用于生產(chǎn)線和包裝線的金屬檢測(cè)器的制造方法
【專利摘要】金屬檢測(cè)器(420)，包括具有入口孔(430)和出口孔(431)的金屬外殼(421)，入口孔(430)和出口孔(431)的橫截面積互相不同。在外殼(421)中為具有至少一個(gè)發(fā)射線圈(423)和至少一個(gè)第一接收線圈(424)以及至少一個(gè)第二接收線圈(425)的線圈系統(tǒng)。入口孔(430)、出口孔(431)以及線圈系統(tǒng)(423，424，425)圍繞檢測(cè)區(qū)(428)，受到檢查的物體沿行進(jìn)路徑移動(dòng)穿過檢測(cè)區(qū)域(428)，行進(jìn)路徑通過入口孔(430)進(jìn)入金屬檢測(cè)器(420)并通過出口孔(431)離開金屬檢測(cè)器(420)。檢測(cè)區(qū)域(428)非對(duì)稱并且橫截面輪廓沿行進(jìn)路徑從入口孔(430)至出口孔(431)變化，其中，線圈(423，424，425)的尺寸互不相同。第一和第二接收線圈(424，425)彼此串聯(lián)，但其繞阻以相對(duì)彼此相反的旋轉(zhuǎn)方向纏繞。當(dāng)由交變電流激勵(lì)時(shí)，至少一個(gè)發(fā)射線圈(423)產(chǎn)生初級(jí)電磁場(chǎng)，初級(jí)電磁場(chǎng)進(jìn)而地在至少一個(gè)第一接收線圈(424)中感應(yīng)第一電壓，在至少一個(gè)第二接收線圈(425)中感應(yīng)第二電壓。盡管金屬檢測(cè)器(420)不對(duì)稱，但是當(dāng)在穿過檢測(cè)區(qū)移動(dòng)的物體中沒有金屬出現(xiàn)時(shí)第一和第二電壓互相抵消。
【專利說明】用于生產(chǎn)線和包裝線的金屬檢測(cè)器
[0001] 本發(fā)明涉及用于食品工業(yè)、飲料工業(yè)、藥物工業(yè)、塑料工業(yè)、化學(xué)制品工業(yè)、包裝工 業(yè)以及其他工業(yè)的工業(yè)金屬檢測(cè)器。本文描述的金屬檢測(cè)器的主要目的是檢測(cè)物品、散裝 材料或被檢查的大體上任何物體中的金屬的存在。這樣的金屬檢測(cè)器廣泛地使用且并并入 生產(chǎn)線和包裝線，以例如檢測(cè)在生產(chǎn)過程中食物由來(lái)自破損的加工機(jī)械的金屬顆?；虺煞?的污染物，該污染物構(gòu)成食品工業(yè)中的主要安全問題。與本發(fā)明關(guān)聯(lián)并且被認(rèn)為是具有環(huán) 形線圈布置的平衡三線圈系統(tǒng)的一般類型的金屬檢測(cè)器可以被描述為，受到檢查的物品和 材料移動(dòng)穿過的排出口，例如，位于水平傳送帶上的單個(gè)包裝穿過垂直排出口，或通過垂直 的管或漏斗自由落體的大量散裝材料穿過水平地設(shè)置的排出口。
[0002] 排出口通常被配置為具有入口孔和出口孔的盒形金屬外殼。金屬檢測(cè)器的執(zhí)行部 分是纏繞在由非金屬材料制成的線圈管或普通的中空載體上的三個(gè)電子線圈的系統(tǒng)，該系 統(tǒng)被設(shè)置在金屬外殼的內(nèi)部。線圈管的孔橫截面與入口孔和出口孔的尺寸和形狀匹配并與 入口孔和出口孔對(duì)齊，以使得線圈管和入口孔以及出口孔形成限定檢測(cè)區(qū)的隧道，傳送帶 或其他運(yùn)送裝置將受到檢查的物品或材料移動(dòng)穿過該檢測(cè)區(qū)。該檢測(cè)區(qū)隧道的孔橫截面通 常是矩形或圓形，但是可以是任何其他形狀。
