible to the user, but the control value or even better the change of the control value, that for the local shift of the point of the optimal Extinction at metal approach occurs.

Die Nachregelung erfolgt im μs-Bereich, so das auch bei schneller Metallüberstreichung das Ausgangssignal der Empfangsspule immer auf einen Zustand ohne taktsynchronen Anteile am Synchrondemodulator gehalten wird. Prinzipiell reicht es dabei auch aus, wenn der Strom in nur einer Sendespule bzw. Sendespulenhälfte geregelt wird, jedoch wird dadurch der Dynamikbereich eingeschränkt.The Readjustment takes place in the μs range, so too faster Metal sweep the output of the receiver coil always to a state without isochronous portions of the synchronous demodulator is held. In principle, it is also sufficient if the electricity regulated in only one transmission coil or transmitting coil half but this limits the dynamic range.

Im Fall einer Fertigungstoleranz, eines Temperatureinflusses oder auch des Bodeneinflusses ändert sich zwar der Regelwert 4.16 (Offset), jedoch bleibt die optimale Auslöschung des Signals 1.11 an der Empfangsspule 1.9 in jedem Falle erhalten.In the case of a manufacturing tolerance, a temperature influence or the influence of the soil, the control value changes 4.16 (Offset), but the optimum extinction of the signal remains 1.11 at the receiver coil 1.9 in each case received.

Funktion der geteilten Sendespulenanordnung:Function of the divided transmitting coil arrangement:

Im Idealfall werden beide Sendespulen 2.1 und 2.2 gleich bestromt, bzw. mit gleicher Spannung versorgt und verhalten sich wie eine Spule. Nehmen wir an, dass der Punkt der optimalen Auslöschung wie in 1 in der Mitte liegt.Ideally, both transmit coils 2.1 and 2.2 immediately energized, or supplied with the same voltage and behave like a coil. Suppose that the point of optimal extinction as in 1 lies in the middle.

Wird „nur” die Sendespule 2.2 im Verhältnis zur Sendespule 2.1 bestromt, verändert sich der Punkt 5.1 der optimalen Auslöschung und wandert gemäß 5 „nach rechts”. Das heißt, die Sendespulenanordnung müsste gegenüber der Empfangsspule nach rechts verschoben werden, um den Punkt der optimalen Auslöschung zu erreichen. Umgekehrt lässt eine ausschließliche Bestromung der Sendespule 2.1 den Punkt 6.1 der optimalen Auslöschung gemäß 6 „nach links” wandern. Die Sendespulenanordnung müsste daher nach links verschoben werden, um den Punkt der optimalen Auslöschung zu erreichen. Da jedoch alle möglichen Stromwertverhältnisse durch die geschlossene Regelung in 4 möglich sind, kann also der Punkt der optimalen Auslöschung bei feststehender Sendespulenanordnung immer mit Sicherheit getroffen werden. Dies ist besonders wichtig, wenn relativ große Fertigungstolleranzen der Spulen in Kauf genommen werden müssen. Eine „Einschaltung” von Hilfswicklungen wie in der DE 10 2004 047 189 A1 oder mechanisch verschiebbarer Massen entfällt.Will "only" the transmission coil 2.2 in relation to the transmitting coil 2.1 energized, the point changes 5.1 the optimal extinction and migrate according to 5 "to the right". That is, the transmit coil assembly would have to be shifted to the right of the receive coil to reach the point of optimal cancellation. Conversely, allows an exclusive energization of the transmitter coil 2.1 the point 6.1 the optimal extinction according to 6 Hike "to the left". The transmit coil assembly would therefore have to be shifted to the left to reach the point of optimal cancellation. However, since all possible current value ratios due to the closed control in 4 are possible, so the point of optimal extinction in fixed transmitting coil arrangement can always be taken with certainty. This is particularly important when relatively large production tolerances of the coils must be accepted. A "turn on" of auxiliary windings as in the DE 10 2004 047 189 A1 or mechanically displaceable masses is eliminated.

Ein weiterer Vorteil liegt in der hohen Dynamik ohne die oft übliche „Begrenzung” der Messwertangaben bei großen Metallteilen, wenn ein bestimmter Abstand unterschritten wird.One Another advantage lies in the high dynamics without the usual "limitation" of Measured values for large metal parts, if a certain Distance is fallen below.

