(57)【要約】【課題】  取得すべき物体の特定や特別の特徴、例えば、該物体の材料特性、材料組成、サイズ等を、前記物体との距離に関係なく検出できる装置及び方法の提供。【解決手段】  導電物体を検出する装置が提供され、該装置は逆の極性を備えた磁界を同時に生成可能な第１及び第２のコイルと、前記の対向する磁界の領域内に配置された第３のコイルと、電子制御手段であって、前記第１及び第２のコイルに電流パルスを供給中または供給後に前記第３のコイルの誘電電圧を取得する、または、前記第３のコイルに電流パルスを供給中に前記第１及び第２のコイルの誘電電圧を取得する電子制御手段とを備え、前記磁界の一つの磁界の領域に導電物体が存在する時に、該導電物体が前記取得した誘電電圧中に検出可能な信号を生成し、前記電流パルスが矩形パルス等の形状をした階段状立上りまたは階段状立下りを備えることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電物体を検出する装置（１）であって、
逆の極性を備えた磁界（２０、２１）を同時に生成可能な第１及び第２のコイル（１０、１１）と、
前記の対向する磁界の領域内に配置された第３のコイル（１２）と、
電子制御手段（２５）であって、前記第１及び第２のコイル（１０、１１）に電流パルスを供給中または供給後に前記第３のコイル（１２）の誘電電圧を取得する、または、前記第３のコイル（１２）に電流パルスを供給中に前記第１及び第２のコイル（１０、１１）の誘電電圧を取得する電子制御手段（２５）とを備え、
前記磁界の一つの磁界の領域に導電物体（３０）が存在する時に、導電物体(３０)が、前記取得した誘電電圧中に検出可能な信号を生成し、
前記電流パルスが矩形パルスの形状をした階段状立上りまたは階段状立下りを備えることを特徴とする装置（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記第１及び第２のコイルが反対方向または同一方向に巻回されることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置であって、前記電流パルスが０．１ナノ秒から１ミリ秒の間であって凡そ１マイクロ秒から５０マイクロ秒の間の継続期間を備えた矩形パルスの形状を有してことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１乃至４の何れかに記載の装置であって、前記第１及び第２のコイルにより第３のコイル中に生成された誘電効果は、少なくとも部分的に、好適には、少なくとも９０パーセント或いは９９パーセントだけ相殺され、これにより、前記検出すべき導電物体（３０）が存在しない場合には、好適には、前記誘電電圧が本質的には零になり、または、
前記第３のコイル（１２）より前記第１及び第２のコイル（１０、１１）中に発生された誘電電圧が取得されて、前記２つの誘電電圧が互いに少なくとも部分的に、好適には、最大９０パーセントまたは９９パーセントまで相殺され、これにより、前記検出すべき導電物体（３０）が存在しない場合には、好適には、前記２つの誘電電圧が本質的には零に成ることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の装置であって、前記電子制御手段（２５）が前記生成された誘導電圧の方向が様々な時間で取得されるように形成されることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、前記電子制御手段（２５）は、前記発生した誘電電圧の最大値（Ｍ）及びまたは最小値及びまたは零クロスオバー（Ｎ）及びまたは逆転点の時点を決定するように形成され、好適には、時間的間隔（Δｔ）が、最大値または最小値と零クロスオーバーの間または電流パルスの開始と最大値または最小値または零クロスオーバーとの間で決定されることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載の装置であって、前記第１または第２のコイル（１０，１１）の領域で、該装置の構成部品として金属導電物体（３５）が設けられ、該金属導電物体で、例えば、前記発生した誘電電圧または基準物体（３５）の仕様の平衡を行なうことが可能となり、または、干渉輪郭の影響を低減または零平衡することが可能であることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかに記載の装置であって、１つまたは幾つかのコイルが更に設けられ、該コイルにより前記発生誘電電圧が影響されることを特徴する装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかに記載の装置であって、該装置は金属ハウジング部または完全金属ハウジング（２９）を備え、該完全金属ハウジング（２９）は第１、第２及び第３のコイルを少なくとも囲繞し且つ前記電子制御手段（２５）の一部または前記電子制御手段（２５）全体を囲繞する可能性を有し、前記金属ハウジング部または完全金属ハウジングが非鉄金属またはステンレス鋼から成りまたは前記金属から製造されることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９に記載の装置であって、前記装置が近接スイッチとして、または、様々な金属を検出する装置として、硬貨検出装置として、磨耗または摩滅レベルを取得する装置として形成されることを特徴とする装置。
【請求項１１】
導電物体（３０）を検出する方法であって、
第１及び第２のコイル（１０、１１）に電流パルスを付与して、前記コイルが逆の極性を備えた磁界（２０、２１）を生成するとともに、第３のコイル（１２）に発生した誘電電圧を取得する段階と、または
第３のコイル（１２）に電力パルスを付与するとともに、それにより第１及び第２のコイル（１０、１１）に発生した誘電電圧を取得する段階と、
前記取得した誘電電圧を、前記導電物体（３０）を検出する電流パルスの付与する時間範囲において評価する段階とを備え、
前記電流パルスが例えば矩形パルスの形状をした階段状立上り及びまたは階段状立下りを備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電物体の検出装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＥ４１０２５４２Ａ１に開示された誘電近接スイッチが公知である。この誘電近接スイッチはオシレータを含んでおり、該オシレータは交番磁界を発生させ、移動部材が前記交番磁界を通過する時に自身の発振状態を変化させるものであり、負荷スイッチ起動用スイッチ信号を得るための評価回路に使用される。測定可能な振動状態の変化は、移動部材の典型的な材料特性及び該移動部材と前記スイッチとの距離や該スイッチに対する位置に依存する。これらのスイッチは従って様々な材料に対して比較的不特定的に反応するとともに本質的には移動部材と前記誘電近接スイッチ間の距離で反応する。
【０００３】
ＤＥ３９３４５９３Ｃ２に開示された誘電近接スイッチが公知であり、この誘電近接スイッチにおいては、矩形波信号を一次コイルに送り、誘導の法則に従って、矩形波信号の周波数を備えた矩形信号を二次コイルの出力に発生させるようにする。この変形例は従属信号を供給するセンサの設計に使用される。これは矩形波信号に従った連続上昇及び降下により達成される。
【０００４】
更に、ＥＰ０９３６７４１Ａ１に開示された誘導近接スイッチが公知であり。この誘導近接スイッチは単一のコイルを使用する。このコイルは伝送された電流パルスによって取得すべき誘電電圧を物体内で発生させて、これにより該物体内に電流を生じさせる。該電流が減衰することで前記電流パルスの終了後に前記コイル中に誘電電圧が発生し、該誘電電圧が適切に処理される。伝送電流パルスの範囲は１００マイクロ秒乃至２００マイクロ秒である。この方法を使用すると、減衰渦電流を取得するのと同一のコイルを使用して渦電流を発生させる。このセンサ用の金属ハウジングは強磁性であってはならないし、比較的高い比電気抵抗を示すものでなくてはならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＤＥ４１０２５４２Ａ１
【特許文献２】ＤＥ３９３４５９３Ｃ２
【特許文献３】ＥＰ０９３６７４１Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は取得すべき物体の特定や特別の特徴、例えば、該物体の材料特性、材料組成、サイズ等を、好適には（本質的には）前記物体との距離に関係なく検出できる装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は請求項１の装置及び請求項１２の方法により解決される。好適な実施例はそれらの従属項に開示される。
