(57)【要約】      （修正有）【課題】多周波数金属検知器を動作させるための改善された方法を提供すること。【解決手段】金属検知器（１）は、製品内に電磁場を生成するための駆動コイル（Ｌ６１）と、製品中に存在する金属粒子によって引き起こされる磁場の変動を検知するように配置された少なくとも１つの検知コイル（Ｌ６２、Ｌ６３）と、複数の駆動スイッチを有する変換器（４）を備える多周波数送信器装置（１０）とを備えており、複数の駆動スイッチは、駆動スイッチが駆動電流（ｉＤ）を駆動コイル（Ｌ６１）に交互に伝導し、その結果、生成された電磁場が２つ以上の異なる周波数成分を呈するような動作命令に従って駆動制御装置（２）によって駆動される。【選択図】図１ａ
2019132834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属検知器（１）を動作させるための方法であって、前記金属検知器（１）は、製品内に電磁場を生成するための駆動コイル（Ｌ６１）と、前記製品中に存在する金属粒子によって引き起こされる磁場の変動を検知するように配置された少なくとも１つの検知コイル（Ｌ６２、Ｌ６３）と、複数の駆動スイッチ（Ｓ４１、Ｓ４２；Ｓ４３、Ｓ４４）を有する変換器（４）を備える多周波数送信器装置（１０）とを備えており、前記複数の駆動スイッチ（Ｓ４１、Ｓ４２；Ｓ４３、Ｓ４４）は、該複数の駆動スイッチ（Ｓ４１、Ｓ４２；Ｓ４３、Ｓ４４）が駆動電流（ｉＤ）を駆動コイル（Ｌ６１）に交互に伝導し、その結果、生成された前記電磁場が２つ以上の異なる周波数成分（ｆＤ１、ｆＤ２）を呈するような動作命令に従って駆動制御装置（２）によって駆動され、前記方法は、
−  少なくとも２つの異なる周波数成分（ｆＤ１、ｆＤ２）について前記駆動電流（ｉＤ）の波形を決定するステップと、
−  パルス幅変調されたまたはパルス密度変調された信号などの変調されたパルスシーケンスであり、かつ前記駆動電流（ｉＤ）の決定された前記波形に対応する、少なくとも１つのＰＸＭ信号（ｓＰＸＭ）を決定するステップと、
−  提供された前記動作命令に従って、オンラインで決定されるか、またはメモリモジュール（２３１、２３２）内に格納される、前記少なくとも１つの決定されたＰＸＭ信号（ｓＰＸＭ）を選択するステップと、
−  前記少なくとも１つの決定されたＰＸＭ信号（ｓＰＸＭ）を生成および印加して、前記駆動スイッチ（Ｓ４１、Ｓ４２；Ｓ４３、Ｓ４４）を制御するステップと
を含む、金属検知器（１）を動作させるための方法。
【請求項２】
請求項１に記載の金属検知器（１）を動作させるための方法において、前記駆動電流（ｉＤ）の前記波形を決定する前記ステップが、奇数および／または偶数高調波である正弦波周波数成分（ｆＤ１、ｆＤ２）などの少なくとも２つの異なる周波数成分（ｆＤ１、ｆＤ２）に関連する電流成分を重畳することを含む、金属検知器（１）を動作させるための方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の金属検知器（１）を動作させるための方法において、前記駆動電流（ｉＤ）内に存在する最低周波数を有する前記周波数成分（ｆＤ１）のサイクル持続時間に少なくともわたって、前記駆動電流（ｉＤ）の前記波形を決定し、前記駆動電流（ｉＤ）の決定された前記波形を順次繰り返すことによって前記駆動電流（ｉＤ）を生成するステップを含む、金属検知器（１）を動作させるための方法。
【請求項４】
請求項１、２、または３に記載の金属検知器（１）を動作させるための方法において、三角形または台形信号を、前記駆動電流（ｉＤ）の決定された前記波形の最大値および最小値ならびに前記三角形信号の最大値および最小値が互いに対応する、および／または一致するように、前記駆動電流（ｉＤ）の決定された前記波形に近似することによってＰＸＭ信号（ｓＰＸＭ）を決定するステップと、前記三角形または台形信号の前記最大値および最小値における前記ＰＸＭ信号（ｓＰＸＭ）の立ち下りおよび立ち上がりエッジに対してスイッチング角（α１、α２、…）を順次規定するステップと、を含む、金属検知器（１）を動作させるための方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属検知器（１）を動作させるための方法において、各々が周波数成分（ｆＤ１、ｆＤ２）の異なるセットを有する２つ以上のＰＸＭ信号（ｓＰＸＭ）を決定するステップと、前記２つ以上のＰＸＭ信号（ｓＰＸＭ）を、格納された前記ＰＸＭ信号（ｓＰＸＭ）のうちの１つを生成および印加するために選択可能であるメモリモジュール（２３１、２３２）内に格納するステップと、を含む、金属検知器（１）を動作させるための方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の金属検知器（１）を動作させるための方法において、前記ＰＸＭ信号（ｓＰＸＭ）を、
−  片側は第１の電圧電位（ＶＤ）に、および反対側は第２の電圧電位（ＶＳ）に接続されるハーフブリッジ回路を形成し、前記ハーフブリッジ回路の中心タップで接続され、前記中心タップに接続される前記駆動コイル（Ｌ６１）の第１の端が前記第１の電圧電位（ＶＤ）および前記第２の電圧電位（ＶＳ）に交互に接続されるように制御される、前記駆動スイッチ（Ｓ４１、Ｓ４２；Ｓ４３、Ｓ４４）のうちの第１および第２の駆動スイッチ（Ｓ４１、Ｓ４２）に印加するステップか、または
−  片側は第１の電圧電位（ＶＤ）に、および反対側は接地電位などの第２の電圧電位に接続され、第１または第２の中心タップを各々が備える、第１および第２のブランチであって、前記第１または第２の中心タップが、前記第１のブランチ内に配置されかつ前記第１の中心タップにおいて互いに接続された前記駆動スイッチ（Ｓ４１、Ｓ４２）の第１の対を用いて、および前記第２のブランチ内に配置されかつ前記第２の中心タップにおいて互いに接続された前記駆動スイッチ（Ｓ４３、Ｓ４４）の第２の対を用いて、前記駆動コイル（Ｌ６１）の第１および第２の端にそれぞれ接続される、第１および第２のブランチ、を備えるブリッジ回路として配置され、前記駆動コイル（Ｌ６１）の前記第１および第２の端が前記第１の電圧電位（ＶＤ）および前記第２の電圧電位に交互に接続されるように制御される、前記駆動スイッチ（Ｓ４１、Ｓ４２；Ｓ４３、Ｓ４４）に、印加するステップ
を含む、金属検知器（１）を動作させるための方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の金属検知器（１）を動作させるための方法において、前記駆動スイッチ（Ｓ４１、Ｓ４２；Ｓ４３、Ｓ４４）の入力を制御するために信号駆動素子および／またはインバータ（３１、３１’、３２、３２’、３１１、３１２、３２１、３２２）を個々に備える駆動装置（３）を介して前記ＰＸＭ信号（ｓＰＸＭ）を印加するステップを含む、金属検知器（１）を動作させるための方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の金属検知器（１）を動作させるための方法において、前記駆動電流（ｉＤ）を、直接、またはアドミタンス装置（５）を介して、前記駆動コイル（Ｌ６１）へ誘導するステップであって、前記アドミタンス装置（５）が前記駆動コイル（Ｌ６１）と一緒に、前記２つ以上の異なる周波数成分（ｆＤ１、ｆＤ２）内で活動状態にある共振回路を形成し、前記共振回路内では、コイル電流（ｉＬ６１）が前記駆動電流（ｉＤ）よりも大きい、誘導するステップを含む、金属検知器（１）を動作させるための方法。
【請求項９】