Im Stand der Technik stört in der Regel ein kapazitives Übersprechen von der Sende- in die Empfangsspule. Dies tritt stark in Erscheinung, wenn Sende- und Empfangsspule sehr nah beieinander liegen, so wie es bei Printspulen der Fall ist. Um das Übersprechen zu verringern, wird deshalb eine Abschirmmaßnahme zwischen Sende- und Empfangsspule vorgeschlagen. ( DE 10 2004 047 189 A1 )In the prior art usually disturbs a capacitive crosstalk from the transmitting to the receiving coil. This is very noticeable when the transmitter and receiver coils are very close to each other, as is the case with print coils. In order to reduce the crosstalk, therefore, a shielding measure between transmitting and receiving coil is proposed. ( DE 10 2004 047 189 A1 )

In der beschriebenen Erfindung kann auf diese Abschirmung verzichtet werden, da die kapazitiven Einwirkungen der zwei Sendespulenhälften sich auf Grund der komplementären Spannungen und der gespiegelten Anordnung der Sendespulenhälften in der Empfangsspule nahezu vollständig aufheben. Daher lässt sich ein Metalldetektor sehr einfach mit einer nur zweiseitig bedruckten Platine realisieren.In The described invention can be dispensed with this shield be, because the capacitive effects of the two transmitting coil halves due to the complementary voltages and the mirrored Arrangement of the transmitting coil halves in the receiving coil almost completely cancel. Therefore, a metal detector can be used very easy to realize with only a two-sided printed circuit board.

In der Darstellung gemäß 2 wurde die Sendespule rund dargestellt, jedoch sind selbstverständlich auch andere Formen möglich, z. B. die aus dem Stand der Technik bekannte „double D” Anordnung oder eine unsymmetrische Anordnung der beiden versetzten Sendespulen oberhalb und unterhalb der Empfangsspule. Auch lässt sich diese Anordnung analog zur oben beschriebenen Wirkungsweise auch bei differentieller Messmethoden wie z. B. der Verwendung zweier Empfangsspulen innerhalb der Sendespulen verwenden (Patent DE 36 19 308 C1 ).In the illustration according to 2 the transmitter coil was shown around, but of course other forms are possible, for. B. the known from the prior art "double D" arrangement or an asymmetrical arrangement of the two staggered transmitting coils above and below the receiving coil. Also, this arrangement can be analogous to the above-described mode of action in differential measurement methods such. B. the use of two receiving coils within the transmitting coils use (patent DE 36 19 308 C1 ).

Wesentlich ist, dass die Sendespule, oder wenigstens ein wesentlicher Teil von ihr, geteilt wird und bei gleicher Bestromung der beiden Spulenteile eine Wirkung auf die Empfangsspule oder -spulen ausübt, bei der ein örtlicher Punkt der optimalen Auslöschung 1.3 entsteht, und bei Bestromung nur einer ersten Hälfte oder eines ersten Teils der Sendespule der Punkt der optimalen Auslöschung sich in eine erste Richtung z. B. nach rechts zum Punkt 5.1 verschiebt, während bei Bestromung einer zweiten Hälfte oder eines zweiten Teils der Sendespule der Punkt der optimalen Auslöschung sich in eine der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung z. B. nach links zum Punkt 6.1 verschiebt. Weiterhin ist eine kontinuierliche Regelung der Ströme der beiden Sendespulen vorhanden, die zu einer Verschiebung des örtlichen Punktes der optimalen Auslöschung führt, und somit eine kontinuierliche Auslöschung des Empfangssignals 1.11 bewirkt. Zur Auswertung der Metallanwesenheit wird der Regelwert der differentiellen Stromregelung der beiden Sendespulenhälften herangezogen.It is essential that the transmitting coil, or at least a substantial part of it, is shared and, with the same energization of the two coil parts, exerts an effect on the receiving coil or coils, at which point a local point of optimal extinction 1.3 arises, and when energized only a first half or a first part of the transmitting coil, the point of optimal extinction in a first direction z. B. right to the point 5.1 shifts while energizing a second half or a second part of the transmitting coil, the point of optimal cancellation in a direction opposite to the first direction of the second direction z. B. to the left to the point 6.1 shifts. Furthermore, there is a continuous control of the currents of the two transmitting coils, which leads to a shift of the local point of the optimal cancellation, and thus a continuous cancellation of the received signal 1.11 causes. To evaluate the presence of metal, the control value of the differential current regulation of the two transmitting coil halves is used.