【０００８】
斯かる装置は３つのコイルを有する。該３つのコイルの内、２つのコイルを使用して磁界を生成し、残りの１つのコイルで電圧を検出する。或いは、逆に、１つのコイルで磁界を生成して、残りの２つのコイルで誘導電圧を検出する。更に、前記装置は、電子制御手段を有し、該電子制御手段は、磁界を生成するコイルに電流パルスを供給する間に（特に）及びまたは供給した後で誘電電圧を取得する。磁界の範囲内に伝導物体がある場合には、該物体が取得した誘電電圧中に検出可能な信号を生成する。検出した物体の材料特性及びサイズによって、取得した誘導電圧は、特定の特性を示すことができる。これらから、物体の材料、物体の材料組成及びまたは物体のサイズに関する結論を導き出せる。
【０００９】
第１及び第２のコイルは反対方向または同一方向へ巻回される。前記２つのコイルは相互に間隔をあけて配置することができる。これらのコイルを適切に接続することで反対の極性をもった磁界を生成することができる。第１及び第２のコイルを直列に接続することができる。しかしながら、２つのコイルは各々１つの電流源から（互いに独立して）電流を供給されるようにすることができる。
【００１０】
前記コイル装置（第１、第２及び第３コイルを備える）の両側で導電物体が反対の極性を備えた信号状態を生成して、両側の同一の効果が相殺される。
【００１１】
電流パルスは階段状の立上り及びまたは階段状の立下りを有するのが好適であり、例えば矩形パルスを備えている。好適な実施例では、電流パルスは矩形パルスの形状を有し、０．１ナノ秒から１ミリ秒の間の継続期間を有しており、斯かる継続期間は例えば凡そ１マイクロ秒から５０マイクロ秒の間が好適である。電流パルスが短くなればなるほど、または、立上りまたは立下りが短くなればなるほど、渦電流の励起スペクトルの周波数は高くなる。周波数の異なる部分を介して、周波数特定された物体の材料特性やサイズスケールの違いを特に差別化できる。従って、導電物体の組成に関するする結論を導き出せる。（階段状立上りの）最大電流値の例えば９０パーセントが達成できる立上り時間及びまたは階段状降下の初期値から１０パーセントまで電流が降下する減衰時間を０．２または０．１マイクロ秒より短くすることができる。
【００１２】
第１及び第２コイルが発生させる第３コイル中の誘電効果または第３コイルが発生させる第１及び第２コイル中の誘電効果は少なくとも部分的に互いに相殺される。この部分的な相殺は少なくとも９０パーセント或いは９９パーセントであるのが好適である。相殺効果は、検出すべき導電物体が存在しない場合には、取得した誘電電圧を本質的には零にする。これにより検出装置の感度が高められる。これは、１つの導電物体が存在すると、零ではない誘電電圧または基準電圧と異なる誘導電圧を発生させるからである。
【００１３】
第１及び第２コイル中に発生された誘電電圧が取得される場合、好適にはこれらの２つのコイルを接続して誘電電圧同士が互いに相殺し合うようにするのが好適であり、少なくとも部分的に、好適には少なくとも９０パーセントまたは９９パーセントだけ相殺し合うのが好適である。これによって、斯かる相殺は、検出すべき導電物体が存在しない場合には、本質的には２つの誘電電圧の合計が零となるようにするのが好適である。
【００１４】
発生した誘導電圧の方向は様々な時間で取得されるのが好適であり（時間依存取得）、電流パルスの最中及びまたはその後である。従って、各電流パルスに対して、例えば、５前後、１０前後または１００前後の測定値を取得することが可能である。
【００１５】
特に好適な実施例においては、取得した誘導電圧の１、２、３またはそれ以上の最大値及びまたは最小値及びまたは逆転点及びまたは零クロスオーバー（特徴ポイント）の誘導電圧は、取得する時間的経過によって影響される。導電物体の検出の評価基準として、例えば、最大値及びまたは最小値及びまたは逆転点及びまたは零クロスオーバー間の時間間隔を決定できる。これらの信号は、装置と検出すべき導電物体との間の距離とは本質的に無関係であるとの効果を有する。
【００１６】
信号レベルは距離で異なるが、例えば、最大値／最小値と零クロスオーバー間の時間は(本質的には)距離とは無関係である。また、電流パルスに対して幾つかの特徴点、例えば、１つの最大値及び１つの最小値または幾つかの最大値または幾つかの最小値または幾つかの零クロスオーバーを決定することができ。ここでは、幾つか（本実施例では少なくとも３つ）のこの種の特徴点間の時間間隔及びまたは前記電流パルスの開始と前記幾つかの特徴点間の時間を決定することができる。
【００１７】
また、電流パルスの開始から最大値／最小値または零クロスオーバーまたは逆転点までの経過期間を使用して検出した導電物体の特徴を決定することができる。
【００１８】
また、小さな物体と大きな物体間の識別は、この種の基準に基づいて可能となる。例えば、溶接飛沫で発生した金属粒子を、例えば、金属板のような大きな導電物体と区別して、センサの不調またはセンサ上の粒子堆積を検出することができる。
【００１９】
この種の一時的に決定した特徴に加えてまたは代わって、その他の特徴、例えば、最大値／最小値または逆転点の絶対値を使用することができる。
【００２０】
第１または第２のコイル領域に１、２または３以上の金属導電物体を検出装置の構成部品として設けることができる。この金属導電物体またはこれらの複数の金属導電物体で、発生した誘導電圧及びまたは基準物体の仕様のバランス即ち平衡を取ることができる。発生した誘導電圧の平衡を行なうには、例えば、ねじまたはピンを設けることができる。このねじまたはピンは、ほぼ磁界の範囲に亘って突出するように設けて、例えば、発生誘導電圧を零平衡させるのに使用することができる。零平衡をするためには、斯かるねじまたはピンを所望の信号(例えば、零平衡した信号)が生成されるまで調節することができる。発生誘導電圧を平衡させるまたは零平衡させるには導電物体が存在しないのが好適である。誘電干渉輪郭（例えばセンサ内またはセンサ上に組み付けた金属製機械部品によるもの）が存在する場合には、零平衡することで斯かる金属干渉輪郭の影響を低減または排除できる。このように、同一タイプの構造を備えたセンサを異なる用途目的（装着部品）に製造することができる。しかしながら、斯かるセンサは用途または干渉輪郭に従って零平衡にすることができる。
【００２１】
また、この種の物体で基準物体を生成して、同一または非常に似通った検出すべき導電物体が存在する場合に零信号を生じさせることもある。これは、例えば、ある硬貨を検出する場合に特に効果的である。電流パルスをかけて零信号または所定の信号が生成されるのは、検出すべき導電物体が特定の基準物体に多かれ少なかれ同一の時だけであり、検出すべき導電物体が基準物体と異なる場合には、零と異なる信号または所定の信号からずれた信号が生成され、該信号が適切に評価されて、検出すべき導電物体特に硬貨の識別を行なう。これに関して、生成した誘電電圧は、様々な時間または電流パルスの付与または切断後の一定の時間のみで取得可能となる。
【００２２】
基準物体が検出装置の構成部品として設けられる場合には、ねじまたはピンまたは平衡を行なうに適した物体で平衡または零平衡を行なうことができるが、この場合、検出すべき導電物体が存在し、該導電物体が基準物体と同一であり且つ以後に検出すべき物体のテスト位置に配置されていることが条件となる。
【００２３】
硬貨に代わりに、その他の導電物体もまた基準物体と比較することができる。これらの導電物体は、例えば、磨耗または摩滅するような物体であって、磨耗または摩滅度合いを取得する必要のある物体である。このことを実現するには、未磨耗または未摩滅物体を検査すべき物体と比較できる。例えば、電極キャップが挙げられる。電極キャップは、溶接機器の電極に嵌められて、時々清掃されるものであって、斯かる清掃が、例えば、切削によりなされるため、電極キヤップは、消耗されるものである。斯かる電極キャップを測定して摩滅の度合いを決定することができる。
【００２４】
発生した誘導電圧に影響を与えるためには、１つまたは幾つかのコイルを設けて、該コイルを使用して例えば零平衡を行なうことができる。斯かるコイルを前記第１のコイル及びまたは第２のコイルと直列または並列に接続することができるし、または、別個に例えば電流源に接続することができるし、または、抵抗または回路を介してショートさせることができる。