[0003] 在本類型現(xiàn)有技術(shù)的金屬檢測(cè)器中，線圈確切地互相平行，因此，它們的平行表面 與它們的共同中心軸線正交。中心線圈，也稱為發(fā)射線圈被連接至高頻震蕩器，并且因此 產(chǎn)生初級(jí)交變電磁場(chǎng)，該初級(jí)交變電磁場(chǎng)然后在中心線圈的每一側(cè)的兩個(gè)線圈（也稱為第 一接收線圈和第二接收線圈）中分別地感應(yīng)第一交變電壓和第二交變電壓。第一接收線圈 和第二接收線圈彼此串聯(lián)地連接，但是它們的繞阻彼此相反地纏繞。換言之，線圈線從第 一輸出端連續(xù)地延伸，穿過第一接收線圈的繞組，之后以相反的旋轉(zhuǎn)方向穿過第二接收線 圈的繞組至第二輸出端。此外，第一接收線圈和第二接收線圈位于與發(fā)射線圈相等的距離 處。因此，它們相對(duì)于發(fā)射線圈的中心平面在所有方面彼此為鏡像，因此在第一接收線圈和 第二接收線圈中由初級(jí)交變電磁場(chǎng)感應(yīng)的第一交變電壓和第二交變電壓將互相抵消。換言 之，現(xiàn)有技術(shù)的金屬檢測(cè)器的鏡面對(duì)稱導(dǎo)致在第一輸出端和第二輸出端之間獲得的電壓將 為零。
[0004] 對(duì)稱的平衡線圈布置還可以包括以這樣的方式設(shè)置的多個(gè)發(fā)射線圈以及/或者 多個(gè)接收線圈，即，以便實(shí)現(xiàn)所謂的零位平衡狀態(tài)。因此，第一接收線圈能夠形成一個(gè)或多 個(gè)入口側(cè)接收線圈，第二接收線圈能夠形成一個(gè)或多個(gè)出口側(cè)接收線圈。同樣地，發(fā)射線圈 能夠能設(shè)計(jì)為一個(gè)或多個(gè)發(fā)射線圈。
[0005] 但是，如果一塊金屬穿過該線圈布置，則電磁場(chǎng)被擾亂，從而在串聯(lián)連接的接收線 圈的輸出端上生成動(dòng)態(tài)電壓信號(hào)。
[0006] 包圍線圈布置的金屬外殼用來(lái)防止空中的電信號(hào)或附近的金屬物品和機(jī)構(gòu)干擾 金屬檢測(cè)器的正常運(yùn)行。此外，金屬外殼增加組件的強(qiáng)度和硬度，由于即使線圈相對(duì)于彼此 或相對(duì)于外殼的微小錯(cuò)位都能夠擾亂對(duì)毫微伏范圍的信號(hào)敏感的檢測(cè)系統(tǒng)，因此這絕對(duì)是 必要的。
[0007] 在前述說明的金屬檢測(cè)器中關(guān)心的問題是它們對(duì)在檢測(cè)區(qū)之外的區(qū)域（具體地， 甚至遠(yuǎn)離金屬檢測(cè)器的外殼之外）中靜止的、甚至是移動(dòng)的金屬的敏感度。這是由于這樣 的事實(shí)，即由發(fā)射線圈產(chǎn)生的電磁場(chǎng)在入口孔和出口孔之外延伸至檢測(cè)區(qū)域長(zhǎng)度的兩倍或 三倍的距離。如果在這個(gè)區(qū)域中有靜止的或移動(dòng)的金屬元件（例如支承架或傳送帶的其他 部件），則在其范圍中具有金屬元件的電磁場(chǎng)的相互作用將產(chǎn)生接收線圈的不想要的輸出 信號(hào)，該輸出信號(hào)干擾由穿過金屬檢測(cè)器行進(jìn)的受到檢查的材料中的金屬污染物產(chǎn)生的實(shí) 際檢測(cè)信號(hào)。因此，如果不使用特別的設(shè)計(jì)尺度，則在金屬檢測(cè)器的入口孔之前出口孔之后 的大空間必須保持沒有任何金屬。必須保持無(wú)金屬的區(qū)域通常被稱為"非金屬區(qū)"或MFZ。