請求項８に記載の金属検知器（１）を動作させるための方法において、少なくとも、前記駆動コイル（Ｌ６１）と一緒に第１の共振回路を形成する、前記アドミタンス装置（５）内の第１のコンデンサ（Ｃ５１）および第１のインダクタ（Ｌ５１）を有する第１のブランチ、ならびに前記駆動コイル（Ｌ６１）と一緒に第２の共振回路を形成する、前記アドミタンス装置（５）内の第２のコンデンサ（Ｃ５２）および第２のインダクタ（Ｌ５２）を有する第２のブランチを使用するステップを含む、金属検知器（１）を動作させるための方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の金属検知器（１）を動作させるための方法において、周波数成分のセット（ｆＤ１、ｆＤ２）を有するＰＸＭ信号（ｓＰＸＭ）を選択するステップと、選択された前記ＰＸＭ信号（ｓＰＸＭ）の前記周波数成分のセット（ｆＤ１、ｆＤ２）に対応する前記アドミタンス装置（５）内の共振回路を活動状態にするステップとを含む、金属検知器（１）を動作させるための方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に規定されるような方法に従って動作する金属検知器（１）。
【請求項１２】
請求項１１に記載の金属検知器（１）において、前記金属検知器（１）は、製品内に電磁場を生成するための駆動コイル（Ｌ６１）と、前記製品中に存在する金属粒子によって引き起こされる磁場の変動を検知するように配置された少なくとも１つの検知コイル（Ｌ６２、Ｌ６３）と、複数の駆動スイッチ（Ｓ４１、Ｓ４２；Ｓ４３、Ｓ４４）を有する変換器（４）を備える多周波数送信器装置（１０）とを備えており、前記複数の駆動スイッチ（Ｓ４１、Ｓ４２；Ｓ４３、Ｓ４４）は、該複数の駆動スイッチ（Ｓ４１、Ｓ４２；Ｓ４３、Ｓ４４）が駆動電流（ｉＤ）を駆動コイル（Ｌ６１）に交互に伝導し、その結果、生成された電磁場が２つ以上の異なる周波数成分（ｆＤ１、ｆＤ２）を呈するような動作命令に従って、ならびに、前記２つ以上の周波数成分（ｆＤ１、ｆＤ２）について決定された前記駆動電流（ｉＤ）の波形に対応する少なくとも１つのＰＸＭ信号（ｓＰＸＭ）のデータが格納され、前記少なくとも１つのＰＸＭ信号（ｓＰＸＭ）が前記複数の駆動スイッチ（Ｓ４１、Ｓ４２；Ｓ４３、Ｓ４４）を制御するために選択可能である、駆動制御装置（２）内に提供されるメモリ装置（２３）を用いて、前記駆動制御装置（２）によって駆動される、金属検知器（１）。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の金属検知器（１）において、請求項１〜５のいずれか一項に記載の金属検知器（１）を動作させるための方法が、前記ＰＸＭ信号（ｓＰＸＭ）を、
−  片側は第１の電圧電位（ＶＤ）に、および反対側は第２の電圧電位（ＶＳ）に接続されるハーフブリッジ回路を形成し、前記ハーフブリッジ回路の中心タップで接続され、前記中心タップに接続される前記駆動コイル（Ｌ６１）の第１の端が前記第１の電圧電位（ＶＤ）および前記第２の電圧電位（ＶＳ）に交互に接続されるように制御可能である、前記駆動スイッチ（Ｓ４１、Ｓ４２；Ｓ４３、Ｓ４４）のうちの第１および第２の駆動スイッチ（Ｓ４１、Ｓ４２）に印加するステップか、または
−  片側は第１の電圧電位（ＶＤ）に、および反対側は接地電位などの第２の電圧電位に接続され、第１または第２の中心タップを各々が備える、第１および第２のブランチであって、前記第１または第２の中心タップが、前記第１のブランチ内に配置されかつ前記第１の中心タップにおいて互いに接続された前記駆動スイッチ（Ｓ４１、Ｓ４２）の第１の対を用いて、および前記第２のブランチ内に配置されかつ前記第２の中心タップにおいて互いに接続された前記駆動スイッチ（Ｓ４３、Ｓ４４）の第２の対を用いて、前記駆動コイル（Ｌ６１）の第１および第２の端にそれぞれ接続される、第１および第２のブランチ、を備えるブリッジ回路として配置され、前記駆動コイル（Ｌ６１）の前記第１および第２の端が前記第１の電圧電位（ＶＤ）および前記第２の電圧電位に交互に接続されるように制御可能である、前記駆動スイッチ（Ｓ４１、Ｓ４２；Ｓ４３、Ｓ４４）に、印加するステップ
を含む、金属検知器（１）。
【請求項１４】
請求項１１、１２、または１３に記載の金属検知器（１）において、前記変換器（４）が、直接、または、アドミタンス装置（５）を介して、前記駆動コイル（Ｌ６１）に接続され、前記アドミタンス装置（５）が駆動コイル（Ｌ６１）と一緒に、前記２つ以上の異なる周波数成分（ｆＤ１、ｆＤ２）のうちの１つに少なくとも近似的に同調された共振周波数を各々が有する２つ以上の共振回路を形成し、前記アドミタンス装置（５）が、好ましくは、少なくとも、前記駆動コイル（Ｌ６１）と一緒に前記第１の共振回路を形成する、前記アドミタンス装置（５）内の第１のコンデンサ（Ｃ５１）および第１のインダクタ（Ｌ５１）を有する第１のブランチ、ならびに前記駆動コイル（Ｌ６１）と一緒に前記第２の共振回路を形成する、前記アドミタンス装置（５）内の第２のコンデンサ（Ｃ５２）および第２のインダクタ（Ｌ５２）を有する第２のブランチを備える、金属検知器（１）。
【請求項１５】
請求項１４に記載の金属検知器（１）において、選択に従って前記アドミタンス装置（５）内の共振回路を個々に活動状態におよび非活動状態にすることを可能にするスイッチング手段（５０、Ｓ５１、Ｓ５２）が提供される、金属検知器（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、多周波数金属検知器を動作させるための方法、およびこの方法に従って動作する多周波数金属検知器に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]米国特許出願公開第２０１２０２０６１３８（Ａ１）号に記載されるように、金属検知器は、望ましくない金属汚染を検知して除去するために使用される。正しく設置および動作されると、金属検知器は、金属汚染を低減し食品安全を改善することに役立つ。最新の金属検知器は、駆動信号を受信し製品内に電磁場を生成する駆動コイルと、生鮮および冷凍食品などの幅広い種類の製品中の鉄、非鉄、およびステンレス鋼など、製品中の金属粒子の存在によって引き起こされる磁場内の変動を検知するように配置された少なくとも１つの検知コイルとを有するコイルシステムを備える探索ヘッドを利用する。
【０００３】
[0003]「平衡コイル」の原理に従って動作する金属検知システムは、典型的には、駆動コイル、および各々が互いと正確に平行である、非金属フレームに巻き付けられる２つの同一の検知コイルという３つのコイルを備える。検知コイルは、典型的にはそれらの間の中心に駆動コイルを包囲し、これら検知コイルが同一であるため、同一電圧がそれらの各々において誘起される。システムが均衡状態にあるときゼロである出力信号を受信するために、第１の受信コイルは、逆巻きの巻線を有する第２の受信コイルと直列に接続される。故に、同一の振幅および逆の極性である、受信コイルにおいて誘起される電圧は、システムが均衡状態にあり、かつ観察される製品中に汚染が存在しない場合には互いを相殺する。
【０００４】
[0004]しかしながら、金属の粒子がコイル配列を通過するとすぐに、電磁場は、まず一方の検知コイル近く、次いで他方の検知コイル近くで妨害される。金属の粒子は、検知コイルを通じて搬送されながら、各検知コイルにおいて誘起される電圧が（ナノボルトだけ）変化する。均衡状態におけるこの変化は、検知コイルの出力における信号を結果としてもたらし、この信号は、受信装置内で、処理され、増幅され、その後、観察される製品中の金属汚染の存在を検知するために使用され得る。
【０００５】