【００２５】
第３のコイルもまた２つの部品として形成することができる。この場合、第３のコイルは２つのコイル部品を備え、例えば、一方のコイル部品を前記第１のコイルに割り当て、他方のコイル部品を第２のコイルへ割り当てる。ここでは、前記２つのコイル部品を一緒に一つの巻型に巻きつけることが可能であるし、または、各コイル部品を個々の巻型へ巻きつけることが可能である。例えば、前記２つのコイル部品は直列に接続する。そして、第３のコイルはまた単一の部品として形成することもできる。即ち、一つの巻型へ巻きつけて単一の部品とする。
【００２６】
検出装置は金属ハウジング部または完全な金属ハウジングを備えることが好適である。これにより、前記センサを例えば酸やアルカリを含んだ蒸気等の攻撃的雰囲気を備えた環境中で使用することが可能となる。
【００２７】
金属ハウジング部または完全金属ハウジングはステンレス鋼または非鉄金属から生成することができる。ステンレス鋼または非鉄金属を介しても検出は可能であり、例えば高抵抗金属に限定することはない。センサの前面、即ち、検出すべき物体に臨む表面またはその検出位置をステンレス鋼または非鉄金属から生成することができる。この種の金属を介しても導電物体の検出は可能である。用途によってではあるが、一方または他方の金属をハウジング（部）として好適に使用しても良く、使用する金属の選定は検出様式及びセンサの雰囲気状態（周囲ガスまたは液体、温度、圧力等）に応じて行なうことができる。
【００２８】
検出装置は特に近接スイッチとしてまたは様々な金属の検出、コイン検出または物体上の磨耗または摩滅のレベルを検出できるように形成できる。近接スイッチとして形成する場合には、検出装置を表面下に装着することができる。これは変化点距離とは無関係に信号を検出することができるからである。検出装置を表面下に装着することで検出装置が損傷するのを容易に防ぐことができる。
【００２９】
従って、本発明によれば、例えば、機械のような装置であって、導電物体検出装置を備え、該装置が表面下に装着される機械を提供することが可能となる。
【００３０】
導電物体を検出する方法においては、電流パルスが第１及び第２のコイルに付与され、これにより該コイルが、極性が逆になった磁界を生成し、該磁界により第３のコイルに発生させた誘導電圧が取得される。
【００３１】
上記の代わりに、電流パルスを第３のコイルに付与し、第１及び第２のコイルの誘導電圧を取得することも可能である。斯かる誘導電圧は導電物体検出のための電流パルスの付与中及びまたは付与後一定の時間範囲内で取得するのが好適である。前記電流パルスは例えば矩形パルスの形状をした階段状立上りまたは階段状立下りを備える。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、取得すべき物体の特定や特別の特徴、例えば、該物体の材料特性、材料組成、サイズ等を装置自体と前記物体との距離に関係なく検出できる装置及び方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
本発明の特定の実施例を添付図面に基づいて説明する。斯かる添付図面は以下の通りである。
【図１】図１a及び１bは、第１、第２及び第３のコイルの異なる接続方法を示す図である。
【図２】図２は、生成された磁界を示す図である。
【図３】図３は、本発明の検出装置の概略図である。
【図４】図４a、４b及び４cは、電流及び電圧軌跡を示す図である。
【図５】図５は、導電物体が存在する場合の磁界の概略図である。
【図６】図６は、検出装置の好適な変形例の概略図である。
【図７】図７a及び７bは、検出装置の代替構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１aは導電物体を検出する装置１の概略を示す。第１のコイル１０及び第２のコイル１１が図示されており、斯かるコイルは結線１７を介して直列に一体に接続される。これら２つのコイルは逆方向に巻回されて、端子１３から端子１４へ流れる電流が右方向へ配向された磁界及び左方向へ配向された磁界を生成する。
【００３５】
前記２つのコイル１０及び１１の境界領域には別のコイル１２が配置され、該コイル１２により発生した誘導電圧を取得することが可能となる。この電圧は端子１５及び１６の間で取り出すことが可能である。
【００３６】
前記コイル１２はここではコイル１０及び１１が生成する磁界が透過する領域に配置される。
【００３７】
図１ｂには変形例が示されており、該変形例においてはコイル１０及び１１は同一方向へ巻回されるが、結線１８が異なるため電流は前記２つのコイル中を異なる（反対)方向へ流れ、この変形例においても、電流が端子１３から端子１４へ流れる時に極性が逆となる磁界が生成される。前記コイルは互いに独立して電源に接続することが可能である。それから、ここでは、前記コイルは、直列に接続されていない。
【００３８】
図１a及び図１ｂにおける巻線数は概略的に示しているにすぎない。コイル１０及び１１の巻回数は同一または５パーセントまたは１パーセントを超えて異ならないのが好適である。しかしながら、変形例によっては巻回数が最大５０パーセントまたは８０パーセントまで異なるものがあり得る。発生する信号への影響は、適切な電子的補正または適切な零平衡により補正することが可能である。
【００３９】
電流を端子１３及び１４へ付与する代わりに、磁界を生成する電流をコイル１２の端子１５及び１６へ付与することが可能である。この場合、誘導電圧を端子１３及び１４間で取り出すことができる。コイル１２の磁界が制限なく且つ対称的に伝播する場合には、図１aにおいては巻線が反対方向へ巻回されているため、または、図１ｂにおいては回路が逆に接続されているために端子１３及び１４に生じる誘導電圧は零である。
【００４０】
コイル１０及び１１に発生した誘導電圧はまた互いに独立して取得することが可能である。ここでは、結線１７または１８を省略するとともに前記２つのコイルからの誘導電圧をコイル毎に分岐する。前記２つのコイルの各端子を差動回路へ接続することが可能であり、該差動回路は前記誘導電圧の差を出力信号として示すかまたは例えば差動増幅器の形態を取って増幅する。
【００４１】
図２は検出装置１の断面図である。コイル１２は２つのコイル１０及び１１の間に配置される。図２に電流が前記コイルを貫流する時にコイル１０が生成する磁界２０及びコイル１１が生成する磁界２１が図示されている。
【００４２】
図２から分かるように、前記２つのコイルの磁界は互いに逆になっており、コイル１２に更に影響を与えずに前記磁界を生成した場合には合計が零となる誘電電圧を得ることになる。
【００４３】
別の検出装置の構造を図３に概略的に示す。コイル１０、１１及びコイル１２とは別に電子制御手段２５が図示されており、該電子制御手段２５は対応する端子２８を備えた前記コイルに電流を供給するかまたは対応する誘電電圧を取り出すことが可能である。
【００４４】
電子制御手段２５は外部端子２６、２７へ接続することが可能である。これらの端子を使用して、例えば、装置１または電子制御手段２５へ電力を供給したり、または、測定信号を出力することが可能である。
【００４５】
コイル１０、１１及びコイル１２は例えばフェライト芯等の非磁性または軽磁性材料から成る巻型に巻回することが可能である。
【００４６】
図４a、４b並に４cに電流及び電圧の軌跡の例を図示する。図４aでは、矩形電流パルスが示されており、該矩形電流パルスにおいては特定の強さの電流が時間Ｔ１の間に流れる。この電流は例えば図１a及び図１ｂのコイル装置の端子１３及び１４間または図１a及び図１ｂのコイル装置の端子１５及び１６の間を流れる。
【００４７】
検出すべき導電物体が存在しない場合には、測定可能な誘電電圧は図４ｂに図示するように生じる。即ち、電流パルスに影響されない一定の零信号が生じる。
【００４８】
導電物体が存在する場合には、図４ｃに例として例示するように誘電電圧が生じる。時間Ｔ１において電流パルスが生じる間に、測定した誘電電圧Ｕが時間的な特性プロフィールを示す。このプロフィールは、最大値Ｍ及び零クロスオーバーＮまたは更なる特徴点、例えば、逆転点または同様な特徴を決定することで評価することが可能である。例えば、このプロフィールを特徴づけるために時間Δｔを決定することができ、これにより最大値Ｍ及び零クロスオーバーＮ間の時間間隔、即ち、Δｔ＝ｔＮ−ｔＭが与えられる。また、電流パルスの開始から逆転点までの時間を使用してプロフィールを特徴づけることが可能となる。
【００４９】