[0008] 無(wú)金屬區(qū)的這種要求的更詳細(xì)說明和用于在上文描述的類型的金屬檢測(cè)器中 降低甚至去除無(wú)金屬區(qū)的裝置在EP0536288B1中呈現(xiàn)，其特此通過引用并入本公開。在 EP0536288B1中描述的用于降低或去除MFZ的一種可能的裝置具有金屬凸緣或套環(huán)的形 式，該金屬凸緣或套環(huán)可以與金屬檢測(cè)器外殼的入口孔和出口孔的邊緣形成一體。這些凸 緣或套環(huán)用作短路線圈，在該短路線圈中通過交替發(fā)射線圈的電磁場(chǎng)感生電流。該感生的 電流進(jìn)而產(chǎn)生次級(jí)電磁場(chǎng)，該次級(jí)電磁場(chǎng)在某些條件下能夠使發(fā)射線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)在入 口線圈之前出口線圈之后的某個(gè)距離之外無(wú)效，甚至到了這樣的程度，即外殼的孔之外的 初級(jí)電磁場(chǎng)幾乎被完全地抑制，在入口孔之前出口孔之后的非金屬區(qū)被有效地降至零，并 能夠?qū)崿F(xiàn)所謂的"零非金屬區(qū)"（ZMFZ)。
[0009] 使用前述說明的ZMFZ理念的金屬檢測(cè)器對(duì)于空間受限的情況特別有利，諸如，使 用短的傳送帶系統(tǒng)或當(dāng)將金屬檢測(cè)器安裝在垂直的流動(dòng)路徑中以例如檢查在斜槽中從稱 重機(jī)下落至制袋機(jī)的物體等。
[0010] 在上述最后提到的垂直布置的情況下，引導(dǎo)下落物體或受到檢查的材料穿過金屬 檢測(cè)器的斜槽在許多情況下或者是漏斗形，或者包括漏斗形的部分。漏斗或通常具有逐漸 變窄的橫截面的導(dǎo)管與穿過前述種類的金屬檢測(cè)器的圓柱形檢測(cè)區(qū)不匹配。因此，如果漏 斗形導(dǎo)管與金屬檢測(cè)器的外殼的入口孔匹配，則朝向出口孔在漏斗的錐形圓周和檢查區(qū)的 圓柱形內(nèi)側(cè)壁之間將會(huì)有寬增加度的空的氣室。這種布置可以被認(rèn)為在檢測(cè)器靈敏度和空 間使用方面是次佳的。更直接地，指出需要這樣的金屬檢測(cè)器，該金屬檢測(cè)器的入口孔和出 口孔以及檢測(cè)區(qū)符合槽道或斜槽的錐形的、漏斗形輪廓，該槽道或斜槽引導(dǎo)物體或材料移 動(dòng)穿過金屬檢測(cè)器。該需要的一種解決方法能夠由整個(gè)金屬檢測(cè)器的非對(duì)稱配置提供，其 中，不僅外殼的出口孔小于外殼的入口孔，而且依次互相跟隨的線圈，即入口側(cè)接收線圈、 發(fā)射線圈以及出口側(cè)接收線圈將需要逐漸地變小。同時(shí)，應(yīng)該優(yōu)選地保持平衡的線圈系統(tǒng) 和ZMFZ設(shè)計(jì)理念的優(yōu)點(diǎn)。
[0011] 因此本發(fā)明的目標(biāo)是提供例如在介紹段落中描述的通用類型的金屬檢測(cè)器，該金 屬檢測(cè)器具有被非對(duì)稱地配置的外殼和檢測(cè)器線圈系統(tǒng)，同時(shí)至少保持平衡的線圈系統(tǒng)的 功能特性。