[0005]典型的な金属検知器では、受信装置内に提供される信号処理チャネルが、この受信信号を、互いから９０°離れる２つの別個の成分に分割する。合成ベクトルは、大きさおよび位相角を有し、これは製品、およびコイルシステムを通じて伝達される汚染物質には典型的である。金属汚染物質を特定するために、「製品効果」は除去または低減される必要がある。製品の位相が知られている場合には、対応する信号ベクトルが低減され得る。このようにして信号スペクトルから望ましくない信号を排除することが、金属汚染物質から生じる信号に対するより高い感受性をもたらす。
【０００６】
[0006]したがって、信号スペクトルから望ましくない信号を排除するために適用される方法は、金属汚染物質、製品、および他の妨害物が磁場に対して異なる影響を有するため、結果として生じる信号は位相が異なるという事実を利用する。金属または製品によって引き起こされる信号は、コイルシステムを通過するときに、測定された物体の導電率および透磁率に従って、２つの成分、具体的には抵抗成分およびリアクタンス成分に分割され得る。フェライトによって引き起こされる信号は、主としてリアクタンス性であるが、ステンレス鋼からの信号は、主として抵抗性である。伝導性である製品は、典型的には、強い抵抗成分を有する信号を引き起こす。位相検知器を用いて異なる起源の信号成分の位相を区別することにより、製品および汚染物質に関する情報を得ることが可能になる。上記信号成分または位相および振幅は、適用される駆動信号の周波数に応じて変化し、この適用される駆動信号は、金属汚染物質の信号成分が観察される製品信号の信号成分と位相がずれるように選択される。
【０００７】
[0007]米国特許第８４７３２３５号は、駆動コイルに接続され、かつ駆動制御装置によって駆動される複数のスイッチを備える駆動回路を有する金属検知器を開示しており、この複数のスイッチは、駆動コイルを既定の動作周波数で駆動させるために電位差をまたいで駆動コイルを交互に接続する。この駆動制御装置は、１Ｈｚ増分で４０〜９００ＫＨｚの範囲内で選択可能であり得る任意の単一の動作周波数を得るように複数のスイッチを動作させるようにプログラムされ得る。しかしながら、方形波（または、コイルのインダクタンスに起因する台形波）によってコイルシステムを駆動することは、同調回路によって生成される従来型の正弦波信号と比較して、大量の比較的高いエネルギー高調波を発生させる。これらの高調波の悪影響を回避するために、本装置は、コイルシステムから信号を得るための検知回路を備え、この検知回路は、一般的には最も望ましくないと見なされる上記の妨害高調波を除去する低域フィルタに結合された位相感応性検知器を備える。
【０００８】
[0008]１つの動作周波数は、１つの特定の金属汚染物質に好適であり得るが、同じ周波数が、他の金属汚染物質については所望の結果をもたらさない場合がある。製品および潜在的な汚染物質に従って選択される２つ以上の送信周波数を同時に使用することにより、動作周波数を切り替えることなく、２つ以上の異なる金属汚染物質に関するより正確な情報を得ることが可能になる。
【０００９】
[0009]米国特許第８１５９２２５号は、多周波数送信器を有する多周波数金属検知器、および、各々が異なる基本周波数を有する少なくとも２つの矩形波信号を生成すること、選択された矩形波信号を混合して、２つの選択された矩形波信号の基本周波数の畳み込みに対応する周波数で、比較的強い大きさを有する異なる周波数成分を含有するスイッチング信号を作り出すことによって多周波数駆動信号を生成するための方法を開示する。ここでも、所望の周波数成分に加えて、除去または抑制される必要のある他の周波数成分が存在する。
【００１０】
[0010]米国特許第８１５９２２５号は、デジタル駆動スイッチング信号が、金属検知器の駆動コイルに接続されたフルブリッジスイッチングパワーステージに適用されるということをさらに開示する。フルブリッジスイッチングパワーステージは２つのハーフブリッジからなり、各々が、デジタルスイッチング信号で駆動される１つのハーフブリッジおよび反転デジタルスイッチング信号で駆動される他方のハーフブリッジという２つのハーフブリッジスイッチを備える。フルブリッジスイッチングパワーステージのハーフブリッジスイッチ内の電流は、駆動コイル内を流れる電流に対応する。故に、駆動コイル内の高電流では、ハーフブリッジスイッチは、この高いコイル電流を送達することができることが求められる。したがって、多周波数送信器は、それに応じて寸法決定および構築されなければならず、これにはかなりの費用が伴う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２０２０６１３８（Ａ１）号
【特許文献２】米国特許第８４７３２３５号
【特許文献３】米国特許第８１５９２２５号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｓａｒｂａｒｉ  ＤａｓおよびＭａｎｉｓｈ  Ｂｈａｒａｔ、Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＩＧＢＴ  ｓｅｒｉｅｓ  ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ  ｕｓｉｎｇ  ｐｕｌｓｅ−ｄｅｎｓｉｔｙ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、第３巻、第２号、２０１５年２月
【非特許文献２】Ｍ．Ｊ．Ｇｒｉｍｂｌｅ、Ｍ．Ａ．Ｊｏｈｎｓｏｎ、Ｊｉａｎ  Ｓｕｎ、Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ  Ｌｏｎｄｏｎ  Ｌｉｍｉｔｅｄ２０１２、第２章
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
[0011]したがって、本発明は、多周波数金属検知器を動作させるための改善された方法、およびこの方法に従って動作する改善された多周波数金属検知器を提供するという目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
[0012]本発明の方法および多周波数金属検知器は、有利には、少なくとも２つの異なる周波数成分を有する多周波数駆動信号を作り出すことを可能にするものとする。フィルタ回路は、回避されるか、または少なくとも低減されるものとする。
【００１５】
[0013]さらに、多周波数駆動信号の周波数は、好ましくは、金属検知器が幅広い製品および潜在的な汚染物質に対して柔軟に使用され得るように必要に応じて選択可能であるものとする。
【００１６】
[0014]金属検知器には、改善された効率性を有し、構造的に単純であり、低減された費用で構築され得、かつ駆動コイルに送達されるコイル電流を最大限にすることを可能にする、改善された多周波数送信器が装備されるものとする。
【００１７】
[0015]本発明の方法および金属検知器は、送信器装置内の電流を比較的低く維持しながら駆動コイル内に高駆動電流を作り出すことを可能にするものとし、その結果、送信器回路は、それに応じて、例えば低減された電力性能および費用で、寸法決定され得る。
【００１８】
[0016]本発明の第１の幅広い態様において、金属検知器を動作させるための方法であって、金属検知器が、製品内に電磁場を生成するための駆動コイルと、製品中に存在する金属粒子によって引き起こされる磁場の変動を検知するように配置された少なくとも１つの検知コイルと、複数の駆動スイッチを有する変換器４を備える多周波数送信器装置とを備えており、複数の駆動スイッチは、駆動スイッチが駆動電流を駆動コイルに交互に伝導し、その結果、生成された電磁場が２つ以上の異なる周波数成分を呈するような動作命令に従って駆動制御装置によって駆動される、金属検知器を動作させるための方法が提供される。