誘電電圧はまた最大値に代えて最小値を示すことが可能である。これにより、例えば、Δｔは最小値と零クロスオーバーとの間の時間間隔として示される。
Δｔの決定とは別に、図４ｃに図示する如く、電流パルスの付与から最大値Ｍに到達するまでの時間またはその他の特徴時間も決定することが可能である。
【００５０】
電圧Ｕの最大値点における絶対値を誘電電圧の評価に考慮することが可能である。
【００５１】
電流パルスの開始後の特定の時間または前記の幾つかの時間において誘電電圧を測定することが可能であり、斯かる誘電電圧の絶対値からまたは様々な時間において生成された符号から誘電物体３０の特徴に関する結論を引き出すことが可能である。
【００５２】
図５では、コイル１１の磁界３１が、検出すべき導電体３０の存在により影響を受けるようにすることが可能であることが示されている。図５に図示する如く、矢印３２は矢印３１よりも大きい。矢印３２はコイル１０が生成した磁界を表す。コイル１０及び１１により磁界３２及び３１が異なった影響を受けることから対称性が壊れて、コイル１２に誘電電圧が発生されることとなる。コイル１２に発生した誘電電圧は、典型的な特徴（特に特徴的な時間的形跡）を示し、該特徴により物体３０の状態に関する情報が提供される。
【００５３】
既に前述したように、コイル１０及び１１が磁界を生成する代わりに、磁界はコイル１２でも生成することが可能であり、この場合、物体３０の存在があるので該磁界は非対称となり、コイル１１では、コイル１０の誘電電圧と異なる誘電電圧が発生する。（図１a、１bで示す）適切な接続をすれば、この異なる誘電電圧で前記２つの誘電電圧が完全に補償されたりまたは相殺されたりすることにはならず、寧ろ零ではない誘電電圧となる。
【００５４】
図６には導電物体を検出する装置１が図示されている。該装置においては基準物体３５が、コイル装置の左側に設けられている。同一の導電物体３６またはほとんど同タイプの導電物体３６をコイル装置の右側に配置した場合には、電流パルスをコイル１０及び１１に付与すると、コイル１２が零に等しい誘電電圧を発生する。しかしながら、異なるタイプの導電物体、例えば、破線３７で例示する導電物体をコイル装置に対して設置した場合には、零ではない誘電電圧が発生する。これは検出すべき導電物体が、導電物体３５と同一または類似していないことを示すものである。
【００５５】
基準の導電物体３５の仕様を介して、試験すべき導電物体３６を、基準物体に対して、複数の特徴に関して比較することが可能である。材料組成、サイズ等のずれがあれば、得られる誘電電圧が零と異なる誘電電圧となる。前記物体３５及び３６において違いがあれば、誘電電圧における一時的な特徴軌跡が起こり得る。誘電電圧は、また、最大値及びまたは最小値及びまたは零クロスオーバーまたは逆転点を示すことが可能であり、斯かる最大値及びまたは最小値及びまたは零クロスオーバーまたは逆転点を検出評価して、前記２つの物体間の違いを定量化することが可能である。ここでは、最大値及びまたは最小値及びまたは零クロスオーバー及びまたは逆転点及びまたは前記ポイントでの電圧値間の時間間隔を評価することが可能である。また、最大値／最小値／零クロスオーバー／逆転点が起きる時間を、電流パルス付与から評価することが可能である。
【００５６】
前記２つの物体３５及び３６が同一でコイル装置に対して対称に配置されている場合には、また、コイルが同一で対称に配置されている場合には、同一振幅の電流パルスを双方のコイルに付与すると、一時的に一定の零信号が得られる。これからずれる場合には、前記２つの物体が異なることを示す。零信号を生成する代わりに、前記コイル装置または前記コイルへの電流供給は、物体３５、３６が同一である場合には、生成される誘導電圧の一時的な軌跡が零（基準）とは異なるものとなる。しかしながら、取得する誘電電圧のこの種の基準からのずれが更にある場合には、物体が異なることを示すものとなる。
【００５７】
２つの物体３５、３６を比較することにより、偽硬貨のチェック、または磨耗または摩滅した物体上の磨耗または摩滅の度合いの決定が可能となる。従って、例えば、溶接電極キャップの摩滅度合いも試験することが可能である。
【００５８】
前述したように、測定プロセスは、電流をコイル１２へ付与するとともにコイル１０及び１１に生じる誘電電圧が決定されるものとなる。
【００５９】
図７a及び図７ｂは導電物体を検出する装置の代替構造を示している。斯かる検出装置の構造では、コイル１１をコイル１０の内側へ配置するとともに、コイル１２をコイル１０と１１との間に配置する。複数のコイルが半径方向に互いの後ろ側に配置するようにされる。この点に関しては、第２及び第３のコイルは、第１のコイルに囲繞された空間を持った領域内に完全にまたは部分的に設けることが可能である。図７aは、図７ｂの平面図に図示したコイル装置の断面図を示す。
【００６０】
この構成においても、上述の識別方法により導電物体の検出が可能となる。
全ての図面において、コイル１０、１１及びコイル１２は、丸形または角形の形状にされて、配線が、例えば、円形または矩形または方形となるようにすることが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１０  第１のコイル、１１  第２のコイル；  １２  第３のコイル；  １３、１４、１５、１６  端子；  ２０、２１  磁界；  ２５  電子制御手段；  ２８  端子；  ２９  ハウジング；３０  導電物体。
【図１】
2011085588.tif 000003
【図２】
2011085588.tif 000004
【図３】
2011085588.tif 000005
【図４】
2011085588.tif 000006
【図５】
2011085588.tif 000007
【図６】
2011085588.tif 000008
【図７】
2011085588.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月3日(2010.12.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電物体を検出する装置であって、
逆の極性を備えた磁界を同時に生成可能な第１及び第２のコイルと、
前記の対向する磁界の領域内に配置された第３のコイルと、
電子手段であって、前記第１及び第２のコイルに電流パルスを供給中または供給後に、前記第３のコイルの誘電電圧を取得する、または、前記第３のコイルに電流パルスを供給中に前記第１及び第２のコイルの誘電電圧を取得する電子手段と、を備え、
前記磁界の一つの磁界の領域に導電物体が存在する時に、該導電物体が前記取得した誘電電圧中に検出可能な信号を生成し、
前記電流パルスが矩形パルス等の形状をした階段状立上りまたは階段状立下りを備えることを特徴と導電物体を検出する装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記第１及び第２のコイルが反対方向または同一方向に巻回されることを特徴とする導電物体を検出する装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置であって、前記電流パルスが０．１ナノ秒から１ミリ秒の間の継続期間を備えた矩形パルスの形状を有していることを特徴とする導電物体を検出する装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置であって、前記継続期間が、１マイクロ秒から５０マイクロ秒の間である前記電流パルスが矩形パルスの形状を有していることを特徴とする導電物体を検出する装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の装置であって、前記第１及び第２のコイルにより第３のコイル中に生成された誘電効果が、少なくとも部分的に相殺され、これにより、前記検出すべき導電物体が存在しない場合は、前記誘電電圧が本質的には零になることを特徴とする導電物体を検出する装置。