1.11.1
Startpunkt der Verschiebungstarting point the shift
1.21.2
Signal mit Phasenlage 0°signal with phase angle 0 °
1.31.3
Entkopplungspunktdecoupling point
1.41.4
Signal mit Phasenlage 180°signal with phase angle 180 °
1.51.5
Endpunkt der Verschiebungendpoint the shift
1.61.6
Doppelpfeil Verschiebung Empfangsspule zur Sendespuledouble arrow Shift of the receiver coil to the transmitter coil
1.71.7
Amplitude der Empfangsspuleamplitude the receiver coil
1.91.9
Empfangsspulereceiving coil
1.101.10
Sendespule (Stand der Technik)transmitting coil (State of the art)
2.12.1
erste obere Spulenhälftefirst upper bobbin half
2.22.2
zweite untere Spulenhälftesecond lower bobbin half
2.32.3
Anschluss der ersten oberen Spulenhälfteconnection the first upper bobbin half
2.42.4
Anschluss der zweiten unteren Spulenhälfteconnection the second lower coil half
2.52.5
Zusammengefasste Anschlüsse der ersten und zweiten Spulenhälftesummarized Connections of the first and second coil half
2.62.6
Zu 2.7 komplementäre SpannungTo 2.7 complementary tension
2.72.7
Zu 2.6 Komplementäre SpannungTo 2.6 Complementary tension
3.13.1
Horizontale Achse der Empfangsspulehorizontal Axis of the receiver coil
3.23.2
Horizontale Achse der Sendespulenanordnunghorizontal Axis of the transmitting coil arrangement
WW
Winkel der Verkippungangle tilting
AA
Abstand der Empfangs- und Sendespulenanordnungdistance the receiving and transmitting coil assembly
4.54.5
WechselspannungsverstärkerAC amplifier
4.64.6
Synchrondemodulatorsynchronous
4.74.7
Integrierender Komparatorintegrating comparator
4.84.8
Taktgeneratorclock generator
4.94.9
Zweite geregelte StromquelleSecond regulated power source
4.104.10
Erste geregelte StromquelleFirst regulated power source
4.114.11
Invertierstufeinverting
4.124.12
Zweites Taktsignalsecond clock signal
4.134.13
Erstes Taktsignalfirst clock signal
4.154.15
Erstes Eingangssignal des integrierenden Komparatorsfirst Input signal of the integrating comparator
4.164.16
Regelwertcontrol value
4.174.17
Zweites Eingangssignal des integrierenden Komparatorssecond Input signal of the integrating comparator
4.184.18
Für Demodulation benötigtes erstes TaktsignalFor Demodulation required first clock signal
4.194.19
Für Demodulation benötigtes zweites TaktsignalFor Demodulation needed second clock signal
5.15.1
Nach rechts verschobener Punkt der optimalen AuslöschungTo right-shifted point of optimal extinction
6.16.1
Nach links verschobener Punkt der optimalen AuslöschungTo left shifted point of optimal extinction
7.37.3
Regelwert bei Metallannäherungcontrol value at metal approach
7.47.4
Bereich einer MetallannäherungArea a metal approach

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10301951 A9 [0002] - DE 10301951 A9 [0002]
  • - DE 10318350 B3 [0003] - DE 10318350 B3 [0003]
  • - DE 3619308 C1 [0004, 0043] - DE 3619308 C1 [0004, 0043]
  • - DE 4339419 C2 [0005] - DE 4339419 C2 [0005]
  • - DE 102004047189 A1 [0006, 0039, 0041] - DE 102004047189 A1 [0006, 0039, 0041]
  • - EP 706648 B1 [0007, 0027] - EP 706648 B1 [0007, 0027]

Claims (18)