【００１９】
[0017]２つ以上の異なる周波数成分を有する電磁場は、
−  少なくとも２つの異なる周波数成分について駆動電流の波形を決定するステップと、
−  駆動電流の規定された波形に対応する、少なくとも１つのパルスシーケンス信号（以下ＰＸＭ信号と呼ばれる）を決定するステップと、
−  提供された動作命令に従って、オンラインで決定されるか、またはメモリモジュール内に格納される、少なくとも１つの決定されたＰＸＭ信号を選択するステップと、
−  決定されたＰＸＭ信号を生成および印加して、送信器装置の駆動スイッチを制御し、それにより規定された波形を有する駆動電流を生成するステップと、によって達成される。
【００２０】
[0018]少なくとも１つのＰＸＭ信号、好ましくはパルス幅変調されたまたはパルス密度変調された信号が決定され得、次いで後の使用のためにメモリ内に格納され得る。しかしながら、金属検知器が、製品および汚染物質にオンラインで同調され得るか、製品および汚染物質の変化にオンラインで適合され得るように、好ましくは、ＰＸＭ信号は、オンラインで決定および生成される。したがって、ユーザは、自分の個人的な要件に従って金属検知器を調整することができる。
【００２１】
[0019]Ｓａｒｂａｒｉ  ＤａｓおよびＭａｎｉｓｈ  Ｂｈａｒａｔ、Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＩＧＢＴ  ｓｅｒｉｅｓ  ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ  ｕｓｉｎｇ  ｐｕｌｓｅ−ｄｅｎｓｉｔｙ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、第３巻、第２号、２０１５年２月は、パルス密度変調がアナログ信号をデジタルデータで表すために使用される変調の形式であると説明する。ＰＤＭにおいては、特定の振幅値の代わりに、パルスの相対密度が、アナログ信号の振幅に対応する。
【００２２】
[0020]パルス幅変調技術は、Ｍ．Ｊ．Ｇｒｉｍｂｌｅ、Ｍ．Ａ．Ｊｏｈｎｓｏｎ、Ｊｉａｎ  Ｓｕｎ、Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ  Ｌｏｎｄｏｎ  Ｌｉｍｉｔｅｄ２０１２、第２章に説明される。原則として、ＰＷＭ信号は、参照信号を、キャリア信号、例えば、のこぎりキャリア、反転のこぎりキャリア、または三角形キャリアと比較することによって作り出され得る。したがって、駆動電流の好ましくは数学的に決定された波形は、キャリア信号、例えば、のこぎりまたは三角形キャリアと比較される参照信号として使用され得る。
【００２３】
[0021]変換器の駆動スイッチ、好ましくは、電力ＦＥＴ装置は、例えば、ブリッジ回路またはハーフブリッジ回路として配置され得る。第１の実施形態において、駆動スイッチは、片側は第１の電圧電位、例えば駆動電圧に、反対側は第２の電圧電位、例えば接地電位に接続される第１および第２のブランチであって、各々が、負荷として機能する駆動コイルの第１または第２の端にそれぞれ接続された第１または第２の中心タップを備える第１および第２のブランチ、を備える全波ブリッジまたはＨブリッジとして配置される。駆動スイッチの第１の対は、第１のブランチ内に配置され、第１の中心タップにおいて互いに接続され、駆動スイッチの第２の対は、第２のブランチ内に配置され、第２の中心タップにおいて互いに接続される。次いで、駆動スイッチは、駆動コイルの第１および第２の端が、第１および第２の電圧電位に交互に接続されるように制御される。すなわち、片側の第１のブランチの上方部および第２のブランチの下方部、ならびに反対側の第１のブランチの下方部および第２のブランチの上方部が、交互に活動状態にされ、このようにして既定の形状または波形で、駆動コイルを通る交流電流を導く。
【００２４】
[0022]第２の実施形態において、第１および第２の駆動スイッチは、片側において第１の電圧電位、例えば、第１の駆動電圧、および反対側において第２の電圧電位、例えば、第２の駆動電圧に接続されるハーフブリッジ回路を形成する。第１および第２の駆動スイッチは、ハーフブリッジ回路の中心タップにおいて接続され、中心タップに接続される駆動コイルの第１の端が第１の電圧電位および第２の電圧電位に交互に接続可能であるように制御可能である。
【００２５】
[0023]駆動スイッチは、既定のＰＸＭ信号を用いて、または２つ以上のＰＸＭ信号によって作動される。１つのみのＰＸＭ信号が提供される場合には、このＰＸＭ信号は、個々の駆動スイッチが正確に作動されるように、直接、またはインバータを介して、駆動スイッチに印加される。２つのＰＸＭ信号が提供される場合には、好ましくは増幅器を備える駆動回路は、単純化され得る。
【００２６】
[0024]好ましい実施形態において、２つ以上の異なる周波数成分について駆動電流の形状または波形を決定するステップは、少なくとも２つの異なる周波数成分のうちの１つに関して個々に電流成分を重畳することを含む。そのような周波数成分は、正弦波であり得、奇数および／または偶数高調波であり得る。故に、時間領域内の駆動電流の関数は、例えば対応するプログラムモジュールによって、数学的に決定され得る。ＰＸＭ信号は、事前に決定され得るか、またはユーザが新しい動作周波数が周波数成分であると選択するときにいつでも、決定され得る。
【００２７】
[0025]したがって、金属検知器のユーザは、どの周波数または周波数成分が潜在的な汚染物質または金属粒子を検知するのに好適であるかを決定することができる。次いで、各周波数成分について信号機能または駆動電流が、時間領域内の各周波数成分の重畳によって決定される。基本角周波数、すなわち、第１の周波数成分は、ωである。以下の式において、残りの角周波数は、３番目、７番目、および１７ｔｈ番目の高調波として選択される。４つの各周波数成分の重みは、周波数に関して逆比例を有する。
ｉ（ωｔ）＝Ｉｓｉｎ（ωｔ）＋Ｉ／３ｓｉｎ（３ωｔ）＋Ｉ／７ｓｉｎ（７ωｔ）＋Ｉ／１７ｓｉｎ（１７ωｔ）
[0026]金属検知器のユーザは、好ましくは、２つ以上の異なる周波数成分の異なるセットについて任意の数の駆動電流の波形を決定することができる。したがって、異なる製品および／または異なる潜在的な汚染物質について、ユーザは、周波数成分の好適なセットを有する駆動電流の波形を選択し得る。すなわち、ユーザは、検知プロセスを継続的に最適化することができる。
【００２８】
[0027]駆動電流の好ましくは数学的に決定された波形に対応するＰＸＭ信号は、周波数領域内に所望の周波数成分のみが現れるように、所望の精度を有する様々なやり方で決定され得る。妨害周波数成分が残っている場合には、そのような妨害周波数成分は、検知コイルからの信号および送信器装置からの参照信号を受信する位相検知器の前または後に位置するフィルタによって抑制され得る。
【００２９】