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れかに記載の装置であって、前記第３のコイルより前記第１及び第２のコイル中に発生された誘電電圧が取得されて前記２つの誘電電圧が互いに少なくとも部分的に相殺され、これにより、前記検出すべき導電物体が存在しない場合は前記２つの誘電電圧が本質的には零に成ることを特徴とする導電物体を検出する装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載の装置であって、前記電子手段が前記生成された誘導電圧の方向が様々な時間で取得されるように形成されることを特徴とする導電物体を検出する装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、前記電子手段は、前記発生した誘電電圧の最大値（Ｍ）及びまたは最小値及びまたは零個クロスオーバー（Ｎ）及びまたは逆転点の時点を決定するように形成され、時間的間隔（Δｔ）が、最大値または最小値と零クロスオーバーの間または電流パルスの開始と最大値または最小値または零クロスオーバーとの間で決定されることを特徴とする導電物体を検出する装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかに記載の装置であって、前記第１または第２のコイルの領域で該装置の構成部品として金属導電物体が設けられ、該金属導電物体で、前記発生した誘電電圧または基準物体の仕様の平衡を行なうことが可能となり、または干渉輪郭の影響を低減または零平衡することが可能であることを特徴とする導電物体を検出する装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかに記載の装置であって、１つまたは幾つかのコイルが更に設けられ、該コイルにより前記発生誘電電圧が影響されることを特徴する装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れかに記載の装置であって、該装置は金属ハウジング部を備え、該金属ハウジング部は第１、第２及び第３のコイルを少なくとも囲繞し且つ前記電子手段の一部または前記電子手段全体を囲繞する可能性を有し、前記金属ハウジング部が非鉄金属またはステンレス鋼を備えまたは前記金属から製造されることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１に記載の装置であって、前記装置が、近接スイッチとして、または、様々な金属を検出する装置として、硬貨検出装置として、磨耗または摩滅レベルを取得する装置として、形成されることを特徴とする装置。
【請求項１３】
導電物体を検出する方法であって、
第１及び第２のコイルに電流パルスを付与して前記コイルが逆の極性を備えた磁界を生成するとともに第３のコイルに発生した誘電電圧を取得する段階と、または
第３のコイルに電力パルスを付与するととも、にそれにより第１及び第２のコイルに発生した誘電電圧を取得する段階と、
前記取得した誘電電圧を、前記導電物体を検出する電流パルスの付与する時間範囲において評価する段階とを備え、
前記電流パルスが例えば矩形パルス等の形状をした階段状立上り及びまたは階段状立下りを備えることを特徴とする方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の目的は請求項１の装置及び請求項１３の方法により解決される。好適な実施例はそれらの従属項に開示される。
【外国語明細書】
Device and method for the detection of electrically conducting objects
The invention relates to a device and method for the detection of electrically conducting objects.
An inductive proximity switch is known from DE 41 02 542 A1. This inductive proximity switch contains an oscillator, which generates a magnetic alternating field and which changes its oscillatory state when a tripping device penetrates the alternating field, which is used by an evaluation circuit for obtaining a switching signal for the actuation of a load switch. The measurable change in the oscillatory state depends both on the typical material characteristics of the tripping device and its distance and position relative to the switch. These switches thus react relatively non-specifically to various materials and essentially only at the distance between the tripping device and the switch.
From DE 39 34 593 C2 a sensor is known in which a triangular signal is applied to the primary coil so that according to the law of induction a rectangular signal with the frequency of the triangular signal is produced on the output of the secondary coil. This variant is used to design a sensor which supplies a dependable signal. This is achieved by the continuous rise and fall according to the triangular signal.
Furthermore, from EP 0 936 741 A1 an inductive proximity switch is known, which uses a single coil, which, by means of a transmitted current pulse, generates an induction voltage in the body to be acquired, which causes a current in the body, the decay of which after the end of the current pulse induces a voltage in the coil, which can be processed appropriately. The transmitted current pulses lie in the range between 100 μs and 200 μs. With this method the same coil is used for producing an eddy current as for acquiring the decaying eddy current. A metal housing for this sensor must not be ferromagnetic and must exhibit a relatively high specific electrical resistance.
The object of the invention is to provide a device and a method with which specific special features of the object to be acquired, such as for example material properties, material composition or the size of the object can be detected, preferably (essentially) independently of the distance between the device and the object.
This object is solved with a device according to Claim 1 and a method according to Claim 12. Preferred embodiments are disclosed in the dependent claims.