Sensor zur Ortung metallischer Objekte, insbesondere im PI-Modus betriebener Metalldetektor, mit wenigstens einer Sendespule (2.1, 2.2) und wenigstens einer Empfangsspule (1.9), welche induktiv miteinander gekoppelt und zur Wechselwirkungsentkopplung teilweise überlappend angeordnet sind, wobei ein Punkt (1.3) optimaler Auslöschung der Wechselwirkung erreichbar ist, sowie mit einer Sensorelektronik zur Bestromung der Sendespule und zur Auswertung eines Empfangssignals (1.11) der Empfangsspule, dadurch gekennzeichnet, – dass mehrere, von der Sensorelektronik bestromte Sendespulen (2.1, 2.2) vorgesehen sind, – dass die Sendespulen (2.1, 2.2) bei gleicher Bestromung eine Wirkung auf die wenigstens eine Empfangsspule (1.9) ausüben, bei der ein örtlicher Punkt (1.3) der optimalen Auslöschung entsteht, während bei Bestromung einer ersten Sendespule (2.1) der Punkt der optimalen Auslöschung sich in eine erste Richtung verschiebt, während bei Bestromung einer weiteren Sendespule (2.2) der Punkt der optimalen Auslöschung sich in eine der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung verschiebt, und – dass eine Regelschaltung zur Regelung der Ströme der Sendespulenteile vorgesehen ist, die zu einer Verschiebung des örtlichen Punktes der optimalen Auslöschung führt, die eine Auslöschung des Empfangssignals (1.11) bewirkt.Sensor for locating metallic objects, in particular in PI mode operated metal detector, with at least one transmitting coil ( 2.1 . 2.2 ) and at least one receiving coil ( 1.9 ) which are inductively coupled together and partially overlapped for interaction decoupling, one point ( 1.3 ) can be achieved optimal extinction of the interaction, and with a sensor electronics for energizing the transmitter coil and for evaluating a received signal ( 1.11 ) of the receiving coil, characterized in that - several, powered by the sensor electronics transmitting coils ( 2.1 . 2.2 ), - that the transmitting coils ( 2.1 . 2.2 ) at the same current effect on the at least one receiving coil ( 1.9 ), where a local point ( 1.3 ) of the optimal extinction, while during energization of a first transmitting coil ( 2.1 ) the point of optimum extinction shifts in a first direction, while when energizing another transmitting coil ( 2.2 ) the point of optimal cancellation shifts in a direction opposite to the first direction, and - that a control circuit is provided for controlling the currents of the transmitter coil parts, which leads to a displacement of the local point of the optimal cancellation, which causes an extinction of the received signal ( 1.11 ) causes. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespulen durch mehrere Sendespulenteile gebildet sind, die zusammen etwa die Form einer vorzugsweise der Empfangsspule (1.9) entsprechenden Sendespule aufweisen.Sensor according to claim 1, characterized in that the transmitting coils are formed by a plurality of transmitting coil parts, which together form approximately the shape of a preferably the receiving coil ( 1.9 ) have corresponding transmitting coil. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespulen (2.1, 2.2) bzw. die Sendespulenteile durch zwei im Wesentlichen gleich große Sendespulenhälften gebildet sind.Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the transmitting coils ( 2.1 . 2.2 ) or the Sendespulenteile are formed by two substantially equal sized Sendespulenhälften. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespulen (2.1, 2.2) und die Empfangsspule (1.9) co-planar angeordnet sind.Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitting coils ( 2.1 . 2.2 ) and the receiving coil ( 1.9 ) are arranged co-planar. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise zwei Sendespulen (2.1, 2.2) die Empfangsspule (1.9) mit unterschiedlichen Flächenmaßen überdecken.Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that preferably two transmitting coils ( 2.1 . 2.2 ) the receiving coil ( 1.9 ) cover with different surface dimensions. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Achse (3.2), vorzugsweise eine Symmetrieachse der Sendespulenanordnung, welche die Sendespulen (2.1, 2.2) umfasst, gegenüber einer Achse (3.1), vorzugsweise eine Symmetrieachse, der Empfangsspule (1.9) um einen Winkel (W) gekippt ist.Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that an axis ( 3.2 ), preferably an axis of symmetry of the transmitting coil arrangement, which transmits the transmitting coils ( 2.1 . 2.2 ), with respect to an axis ( 3.1 ), preferably an axis of symmetry, of the receiving coil ( 1.9 ) is tilted by an angle (W). Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte einer Anordnung der Sendespulen (2.1, 2.2) und der Empfangsspule (1.9) um einen Abstand (A) voneinander beabstandet sind, der bei gleich großer, aber komplementärer Spannung an den Sendespulen ungefähr den Bereich bestimmt, in dem der örtliche Punkt (1.3) zu liegen kommt.Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the centers of an arrangement of the transmitting coils ( 2.1 . 2.2 ) and the receiving coil ( 1.9 ) are separated by a distance (A) from each other, which at approximately equal but complementary voltage at the transmitting coil approximately determines the area in which the local point ( 1.3 ) comes to rest. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Komparator (4.7) zum Vergleich der den Sendespulen (2.1, 2.2) zugeordneten Spannungssignale zur Ermittlung eines Regelwertes vorgesehen ist, und dass wenigstens eine geregelte Stromquelle (4.9, 4.10) vorgesehen ist, in der der Regelwert zur Regelung der Amplitude des den Sendespulen zugeführten Stroms die Amplitude vorzugsweise kontinuierlich so regelt, dass die Amplituden der Spannungssignale an den Eingängen des Komparators (4.7) im Wesentlichen gleich groß sind.Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that a comparator ( 4.7 ) for comparing the transmitting coils ( 2.1 . 2.2 ) is provided for determining a control value, and that at least one regulated current source ( 4.9 . 4.10 ) is provided, in which the control value for regulating the amplitude of the current supplied to the transmitting coil, the amplitude preferably continuously controls so that the amplitudes of the voltage signals at the inputs of the comparator ( 4.7 ) are substantially the same size. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Regelwertes, der zur örtlichen Verschiebung des Punktes (1.3) der optimalen Auslöschung bei Metallannäherung führt, der Messwert ist.Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the change in the control value, for the local displacement of the point ( 1.3 ) performs the optimal extinction at metal approach, which is measured value. Verfahren zur Ortung metallischer Objekte mit einem Sensor, insbesondere mit einem im PI-Modus betriebenen Metalldetektor, mit wenigstens einer Sendespule (2.1, 2.2) und wenigstens einer Empfangsspule (1.9), welche induktiv miteinander gekoppelt und zur Wechselwirkungsentkopplung teilweise überlappend angeordnet sind, wobei ein Punkt (1.3) optimaler Auslöschung der Wechselwirkung erreichbar ist, wobei mittels einer Sensorelektronik die wenigstens eine Sendespule bestromt wird und ein Empfangssignal (1.11) der Empfangsspule ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, – dass mehrere Sendespulen (2.1, 2.2) von der Sensorelektronik bestromt werden, – dass die Sendespulen bei gleicher Bestromung eine Wirkung auf die wenigstens eine Empfangsspule (1.9) ausüben, bei der ein örtlicher Punkt (1.3) der optimalen Auslöschung entsteht, während bei Bestromung einer Sendespule (2.1) der Punkt der optimalen Auslöschung sich in eine erste Richtung verschiebt, während bei Bestromung einer weiteren Sendespule (2.2) der Punkt der optimalen Auslöschung sich in eine der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung verschiebt, und – dass die Ströme der Sendespulen so geregelt werden, dass sich eine Verschiebung des örtlichen Punktes der optimalen Auslöschung ergibt, die eine Auslöschung des Empfangssignals (1.11) bewirkt.Method for locating metallic objects with a sensor, in particular with a metal detector operated in PI mode, with at least one transmitting coil ( 2.1 . 2.2 ) and at least one receiving coil ( 1.9 ) which are inductively coupled together and partially overlapped for interaction decoupling, one point ( 1.3 ) optimal extinction of the interaction can be achieved, wherein by means of a sensor electronics, the at least one transmitting coil is energized and a received signal ( 1.11 ) of the receiving coil, characterized in that - several transmitting coils ( 2.1 . 2.2 ) are energized by the sensor electronics, - that the transmitting coils with the same current effect on the at least one receiving coil ( 1.9 ), where a local point ( 1.3 ) of the optimal cancellation, while energizing a transmitting coil ( 2.1 ) the point of optimum extinction shifts in a first direction, while when energizing another transmitting coil ( 2.2 ) the point of optimal cancellation shifts in a direction opposite to the first direction, and - that the currents of the transmitting coils are controlled such that there is a displacement of the local point of optimum cancellation, which causes cancellation of the received signal ( 1.11 ) causes. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Sendespulen mehrere Sendespulenteile verwendet werden, die zusammen etwa die Form einer vorzugsweise der Empfangsspule (1.9) entsprechenden Sendespule aufweisen.A method according to claim 10, characterized in that a plurality of transmitting coil parts are used as transmitting coils, which together form approximately the shape of a preferably the receiving coil ( 1.9 ) have corresponding transmitting coil. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Sendespulen oder Sendespulenteile zwei im Wesentlichen gleich große Sendespulenhälften verwendet werden.Method according to claim 10 or 11, characterized that as transmitting coils or transmitting coil parts two substantially equal sized transmitting coil halves are used. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespulenteile und die Empfangsspule co-planar angeordnet werden.Method according to one of claims 10 to 12, characterized in that the transmitting coil parts and the receiving coil be arranged co-planar. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspule von den vorzugsweise zwei Sendespulen (2.1, 2.2) mit unterschiedlichen Flächenmaßen überdeckt wird.Method according to one of claims 10 to 13, characterized in that the receiving coil of the preferably two transmitting coils ( 2.1 . 2.2 ) is covered with different surface dimensions. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Achse (3.2), vorzugsweise eine Symmetrieachse, der Sendespulenanordnung, welche die Sendespulen (2.1, 2.2) umfasst, gegenüber einer Achse (3.1), vorzugsweise eine Symmetrieachse, der Empfangsspule (1.9) um einen Winkel (W) gekippt angeordnet wird.Method according to one of claims 10 to 14, characterized in that an axis ( 3.2 ), preferably an axis of symmetry, of the transmitting coil arrangement, which transmits the transmitting coils ( 2.1 . 2.2 ), with respect to an axis ( 3.1 ), preferably an axis of symmetry, of the receiving coil ( 1.9 ) is tilted by an angle (W). Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die den Teilen der Sendespule (2.1, 2.2) zugeordneten Spannungssignale zur Ermittlung eines Regelwertes vorzugsweise kontinuierlich verglichen werden, und dass der Regelwert mittels wenigstens einer geregelte Stromquelle (4.9, 4.10) die Amplitude des den Teilen der Sendespule zugeführten Stroms so regelt, dass die Amplituden der Spannungssignale an den Eingängen des Komparators (4.7) im Wesentlichen gleich groß sind.Method according to one of claims 10 to 15, characterized in that the parts of the transmitting coil ( 2.1 . 2.2 ) associated voltage signals for determining a control value are preferably continuously compared, and that the control value by means of at least one regulated current source ( 4.9 . 4.10 ) controls the amplitude of the current supplied to the parts of the transmitting coil such that the amplitudes of the voltage signals at the inputs of the comparator ( 4.7 ) are substantially the same size. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Regelwertes, der zur örtlichen Verschiebung des Punktes (1.3) der optimalen Auslöschung bei Metallannäherung führt, als Messwert z. B. für eine Metallannäherung verwendet wird.Method according to one of Claims 10 to 16, characterized in that the change in the control value which is responsible for the local displacement of the point ( 1.3 ) leads the optimal extinction at metal approach, as measured value z. B. is used for a metal approach. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespulen (2.1, 2.2) im Takt eines Taktgenerators (4.8) angesteuert werden und dass die Empfangssignale der Empfangsspule (1.9) im Takt abgetastet werden, wobei die Abtastzeitpunkte frei wählbar sind, in kleinen Schritte vorzugsweise von einigen zig Nanosekunden ausgeregelt werden und an beliebigen vorgegebenen oder vorgebbaren Stellen des Taktabschnitts liegen, um bestimmte Informationen aus dem Empfangssignal zu gewinnen.Method according to one of claims 10 to 17, characterized in that the transmitting coils ( 2.1 . 2.2 ) in time with a clock generator ( 4.8 ) and that the received signals of the receiving coil ( 1.9 ) are sampled in the clock, wherein the sampling times are freely selectable, are preferably adjusted in small steps of a few tens of nanoseconds and at any predetermined or predetermined positions of the clock section are to win certain information from the received signal.
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