[0028]好ましい実施形態において、パルスシーケンスまたはＰＸＭ信号は、駆動電流の決定された波形の最大値および最小値ならびに三角形または台形信号の最大値および最小値が互いに対応する、および／または一致するように、三角形または台形信号を、好ましくは数学的に決定された駆動電流の波形に近似することによって得られる。次いで、ＰＸＭ信号の立ち下りおよび立ち上がりエッジのスイッチング角が、三角形または台形信号の最大値および最小値において順次規定される。三角形または台形信号の近似は、好ましくは、駆動電流の決定された波形の最小値または最大値および三角形または台形信号の最大値または最小値が同一の位置で重複するようなやり方でなされる。この形態学上の近似の基本的な概念は、２つの信号が同様の時間領域波形を有する場合には、それらは同様の振幅スペクトルを共有するものとするというものである。代替的に、ＰＷＭまたはＰＤＭ法のうちの１つが、パルスシーケンス信号を得るために使用され得る。
【００３０】
[0029]さらに好ましい実施形態において、選択された周波数成分について駆動電流の波形を好ましくは数学的に決定するための、および対応するＰＸＭ信号を決定するための説明されるプロセスは、金属検知器内に提供されるプロセッサおよび対応するプログラムによって自動的に実行される。したがって、金属検知器のユーザは、２つ以上の好適な周波数成分を自由に選択することができ、その後、上記プロセッサおよびプログラムが、ＰＸＭ信号またはＰＸＭ信号の関連スイッチング角を決定する。代替的に、標準動作周波数のセットのスイッチング角は、駆動制御装置内でしっかりとプログラムされて格納され、実行される工業または非工業プロセスに従って選択され得る。
【００３１】
[0030]エンボス周波数成分の駆動電流の波形は、好ましくは、駆動電流の波形内に存在する最低周波数を有する周波数成分の１つのサイクル持続時間にわたって決定される。駆動電流のこの時間セグメントは、連続駆動電流のすべての情報を含む。したがって、実際の駆動電流は、ＰＸＭ信号の対応するシーケンスの繰り返される印加によって、駆動電流内に含まれる最低周波数の期間にわたって駆動電流の好ましくは数学的に決定された波形を順次繰り返すことによって生成され得る。
【００３２】
[0031]駆動電流は、変換器によって提供される駆動電流および駆動コイルに送達されるコイル電流が同一であるように、駆動コイルに直接供給され得る。しかしながら、好ましい実施形態において、駆動電流は、アドミタンス装置を介して駆動コイルに供給され、このアドミタンス装置は、駆動コイルと一緒に、駆動電流の２つ以上の異なる周波数成分内で活動状態にある共振回路を形成する。アドミタンス装置および駆動コイルの共振回路を駆動電流の周波数成分に同調すること、またはその逆によって、駆動コイル内に現れる電流は、駆動スイッチまたは電力ＦＥＴを通って流れる駆動電流よりも著しく大きくなる。電力ＦＥＴを有する多周波数送信器装置は、駆動コイル内の実際に必要とされる電流よりも小さい電流のために寸法決定され得る。さらに、変換器の出力インピーダンスが、共振回路を適切に同調することにより高いとき、製品中の汚染物質を検出するのに望ましい周波数成分のレベルは増大される一方、他の望ましくない周波数成分は、増大されること、または低減されることさえもなく、こうして、得られた信号の信号対雑音比および金属検知器の感応性を改善する。
【００３３】
[0032]好ましい実施形態において、アドミタンス装置は、少なくとも、駆動コイルと一緒に第１の共振回路を形成する、第１のコンデンサおよび第１のインダクタを有する第１のブランチ、ならびに駆動コイルと一緒に第２の共振回路を形成する、第２のコンデンサおよび第２のインダクタを有する第２のブランチを備える。好ましくは、ブランチならびに／または個々のコンデンサおよびインダクタは、駆動電流内でエンボスされた周波数成分に対応する個々の共振回路を確立するために、個々に、またはグループで、駆動コイルに接続され得る。
【００３４】
[0033]最も好ましくは、周波数成分の特定のセットを有する格納されたＰＸＭ信号のうちの１つおよびアドミタンス装置内の対応する共振回路は、金属検知器のユーザによって共同で選択可能である。このやり方では、金属検知器は、製品および汚染の任意の組み合わせのために瞬時に最適化され得る。
【００３５】
[0034]片側で多周波数駆動電流を作成し、反対側でアドミタンス装置を使用するための方法およびデバイスの実装形態は、組み合わせて実施されるときに特に有利であるが、互いに独立して実施されるときにも著しい改善を提供する。すなわち、駆動コイルと一緒に２つ以上の個別に同調される共振回路を形成する本発明のアドミタンス装置は、多周波数駆動電流が別の方法に従って得られる金属検知器内でも有利に適用され得る。
【００３６】
[0035]本発明の詳細な態様および例は、図面を参照して以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１ａ】ブリッジのためである、かつ、駆動制御装置２によって提供される、以下ＰＸＭ信号と呼ばれる、選択可能なパルス幅またはパルス密度変調された信号ｓＰＸＭを用いて制御され、かつ、アドミタンス装置５を介して駆動コイルＬ６１に駆動電流ｉＤを提供する、４つの駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４を有する変換器４を備える、本発明の金属検知器１を示す図である。
【図１ｂ】ハーフブリッジを形成し、かつ、駆動制御装置２によって提供される選択可能なＰＸＭ信号ｓＰＸＭを用いて制御され、かつ、駆動電流ｉＤを、アドミタンス装置５を介して駆動コイルＬ６１に提供する、２つの駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２を有する変換器４を備える、図１ａの金属検知器１を示す図である。
【図２】駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２を制御するために使用される第１のＰＸＭ信号ｓＰＸＭ１および駆動スイッチＳ４３、Ｓ４４を制御するために使用される対応する第２のＰＸＭ信号ｓＰＸＭ２を提供する駆動制御装置２を装備した、図１ａの金属検知器１を示す図である。
【図３】各々が周波数成分の特定のセットを備える複数の格納されたＰＸＭ信号ｓＰＸＭのうちの１つを選択することを可能にする駆動制御装置２を装備し、選択されたＰＸＭ信号ｓＰＸＭの周波数成分に同調される共振回路を作成するために、各々が少なくとも１つのコンデンサＣ５１、Ｃ５２、Ｃ５ｎ、および少なくとも１つのインダクタＬ５１、Ｌ５２、Ｌ５ｎを備える複数のブランチのうちの少なくとも１つを、駆動コイルＬ６１に選択的に接続することを可能にするアドミタンス装置５を有する、図１ａの金属検知器１を示す図である。
【図４】駆動電流ｉＤの数学的に決定された波形または４つの周波数成分ω、３ω、７ω、および１７ωを含むｉ（ωｔ）ならびに駆動電流ｉ（ωｔ）の決定された波形への三角形信号ｉＤＡの近似によって決定される関連ＰＸＭ信号ｓＰＸＭを示す図である。
【図５】図１ａ、図１ｂ、図２、および図３の金属検知器の完全な周波数スペクトルについて、駆動コイルＬ６１内のコイル電流ｉＬ６１、アドミタンス装置５のブランチ内の電流ｉＬ５１、ｉＬ５２、および変換器装置４内の駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４によって送達される駆動電流ｉＤを示し、駆動電流ｉＤの周波数成分ｆＤ１、ｆＤ２がアドミタンス回路５の共鳴（共振）周波数ｆＲＥＳ１、ｆＲＥＳ２に設定される場合、駆動電流ｉＤがコイル電流ｉＬ６１よりも著しく低いことを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