The device has three coils, of which two can be used for producing magnetic fields and one for the detection of a voltage or, vice versa, one for producing the magnetic field and two for the detection of an induction voltage. Furthermore, the device has an electronic means, which acquires an induction voltage (especially) during and / or after the supply of a current pulse to the coil producing the magnetic field. If an electrically conducting object is located in the range of the magnetic field, it produces a detectable signal in the acquired induction voltage. Depending on the material properties and size of the detected object, the acquired induction voltage can exhibit specific characteristics. From these, conclusions can be drawn about the material of the object, the material composition of the object and / or the size of the object.
The first and second coils can be wound in opposite directions or the same direction. The two coils can be separated spatially from one another. By connecting these coils appropriately, magnetic fields with opposite polarity can be produced. The first and second coils can be connected in series. They can also however each be supplied (independently of one another) from a current source.
On both sides of the coil system (comprising the first, second and third coil) electrically conducting objects produce signal shapes with opposite signs so that the same effects on both sides are mutually eliminating.
The current pulse preferably has a step-shaped rise and / or a step-shaped fall, such as for example with a rectangular pulse. In a preferred embodiment the current pulse has the shape of a rectangular pulse and a duration between 0.1 ns and 1 ms, such as approximately between 1 μs and 50 μs. The shorter the current pulse is or the shorter the rise or fall, the higher the frequency of the excitation spectrum for the eddy current. Through portions with different frequencies different size scales of the object can, in particular, be differentiated as well as frequency-specific material properties and thus conclusions can be drawn about the composition of the electrically conducting object. The rise time, in which for example 90% of the maximum current value (of the step-shaped rise) can be achieved and / or the decay time in which the current falls from the initial value to 10% of the step-shaped drop, can be shorter than 0.2 or 0.1 μs.
The induction effect in the third coil produced by the first and second coils or the induction effect produced by the third coil in the first and second coils cancel one another at least partially. Preferably, this occurs by at least 90% or 99%. The compensation effect can be such that with the absence of the electrically conducting object to be detected, the acquired induction voltage is essentially zero. This leads to a higher sensitivity of the device for detection, because each presence of an electrically conducting object produces an induction voltage not equal to zero or an induction voltage which differs from a reference voltage.
If the induction voltage produced in the first and second coils is acquired, then these two coils are preferably connected such that the induction voltages compensate one another, at least partially, preferably by at least 90% or 99%, whereby preferably the compensation occurs such that with the absence of an electrically conducting object to be detected the two induction voltages essentially sum to zero.
Preferably the course of the produced induction voltage is acquired at various times (time-dependent acquisition), during and / or after the current pulse. Thus, for each current pulse, for example, more or less than five, more or less than ten or more or less than one hundred measurements can be acquired.
In a particularly preferred embodiment one, two, three or more maximum and / or minimum and / or reversing points and / or zero crossovers (characteristic points) of the acquired induction voltage are determined in the time-dependent acquired course of the induction voltage. As the criterion for the evaluation of the detection of an electrically conducting object, the time interval between the maximum and / or minimum and / or reversing point and / or a zero crossover can be determined, for example. These signals have the advantage that they are essentially independent of the distance between the device and the electrically conducting object to be detected.
The signal level is different at different distances, but the times, for example, between maximum / minimum and zero crossover are (essentially) independent of the distance. Also, several characteristic points can be determined for a current pulse, such as one maximum and one minimum or several maxima or several minima or several zero crossovers. Here, several time intervals between several (in this case at least three) characteristic points of this nature can be determined and / or the times between the start of the current pulse and the several characteristic points.
Also the duration from the beginning of a current pulse to the reaching of a maximum / minimum value or a zero crossover or a reversing point can be employed to characterise the electrically conducting object detected.
Also a differentiation between small and large objects is possible with criteria of this nature. For example, metal particles produced by welding splashes can be differentiated from large electrically conducting objects, such as for example, metal plates in order to detect a malfunction of the sensors or dirt deposition on them.
In addition or alternatively to temporally determined characteristics of this nature, other characteristics, such as for example, absolute values for a maximum / minimum or reversing point can be used.
In the region of the first or second coils one, two, or more metallic conducting objects can be provided as constituent parts of the device. With these / this object(s), balancing of the induction voltage produced is possible and / or also the specification of a reference object. To balance the produced induction voltage, for example, a screw or pin can be provided, which protrudes to a more or less extent into the range of a magnetic field and thus, for example, can be used for the zero balancing of the produced induction voltage. For the zero balance the screw or pin can be adjusted until a desired signal (for example, a signal balanced to zero) is produced. Preferably, for balancing or zero balancing no electrically conducting object to be detected is present. With the presence of an electrically conducting interference contour (such as for example due to metallic machine parts, built into / onto the sensor) the influence of the metallic interference contour can be reduced or eliminated with the zero balance. In this way sensors of the same type of construction can be manufactured for different application purposes (installed components), which can then however be balanced to zero according to the application or according to the interference contour.
Also, with an object of this nature a reference object can be created, so that with the presence of an identical or very similar electrically conducting object to be detected a zero signal is produced. This is, for example, particularly advantageous for the detection of certain coins. It is only when the electrically conducting object to be detected is more or less identical to the specified reference object that the application of the current pulse produces a zero signal or a predetermined signal and, if the electrically conducting object to be detected differs from the reference object, a signal differing from zero or a signal deviating from the predetermined signal is produced, which can be appropriately evaluated in order to discriminate electrically conducting objects to be detected, in particular coins. In this connection the induction voltage produced can be acquired at various times or only at a certain time after the application or switch-off of the current pulse.
If a reference object is provided as a constituent part of the device, then balancing or zero balancing by means of a screw or pin or an object suitable for balancing can occur, provided that an electrically conducting object to be detected is present, which is identical to the reference object and is arranged in the test position for objects to be detected later.
Instead of a coin other electrically conducting objects can also be compared with reference objects. This relates, for example, to objects, which are subject to abrasion or wear and their degree of abrasion or wear is to be acquired. To achieve this, an unabraded or unworn object can be compared with an object to be examined. For example, electrode caps, which are fitted to the electrodes of welding equipment and are cleaned from time to time, for example, by milling, by means of which they are consumed, can be measured and the degree of wear determined.
To influence the induction voltage produced, one or several further coils can be provided which can be used, for example, for producing a zero balance. The coils can be connected to the first and / or second coil in series or parallel or connected separately, for example, to a current source or short-circuited through a resistance or a circuit.
The third coil can also be realised in two parts, whereby the third coil then comprises two coil parts, from which, for example, one is assigned to the first coil and the other to the second coil. Here the two coil parts can be wound together on one coil former or also each on an individual coil former. The two coil parts are connected, for example, in series. The third coil can however also be realised as a single part, that is for example wound on one coil former.
Preferably, the device comprises a metal housing part or a full metal housing. Thus it is possible to employ the sensor also in environments with an aggressive ambient atmosphere such as for example acid or alkali-laden vapours.
The metal housing part or the full metal housing can be produced from any stainless steel or non-ferrous metal. Detection is also possible through stainless steel or non-ferrous metal, whereby there is no restriction to, for example, high ohmic metals. The front face of the sensor, i.e. the surface facing the object to be detected or its detection position, can be produced from any stainless steel or from non-ferrous metal. The detection of electrically conducting objects is also possible through materials of this nature. Depending on the application though, one or other metal may be preferred as the housing (part), whereby the selection of the metal can depend on the type of detection and also on the ambient conditions of the sensor (surrounding gases or liquids, temperature, pressure, etc.).