[0036]図１ａは、送信器装置１０と、受信器装置１１と、送信器装置１０の出力に接続された駆動コイルＬ６１、ならびに一方の端が接地電位に、および他方の端が受信器装置１１の入力ステージに接続された２つの検知コイルＬ６２およびＬ６３を有する平衡コイルシステム６とを備える発明の金属検知器１の第１の実施形態を示す。入力ステージ７において、入力信号は、典型的には、増幅およびフィルタリングされ、次いで位相検知器８に転送される。位相検知器８は、異なる起源の信号成分の位相を区別すること、ならびに、観察される製品、および存在する場合には汚染物質に関する情報を得ることを可能にする。典型的な位相検知器、例えば、周波数混合器またはアナログ乗算器回路は、入力ステージ７によって提供される同相および直角分を表す２つの独立した電圧信号、ならびに送信器装置１０によって提供される参照信号ｆｍを生成する。位相検知器８の出力信号は、好ましくは信号プロセッサ、入力出力デバイス、キーボード、およびディスプレイを装備した制御装置９内でさらに処理される。制御装置９を用いて、ユーザは、金属検知器１の動作を制御することができる。特に、ユーザは、金属検知器の動作条件、具体的には、以下に説明されるような印加される駆動電流および動作周波数を選択することができる。受信器装置１１は、従来型の金属検知器から一般的に知られるような特徴をさらに含み得る。
【００３９】
[0037]送信器装置１０は、複数の周波数、例えば、２〜８つの周波数を有する駆動信号を提供するように設計される多周波数送信器であり、幅広い範囲の製品および汚染物質において良好な感応性を提供する。送信器装置１０は、駆動制御装置２、駆動装置３、変換器４、および好ましくは、変換器４によって提供された駆動電流ｉＤを駆動コイルＬ６１に転送するアドミタンス装置５を備える。
【００４０】
[0038]本発明のこの実施形態において、駆動制御装置２は、最低動作周波数の長期間にわたって全クロックサイクルについて駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４の状態に関連するデータ、例えば、パルス幅変調された信号またはＰＸＭ信号ｓＰＸＭのスイッチング角α１、α２、…が関連アドレスにおいて格納される、１つのメモリモジュール２３１を有するメモリ装置２３を備える。パルス幅変調された信号ｓＰＸＭの決定は、図４に関して以下に論じられる。上に概説されるように、駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４に印加されるときに駆動電流に対応する任意のパルスシーケンスＰＸＭ信号ｓＰＸＭが使用され得る。好ましくは、パルス幅変調された信号もしくはシーケンス、またはパルス密度変調された信号もしくはシーケンスが印加される。故に、パルス幅変調された信号の場合には頭字語ＰＷＭ、パルス密度変調された信号の場合にはＰＤＭを使用する代わりに、駆動電流に対応する変調されたパルスシーケンスを表す頭字語ＰＸＭが使用される。
【００４１】
[0039]システムが制御装置９によって発行されたリセット信号ｒｓによってリセットされた後、メモリモジュール２３１は、ＰＸＭ信号ｓＰＸＭのデータが、メモリモジュール２３１から順次読み出され、駆動装置３を介して駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４へ適用されるようにアドレス信号ａｄを用いてアドレスカウンタ２２によって順次アドレス指定される。ＰＸＭ信号ｓＰＸＭは、駆動素子３１および３１１を介して駆動スイッチＳ４１の入力へ、駆動素子３２および３２１を介して駆動スイッチＳ４２の入力へ、駆動素子３１’および３１２を介して駆動スイッチＳ４４の入力へ、駆動素子３２’および３２２を介して駆動スイッチＳ４３の入力へルーティングされる。駆動素子３２および３２’は、駆動スイッチＳ４１およびＳ４４が閉まっているときには駆動スイッチＳ４２およびＳ４３が常に開いていることを、ならびに駆動スイッチＳ４１およびＳ４４が開いているときには駆動スイッチＳ４２およびＳ４３が常に閉まっていることを確実にするインバータである。このやり方では、交流電流が駆動コイルＬ６１を通って流れる一方で、短絡が回避される。図面の簡便性の目的のため、素子３１、３１’および３２、３２’は重複されている。しかしながら、素子３１の出力は、素子３１１および３１２の入力に接続されてもよく、素子３２の出力は、素子３１’および３２’を必要とすることなく素子３２１および３２２の入力に接続されてもよい。
【００４２】
[0040]金属検知器の位相同期動作を得るために、クロック装置２１が提供され、これが、参照信号ｆｍをアドレスカウンタ２２、メモリ装置２３、および位相検知器８に送達する。
【００４３】
[0041]ＰＸＭ信号ｓＰＸＭのデータは、好ましくは最低動作周波数の１つの期間のみにわたって格納されるため、データは、メモリモジュール２３１から繰り返し読み出される。したがって、図４に示される駆動電流ｉＤのセグメントは、ユーザが動作を終了するか設定を変更するまで順次および繰り返し作り出される。したがって、アドレスカウンタ２２は、最低アドレス数から最高アドレス数までをカウントし、最低アドレス数で再開始する。
【００４４】
[0042]駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２；Ｓ４３、Ｓ４４は、片側は駆動電圧ＶＤに、反対側は接地電位に接続される第１のブランチおよび第２のブランチを備える全波ブリッジ回路またはＨブリッジ内に配置される。第１のブランチは、駆動コイルＬ６１の第１の端に接続された第１の中心タップを備える。第２のブランチは、駆動コイルＬ６１の第２の端に接続された第２の中心タップを備える。駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２の第１の対は、ブリッジの第１のブランチ内に配置され、第１の中心タップにおいて互いに接続される。駆動スイッチＳ４３、Ｓ４４の第２の対は、第２のブランチ内に配置され、第２の中心タップにおいて互いに接続される。上に説明されるように、ＰＸＭ信号ｓＰＸＭを駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２；Ｓ４３、Ｓ４４に印加することによって、駆動コイルＬ６１の第１および第２の端は、駆動電圧ＶＤおよび接地電位にそれぞれ交互に接続される。
【００４５】
[0043]変換器４は、例えば、ＰＸＭ信号ｓＰＸＭを決定するために使用された式：
ｉ（ωｔ）＝Ｉｓｉｎ（ωｔ）＋Ｉ／３ｓｉｎ（３ωｔ）＋Ｉ／７ｓｉｎ（７ωｔ）＋Ｉ／１７ｓｉｎ（１７ωｔ）
に従って、ＰＸＭ信号ｓＰＸＭを、所望の周波数成分、好ましくは最低周波数の高調波を含む駆動電流ｉＤに変換する。
【００４６】
図４を参照して以下に説明されるように、ＰＸＭ信号ｓＰＸＭは、好ましくは、変換器４における変換後に、例えばこの式の４つの周波数成分またはその近似値を有する駆動電流ｉＤが生成されるように、このような式に従って作成される。他の高調波は、好ましくは回避されるか抑制される。感応性を増大させるために、所望の高調波は拡大される。さらに、比較的小さい駆動電流ｉＤで高いコイル電流ｉＬ６１を生成することが望ましい。これらの目的は、駆動電流ｉＤを、アドミタンス装置５を介して駆動コイルＬ６１に誘導することによって達成される。
【００４７】
[0044]示される実施形態において、アドミタンス装置５は、コンデンサＣ５１、Ｃ５２、Ｃ５ｎおよびインダクタＬ５１、Ｌ５２、Ｌ５ｎを各々が備えたいくつかのブランチを備える。ブランチの数ｎは、駆動電流ｉＤ内に存在する周波数成分の数に対応する。ブランチＣ５１、Ｌ５１；Ｃ５２、Ｌ５２；Ｃ５ｎ、Ｌ５ｎの各々は、駆動コイルＬ６１と一緒に、駆動電流ｉＤの対応する周波数成分ω、３ω、７ω、１７ωに同調された共振回路を形成する。共鳴（共振）にある駆動コイルＬ６１内のコイル電流ｉＬ６１は、駆動電流ｉＤよりも著しく大きい。故に、一方では、駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２；Ｓ４３、Ｓ４４内を流れる駆動電流ｉＤは低減され得る一方で、高いコイル電流ｉＬ６１が達成される。したがって、変換器４は、より低い電流のために寸法決定され得、低減された費用で構築され得る。
【００４８】
[0045]図１ａの金属検知器は、駆動制御装置２内に格納されたＰＸＭ信号ｓＰＸＭの特定のセットの周波数に同調される。ブランチＣ５１、Ｌ５１；Ｃ５２、Ｌ５２；Ｃ５ｎ、Ｌ５ｎを有するアドミタンス装置５は、周波数成分ω、３ω、７ω、１７ωのこのセットで駆動コイルＬ６１と一緒に共鳴（共振）するように固定される。
【００４９】
[0046]図１ｂは、ハーフブリッジを形成し、かつ、駆動制御装置２によって提供されるパルス幅またはパルス密度変調された信号などの選択可能なＰＸＭ信号ｓＰＸＭを用いて制御される、２つの駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２を有する変換器４を有する実施形態における図１ａの金属検知器１を示す。駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２は、駆動電流ｉＤを、アドミタンス装置５を介して駆動コイルＬ６１に提供する。駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２は、片側において第１の電圧電位ＶＤ、例えば第１の駆動電圧に、および反対側において、第２の電圧電位ＶＳ、例えば第２の駆動電圧に接続されるハーフブリッジ回路を形成する。駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２は、ハーフブリッジ回路の中心タップにおいて接続され、中心タップに接続される駆動コイルＬ６１の第１の端が第１の電圧電位ＶＤおよび第２の電圧電位ＶＳに交互に接続されるように制御される。
【００５０】
[0047]さらに、上に説明されるように、好ましい実施形態において、ＰＸＭ信号ｓＰＸＭは、オンラインで生成され、変換器４に転送され得る。図１ｂでは、セレクタスイッチＳ２が提供され、これは制御信号ｃｔｒｌを用いて制御装置９によって制御される。セレクタスイッチＳ２は、メモリモジュール２３によって提供されるＰＸＭ信号ｓＰＸＭ−ＳＴＯＲＥＤを受信するように、または、制御信号ｃｔｒｌを用いて制御装置９によって制御されるプロセッサ装置２５、例えばデジタル信号プロセッサＤＳＰによってオンラインで提供されるＰＸＭ信号ｓＰＸＭ−ＯＮＬＩＮＥを受信するように設定され得る。プロセッサ装置２５において、プログラムが実施され、このプログラムにより、好適なパルス幅変調された信号および／またはパルス密度変調された信号が生成され得る。他の回路と一緒に好ましくは制御装置９内に統合されるプロセッサ装置２５はまた、後の使用のためにメモリ装置２３内に格納されるＰＸＭ信号を生成し得る。
【００５１】
[0048]論じられるすべての実施形態において、ＰＸＭ信号ｓＰＸＭは、駆動スイッチＳ４１、…、Ｓ４４の任意の構成が存在する状態で、および存在する場合にはアドミタンス装置５の任意の構成を伴って、メモリ装置２３から、および／またはプロセッサ装置２５から選択され得る。故に、個々の実施形態の特徴は、自由に組み合わせられ得る。特に、プロセッサ装置２５は、動作周波数の任意のセットを有するＰＸＭ信号ｓＰＸＭをオンラインで生成するために最も有利に使用され得る。同時にアドミタンス装置５は、動作周波数の同じセットに自動的に同調され得る。プロセッサ装置２５は、すべての開示される回路内のメモリ装置２３に取って代わり得るか、またはＰＸＭ信号ｓＰＸＭの代替源として使用され得る。
【００５２】
[0049]図２は、駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２を制御するために使用される第１のＰＸＭ信号ｓＰＸＭ１および駆動スイッチＳ４３、Ｓ４４を制御するために使用される対応する第２のＰＸＭ信号ｓＰＸＭ２を提供する駆動制御装置２を装備した、図１ａの金属検知器１を示す。第１のＰＸＭ信号ｓＰＸＭ１は、メモリモジュール２３Ａ内に格納され、第２のＰＸＭ信号ｓＰＸＭ２は、好ましくは対応するアドレスにおいてメモリモジュール２３Ｂ内に格納される。したがって、アドレスカウンタ２２は、第１のＰＸＭ信号ｓＰＸＭ１および第２のＰＸＭ信号ｓＰＸＭ２を同時に読み出すために、メモリモジュール２３Ａおよび２３Ｂ両方を同期してアドレス指定することができる。メモリモジュール２３Ａおよび２３Ｂは、互いに反転されるＰＸＭ信号ｓＰＸＭ１およびｓＰＸＭ２を格納し得る。２つのＰＸＭ信号を有することにより、両方のＰＸＭ信号が接地電位にあるときまたは両方が駆動電圧ＶＤの電位にあるとき、変換器４がその出力において０ボルト差動を有することを可能にする。これにより、台形波の生成およびより良好な電流制御が可能になる。
【００５３】
[0050]図３は、各々が特定のセットの周波数成分を備える複数の格納されたＰＸＭ信号ｓＰＸＭのうちの１つを選択することを可能にする駆動制御装置２を装備し、選択されたＰＸＭ信号ｓＰＸＭの周波数成分に同調される共振回路を作成するために、各々が少なくとも１つのコンデンサＣ５１、Ｃ５２、Ｃ５ｎ、および少なくとも１つのインダクタＬ５１、Ｌ５２、Ｌ５ｎを好ましくは備える複数のブランチのうちの少なくとも１つを、駆動コイルＬ６１に選択的に接続することを可能にするアドミタンス装置５を有する、図１ａの金属検知器１を示す。各ＰＸＭ信号ｓＰＸＭのデータは、対応するメモリモジュール２３１、２３２、２３ｎ内に個々に格納される。アドミタンス装置５のブランチは、セレクタ５０を用いて作動されるスイッチＳ５１、Ｓ５２、Ｓ５ｎを用いて個々に活動状態にされ得る。
【００５４】
[0051]動作周波数ω１、ω２、ω３、ω４の所望のセットを有する特定のＰＸＭ信号ｓＰＸＭを選択するために、およびアドミタンス装置５内の対応する共振回路またはブランチＣ５１、Ｌ５１；Ｃ５２、Ｌ５２；Ｃ５ｎ、Ｌ５ｎを選択するために、制御装置９は、周波数選択信号ｓｆを、例えばアドレスカウンタ２２に、任意選択的にメモリ装置２３に、およびセレクタ５０に提供する。次いで、アドレスカウンタ２２が、選択されたメモリモジュール２３１、２３２、または２３ｎ、およびセレクタ５０、対応するスイッチＳ５１、Ｓ５２、Ｓ５ｎをアドレス指定する。
【００５５】
[0052]したがって、図３の金属検知器１は、特定の製品および潜在的な汚染物質について選択された周波数の任意のセットに選択的に同調され得る。共鳴（共振）回路は、例えば、電子スイッチなどのスイッチを用いて、コンデンサおよびインダクタを追加することによって同調され得る。これらのアイテムの値も電子的に変更され得る。
【００５６】
[0053]図４は、４つの周波数成分ω、３ω、７ω、および１７ωを含むが妨害物のない、駆動電流ｉ（ωｔ）の数学的に決定された波形を示す。
ｉ（ωｔ）＝Ｉｓｉｎ（ωｔ）＋Ｉ／３ｓｉｎ（３ωｔ）＋Ｉ／７ｓｉｎ（７ωｔ）＋Ｉ／１７ｓｉｎ（１７ωｔ）