The device can in particular be formed as a proximity switch or for the detection of various materials, for coin detection or for the detection of the level of abrasion or wear on objects. As a proximity switch, the device can be installed subsurface, because the detected signals can be independent of the switching distance. Subsurface installation facilitates good protection of the device against damage.
Thus according to the invention a device, for example, such as a machine can be provided, which comprises a device for the detection of electrically conducting objects which is installed subsurface.
With the method for the detection of electrically conducting objects a current pulse is applied to a first and a second coil, whereby these coils produce magnetic fields with opposite polarity, by means of which the induction voltage produced in a third coil is acquired.
Instead it is also possible to apply a current pulse to the third coil and realise the acquisition of the induction voltage in the first and second coils. The induction voltage is preferably acquired in a time range during and / or after the application of the current pulse for the detection of the electrically conducting object. The current pulse comprises a step-shaped rise or a step-shaped fall, such as for example in the shape of a rectangular pulse.
Particular embodiments of the invention are explained based on the enclosed figures. The following are illustrated:
Figure 1    various methods of connecting the first, second and third coils;
Figure 2    the magnetic fields produced;
Figure 3    a schematic illustration of the device;
Figure 4    current and voltage traces;
Figure 5    a schematic illustration of the magnetic fields with the presence of an electrically conducting object;
Figure 6    a preferred variant of the device in a schematic illustration and
Figures 7a, 7b    an alternative type of construction of the device.
Figure 1a schematically illustrates a device 1 for the detection of an electrically conducting object. A first coil 10 and a second coil 11 are illustrated, which are connected together in series via the connection 17. The two coils are wound in the opposite sense so that a current, which flows from the terminal 13 to the terminal 14, produces a magnetic field orientated to the right and a magnetic field orientated to the left.
In the region between the two coils 10 and 11 a further coil 12 is arranged, with which a produced induction voltage can be acquired. This voltage can be tapped off between terminals 15 and 16.
The coil 12 is here arranged in the region which is permeated by the magnetic fields which can be produced by the coils 10 and 11.
In Figure 1b a variant is shown in which the coils 10 and 11 are wound in the same direction, but due to a different connection 18, the current flows in different (opposing) directions in the two coils, so that here too magnetic fields are produced with opposite polarity when a current flows from terminal 13 to terminal 14. The coils can be connected to a power supply independently of one another. Here they are not then connected in series.
The number of windings in Figures 1a and 1b is only shown schematically. Preferably, the numbers of the turns on the coils 10 and 11 are identical or do not vary more than 5% or 1%. However, variants can also be provided in which the number of turns differs by up to 50% or 80%. The effect on the generated signals can be compensated by appropriate electronic compensation or by appropriate zero balancing.
Instead of applying a current to the terminals 13 and 14, a current for producing a magnetic field can be applied to the terminals 15 and 16 of the coil 12. In this case an induction voltage can be tapped off between terminals 13 and 14. For the case that the magnetic field of the coil 12 can propagate unrestricted and symmetrically, the induction voltage arising on the terminals 13 and 14 is zero due to the oppositely wound windings in Figure 1a or the oppositely connected circuit in Figure 1b.
The induction voltages produced in the coils 10 and 11 can also be acquired independently of one another. Here, the connection 17 or 18 is omitted and the induction voltages from the two coils are tapped off separately for each coil. The respective terminals of the two coils can be fed to a differential circuit, which exhibits or amplifies the difference of the induction voltages as an output signal, such as for example in the form of a differential amplifier.
Figure 2 illustrates the device 1 in section. The coil 12 is arranged between the two coils 10 and 11. In Figure 2 the magnetic field 20 produced by the coil 10 is illustrated as well as the magnetic field 21 produced by the coil 11 when current is passed through these coils.
As can be seen from Figure 2, the magnetic fields of these two coils oppose one another so that when these magnetic fields are produced without further influences in the coil 12 an induction voltage which sums to zero is obtained.
The structure of a device 1 is illustrated schematically in Figure 3. Apart from the coils 10, 11 and 12, an electronic means 25 is illustrated, which supplies the coils with corresponding terminals 28 with current or can tap off the corresponding induction voltages.
The electronic means 25 can be connected to external terminals 26, 27. These terminals can be used, for example, for the power supply of the device 1 or of the electronic means 25 or for outputting a measurement signal.
The coils 10, 11 and 12 can be wound on a coil former which is non-magnetic or also of soft magnetic material, such as for example a ferrite core.
Examples of the current and voltage traces are illustrated in Figure 4. In Figure 4a a rectangular current pulse is shown in which during the time T1 a current of a specified strength flows. This current flows, for example, between the terminals 13 and 14 of the coil arrangement in Figures 1a and 1b or also between the terminals 15 and 16 of Figures 1a and 1b.
Provided no electrically conducting object to be detected is present, a measurable induction voltage can arise, as is illustrated in Figure 4b, namely a constant zero signal which is not influenced by the current pulse.
With the presence of an electrically conducting object an induction voltage arises, as illustrated in Figure 4c as an example. During the current pulse in the time T1, the measured induction voltage U exhibits a temporal characteristic profile. This profile can, for example, be evaluated by the determination of a maximum M and a zero crossover N or also further characteristic points, such as the reversing point or similar feature. For example, for characterising this profile the time Δt can be determined, which gives the time interval between the maximum M and the zero crossover N, i.e. Δt = tN - tM. Also, the time from the start of the current pulse to the reversing point can be used for characterising the profile.
The induction voltage can also exhibit a minimum instead of a maximum, whereby, for example, Δt is given as the time interval between the minimum and a zero crossover.
Apart from the determination of Δt, as shown in Figure 4c, the time from the application of the current pulse to the reaching of the maximum value M can also be determined or other characteristic times.
Also the absolute value at the maximum point of the voltage U can be considered for the evaluation of the induction voltage.
Also it is possible to determine the induction voltage at a fixed specified time after the start of the current pulse or at several such times and from the absolute values of this induction voltage or from the sign produced at various times, it is possible to draw conclusions about the characteristics of the electrically conducting object 30.
In Figure 5 it is shown that the magnetic field 31 of the coil 11 can be influenced by the presence of an electrically conducting body 30 to be detected. As illustrated in Fig. 5, the arrow 32 is larger than the arrow 31. The arrow 32 represents the magnetic field produced by the coil 10. Due to the different influences of the magnetic fields 32 and 31 by the coils 10 and 11, the symmetry is broken, resulting in an induction voltage being produced in the coil 12. The induction voltage produced in the coil 12 exhibits typical characteristics (in particular characteristic temporal traces) which provide information on the condition of the object 30.
As already previously mentioned, instead of the production of the magnetic fields by the coils 10 and 11, the magnetic field can also be produced by the coil 12, whereby this magnetic field turns out to be asymmetrical due to the presence of the object 30, so that in the coil 11 an induction voltage different from that of coil 10 is produced, which with appropriate connection (refer to Figure 1a, 1b) does not lead to complete compensation or cancellation of the two induction voltages, but rather to an induction voltage differing from zero.
In Figure 6 the device 1 for the detection of an electrically conducting object is illustrated, whereby a reference object 35 is provided to the left of the coil arrangement. If an identical electrically conducting object 36 or one of almost the same type is arranged at the right end of the coil arrangement, then on applying a current pulse to the coils 10 and 11, an induction voltage is produced by the coil 12 which is equal to zero. If however a different type of electrically conducting object, such as for example is illustrated by the broken line 37, is placed against the coil arrangement, an induction voltage differing from zero is produced, which indicates that the electrically conducting object to be detected is not identical or similar to the electrically conducting object 35.
Through the specification of an electrically conducting reference object 35, an electrically conducting object 36 to be examined can be compared for a plurality of characteristics with respect to the reference object. Each deviation in the material composition, size, etc. leads to an induction voltage differing from zero. With differences in the objects 35 and 36 also temporal characteristic traces in the induction voltage can occur. The induction voltage can also exhibit maxima and / or minima and / or zero crossovers or reversing points, which can be detected and evaluated to quantify the difference between the two objects. Here, both time intervals between maxima and / or minima and / or zero crossovers and / or reversing points and / or the values of the voltage at these points can be evaluated. Also the time of occurrence of a maximum / minimum / zero crossover / reversing point can be evaluated from the application of the current pulse.
If the two objects 35 and 36 are identical and symmetrically arranged with respect to the coil arrangement and if the coils 35 are identical and symmetrically arranged, then with the application of a current pulse of the same amplitude to both coils, a temporally constant zero signal is obtained. Any deviation from this indicates that there is a difference between the two objects. Instead of producing a zero signal, the coil arrangement or the current supply of the coils can be such that also with identical objects 35, 36, a temporal trace of the induction voltage is produced which differs from zero (reference). Any further deviation from a reference of this nature of an acquired induction voltage then indicates however a difference in the objects.
Through the comparison of two objects 35, 36 a forgery check of coins or also the determination of a degree of abrasion or wear on abraded or worn objects is possible. Thus, for example, the degree of wear on welding electrode caps can also be examined.
As previously mentioned, a measurement process can be carried out in that the current is applied to the coil 12 and the induction voltage determined which arises in the coils 10 and 11.
Figures 7a and 7b illustrate an alternative type of construction for the device for the detection of electrically conducting objects in which the coil 11 is provided within the coil 10 and the coil 12 is arranged between the coils 10 and 11. The various coils are here arranged one behind the other in a radially outwards direction. In this respect the second and third coils can be provided completely or partially within the spatial region surrounded by the first coil. Figure 7a shows a section through the coil arrangement illustrated in Fig. 7b in a plan view.
Also in this configuration, detection of electrically conducting objects is possible with the same differentiation methods.
In all the figures the coils 10, 11 and 12 can also be round or angular, so that a winding is, for example, formed circular or rectangular or square.
Claims
1.     Device (1) for the detection of electrically conducting objects with:
a first and a second coil (10, 11), which can produce magnetic fields (20, 21) simultaneously with opposite polarity and
a third coil (12), which is arranged in the region of the opposing magnetic fields, and
an electronic means (25), which, during and / or after the supply of the first and second coils (10, 11) with a current pulse, acquires an induction voltage in the third coil (12), or which acquires an induction voltage in the first and second coils (10, 11) during the supply of the third coil (12) with a current pulse,
so that an electrically conducting object (30) when present in the range of one of the magnetic fields, produces a detectable signal in the acquired induction voltage,
wherein the current pulse comprises a step-shaped rise and / or a step-shaped fall, such as for example in the shape of a rectangular pulse.
2.     Device according to Claim 1, characterised in that the first and second coils are wound in the opposite direction or the same direction.
3.     Device according to Claim 1 or 2, characterised in that the current pulse has the shape of a rectangular pulse with a duration between 0.1 ns and 1 ms, such as approximately between 1 μs and 50 μs.
4.     Device according to one of the Claims 1 to 4, characterised in that the induction effects produced in the third coil by the first and second coil compensate at least partially, preferably by at least 90% or 99%, whereby preferably the induction voltages essentially sum to zero when the electrically conducting object (30) to be detected is not present
or
the induction voltages produced by the third coil (12) in the first and second coils (10, 11) are acquired such that these two induction voltages mutually compensate, at least partially, preferably up to 90% or 99%, wherein preferably the two induction voltages essentially sum to zero when the electrically conducting object to be detected (30) is not present.
5.     Device according to one of the Claims 1 to 4, characterised in that the electronic means (25) is formed such that the course of the produced induction voltage is acquired at various times.
6.     Device according to Claim 5, characterised in that the electronic means (25) is formed such that the point in time of a maximum (M) and / or a minimum and / or a zero crossover (N) and / or a reversing point of the produced induction voltage is determined, wherein preferably the temporal interval (Δt) is determined between a maximum or minimum and a zero crossover or between the start of the current pulse and a maximum or a minimum or a zero crossover.
7.     Device according to one of the Claims 1 to 6, characterised in that in the region of the first or second coil (10, 11) a metallic conducting object (35) is provided as a constituent part of the device, with which for example balancing of the produced induction voltage is possible or specification of a reference object (35) or the influence of an interference contour can be reduced or balanced to zero.
8.     Device according to one of the Claims 1 to 7, characterised in that one or several further coils are provided, which can have influence on the produced induction voltage.
9.     Device according to one of the Claims 1 to 8, characterised in that the device comprises a metal housing part or a full metal housing (29), wherein the full metal housing (29) at least encloses the first, second and third coils and possibly part of the electronic means (25) or the complete electronic means (25), wherein the metal housing part or the full metal housing comprises non-ferrous metal or stainless steel or is manufactured from it.
10.     Device according to one of the Claims 1 to 9, characterised in that the device is formed as a proximity switch or as a device for the detection of various materials, as a coin detection device or as a device for acquiring a level of abrasion or wear.
11.     Method for the detection of electrically conducting objects (30) with the steps:
- application of a current pulse on a first and a second coil (10, 11), wherein these coils produce magnetic fields (20, 21) with opposite polarity and the acquisition of an induction voltage thus produced in a third coil (12)
or
- application of a current pulse in a third coil (12) and the acquisition of the induction voltage thus produced in a first and second coil (10, 11), and
- evaluation of the acquired induction voltage in a time range during the application of the current pulse for the detection of the electrically conducting object (30),
wherein the current pulse comprises a step-shaped rise and / or a step-shaped fall, such as for example in the shape of a rectangular pulse.
Abstract
The invention relates to a device for the detection of electrically conducting objects with: a first and a second coil, which can produce simultaneously magnetic fields with opposite polarity and a third coil which is arranged in the region of the opposing magnetic fields, and an electronic means, which during and / or after the supply of the first and second coils with a current pulse acquires an induction voltage in the third coil, or which, during the supply of the third coil with a current pulse, acquires an induction voltage in the first and second coils, so that an electrically conducting object produces a detectable signal in the acquired induction voltage when present in the range of one of the magnetic fields, wherein the current pulse comprises a step-shaped rise and / or a step-shaped fall, such as for example in the shape of a rectangular pulse.
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