さらに示されるのは、数学的に決定された駆動電流ｉ（ωｔ）の決定された波形への三角形信号ｉＤＡの近似によって決定された関連ＰＸＭ信号ｓＰＸＭである。駆動電流ｉＤおよびコイル電流ｉＬ６１が図１および図３では２つのみの潜在的な勾配、ならびに図２ではゼロを含む３つの潜在的な勾配を有するため、駆動電流ｉ（ωｔ）の数学的に決定された波形は、三角形または台形セグメントを使用して、似せられる、または近似される。駆動電流ｉ（ωｔ）の数学的に決定された波形は、破線で示される。近似された三角形信号ｉＤＡの波形は、数学的に決定された駆動電流ｉ（ωｔ）の波形に密接に従う。期間の第１の半分または正半波において、三角形信号ｉＤＡの最大値は、数学的に決定された駆動電流ｉ（ωｔ）の最大値に設定される。期間の第２の半分または負半波において、三角形信号ｉＤＡの最小値は、数学的に決定された駆動電流ｉ（ωｔ）の最小値に設定される。近似された三角形信号ｉＤＡは、実際の駆動電流ｉＤではないが、理想的にはその鏡像である。近似された三角形信号ｉＤＡは、ＰＸＭ信号ｓＰＸＭに変換され、次いでこれは、変換器４内で実際の駆動電流ｉＤ、近似された三角形信号ｉＤＡの鏡像に変換される。図４では、括弧により、実際の駆動電流ｉＤがまた、少なくとも近似的には、近似された三角形信号ｉＤＡに対応することが示される。しかしながら、もし、より高い周波数が抑制されると、仮想駆動電流ｉＤは、数学的に決定された駆動電流ｉ（ωｔ）にさらに似ることになる。
【００５７】
[0054]三角形または台形セグメントによる近似は、望ましくない信号が選択された周波数成分ω１、ω２、ω３、ω４から遠く離れて発生し、したがって測定に対して著しい影響を及ぼさないという利点を有する。さらに、フーリエスペクトル内のそのような妨害信号の典型的な場所は知られており、そのような妨害信号は、適宜に選択されたフィルタによって受信器装置１１の入力ステージ７において容易に抑制され得る。上で述べた米国特許第８４７３２３５号は、位相検知器に続いてフィルタステージ置かれている回路を開示する。本発明では、フィルタリングの取り組みはより小さい。しかしながら、任意の知られているフィルタリング技術も、復調の前または後、すなわち位相検知器８の前および／または後に、検知コイルＬ６２、Ｌ６３によって送達される信号に適用され得る。
【００５８】
[0055]決定された三角形信号ｉＤＡを用いて、ＰＸＭ信号ｓＰＸＭのスイッチング角α１、α２、・・・が決定され得、これは、変換器４内の駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４を制御するために必要とされる。これらのスイッチング角α１、α２、・・・は、決定された三角形信号ｉＤＡの相対最大値および最小値に位置付けられる。それにより、ＰＸＭ信号ｓＰＸＭの立ち下りエッジは、決定された三角形信号ｉＤＡの最大値において発生するように設定され、ＰＸＭ信号ｓＰＸＭの立ち上がりエッジは、決定された三角形信号ｉＤＡの最小値において発生するように設定される。得られたＰＸＭ信号ｓＰＸＭまたはＰＸＭ信号ｓＰＸＭ１、ｓＰＸＭ２、・・・は、次いで、メモリ装置２３内、すなわちメモリモジュール２３１、２３２、２３ｎ；２３Ａ、２３Ｂのうちの１つに格納される。
【００５９】
[0056]図４は、最低周波数ωの１つの期間の長さにわたって、駆動電流の数学的に決定された波形ｉ（ωｔ）、近似された三角形信号ｉＤＡ、および決定されたＰＸＭ信号ｓＰＸＭを示す。したがって、ＰＸＭ信号ｓＰＸＭのデータを関連メモリモジュール２３１、２３２、２３ｎ；２３Ａ、２３Ｂから繰り返し読み出すことにより、ＰＸＭ信号ｓＰＸＭの連続ストリームを確立することを可能にする。
【００６０】
[0057]図５は、図１ａ、図１ｂ、図２、および図３の金属検知器の完全な周波数スペクトルについて、駆動コイルＬ６１内のコイル電流ｉＬ６１、アドミタンス装置５のブランチ内の電流ｉＬ５１、ｉＬ５２（図３を参照のこと）、および変換器装置４内の駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４によって送達される駆動電流ｉＤを示す。コイル電流ｉＬ６１の勾配はほぼ線状に延びるが、駆動電流ｉＤの曲線は、各共鳴周波数周波数ｆＲＥＳ１、ｆＲＥＳ２において強い減衰を示すため、結果として、駆動電流ｉＤは、これらのスペクトルの位置においてはコイル電流ｉＬ６１よりもかなり低い。故に、アドミタンス装置５および駆動コイルＬ６１の共鳴（共振）周波数ｆＲＥＳ１、ｆＲＥＳ２に設定された駆動周波数ｆＤ１、ｆＤ２を有する、またはその逆の、比較的小さい駆動電流ｉＤにより、大きいコイル電流ｉＬ６１が達成され得る。この有利な試みの説明はアドミタンス装置５のブランチ内に現れる電流ｉＬ５１、ｉＬ５２に関してされ得、アドミタンス装置５の共鳴（共振）周波数ｆＲＥＳ１、ｆＲＥＳ２にある電流ｉＬ５１、ｉＬ５２は、駆動コイルＬ６１内のコイル電流ｉＬ６１にあたる。アドミタンス装置５は、そのブランチ内に、受動素子、例えば、インダクタＬ５１；Ｌ５２、Ｌ５ｎおよびコンデンサＣ５１、Ｃ５２、Ｃ５ｎを含み、これらは、駆動コイルＬ６１と一緒に共鳴（共振）状態にあるとき、駆動コイルＬ６１とアドミタンス装置５のブランチとの間を循環する電流を発生させる。有利には、共鳴（共振）周波数ｆＲＥＳ１、ｆＲＥＳ２に設定された既定の駆動周波数ｆＤ１、ｆＤ２での電力循環は、アドミタンス装置５および駆動コイルＬ６１によって形成されるループ内では制限され、理想の無損失システム上で駆動点アドミタンスをゼロにする。結果として、駆動周波数ｆＤ１、ｆＤ２で駆動スイッチＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４、典型的にはＭＯＳＦＥＴを通って流れる駆動電流ｉＤは、駆動コイルＬ６１およびアドミタンス装置のブランチを通って流れるコイル電流ｉＬ６１よりもはるかに低くなる。他の利点の中でも、より低い周波数に向かったスペクトルを延伸すること、および低インピーダンス駆動コイルＬ６１を駆動できることを可能にする。
【００６１】
[0058]図面内では、アドミタンス装置５の好ましい実施形態が示される。しかしながら、規定された周波数ｆＲＥＳ１、ｆＲＥＳ２で動作する共振回路に達することを好ましくは選択的に可能にする任意の他の回路も、当然ながら適用可能である。
【符号の説明】
【００６２】
[0059]
１  金属検知器
１０  送信器装置
１１  受信器装置
２  駆動制御装置
Ｓ２  セレクタスイッチ
２１  クロック装置
２２  アドレスカウンタ
２３  メモリ装置
２３Ａ、２３Ｂ  メモリモジュール
２３１、２３２、２３３  メモリモジュール
３  駆動装置
３１、３１’  駆動素子
３２、３２’  反転駆動素子
３１１、３１２、３２１、３２２  増幅器
４  変換器
Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４  駆動スイッチ
５  アドミタンス装置
５０  セレクタ
Ｃ５１、Ｃ５２、Ｃ５３  アドミタンスコンデンサ
Ｌ５１、Ｌ５２、Ｌ５３  アドミタンスインダクタ
Ｓ５１、Ｓ５２、Ｓ５３  アドミタンススイッチ
６  （平衡）コイルシステム
Ｌ６１  駆動コイル
Ｌ６２、Ｌ６３  検知コイル
７  入力ステージ
８  位相検知器
９  制御装置／コンピュータシステム
ａｄ  アドレス信号
ｆｍ  クロック信号
ｆＤ１、ｆＤ２  周波数成分
ｉＤ  駆動電流
ｉ（ωｔ）  数学的に計算された駆動電流
ｉＤＡ  近似された三角形信号
ｉＬ５１  インダクタＬ５１内のアドミタンス電流
ｉＬ５２  インダクタＬ５２内のアドミタンス電流
ｉＬ６１  コイル電流
ｒｓ  リセット信号
ｓｆ  周波数選択信号
ｓＰＸＭ  パルス幅またはパルス密度変調された信号
ＶＤ  第１の電圧電位、第１の駆動電圧
ＶＳ  第２の電圧電位、第２の駆動電圧
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
2019132834000001.pdf