[0012] 該目標(biāo)由具有獨(dú)立權(quán)利要求1中指定的特征的金屬檢測(cè)器滿足。本發(fā)明的多種實(shí) 施方式和細(xì)化在權(quán)利要求中呈現(xiàn)。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的金屬檢測(cè)器具有金屬外殼，該金屬外殼具有入口孔和出口孔，在金 屬外殼的內(nèi)部設(shè)置了具有至少一個(gè)發(fā)射線圈和至少一個(gè)第一接收線圈以及至少一個(gè)第二 接收線圈的線圈系統(tǒng)。入口孔、出口孔以及第一接收線圈和第二接收線圈圍繞類似隧道的 檢測(cè)區(qū)，受到檢查的物體沿運(yùn)送路徑被運(yùn)送穿過檢測(cè)區(qū)域，運(yùn)送路徑通過入口孔進(jìn)入金屬 檢測(cè)器并通過出口孔離開金屬檢測(cè)器。
[0014] 由于以下事實(shí)，本發(fā)明的金屬檢測(cè)器與已知的現(xiàn)有技術(shù)不同，即入口孔和出口孔 的橫截面積互相不同并且檢測(cè)區(qū)具有從入口孔至出口孔連續(xù)地改變的橫截面輪廓。因此， 由于線圈系統(tǒng)圍繞檢測(cè)區(qū)并因此符合檢測(cè)區(qū)的可變的橫截面輪廓，因而至少一個(gè)第一接收 線圈，至少一個(gè)發(fā)射線圈以及至少一個(gè)第二接收線圈在尺寸上互不相同。
[0015] 因此，本發(fā)明的金屬檢測(cè)器中的第一接收線圈和第二接收線圈相對(duì)于由至少一個(gè) 發(fā)射線圈限定的平面互相不對(duì)稱，但是無(wú)論是否對(duì)稱，第一接收線圈和第二接收線圈以及 至少一個(gè)發(fā)射線圈都處于平衡狀態(tài)，其中，當(dāng)在穿過檢測(cè)區(qū)移動(dòng)的物體中沒有金屬出現(xiàn)時(shí) 前述的第一電壓和第二電壓互相抵消，即至少一個(gè)第一接收線圈和至少一個(gè)第二接收線圈 被置于相對(duì)至少一個(gè)發(fā)射線圈不相同的距離處。
[0016] 由于平衡的線圈布置也可以包括以這樣的方式設(shè)置的多個(gè)發(fā)射線圈以及/或者 多個(gè)接收線圈以實(shí)現(xiàn)所謂的零位平衡條件，在下述發(fā)明構(gòu)思的說明書和權(quán)利要求的上下文 中，術(shù)語(yǔ)"發(fā)射線圈"以及/或者"接收線圈"應(yīng)該代表"至少一個(gè)發(fā)射線圈"以及/或者"至 少一個(gè)接收線圈"。
[0017] 相對(duì)于上述運(yùn)送路徑，第一接收線圈能夠被設(shè)置在發(fā)射線圈之前，而第而接收線 圈被設(shè)置在發(fā)射線圈之后。
[0018] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，第一接收線圈、第二接收線圈以及發(fā)射線圈被纏繞 在中空的共用線圈管上，該線圈管由電絕緣非金屬材料制成，并且線圈管的內(nèi)部符合檢測(cè) 區(qū)的可變橫截面輪廓。
[0019] 優(yōu)選地，第一接收線圈和第二接收線圈彼此串聯(lián)地連接，它們具有相等的少數(shù)繞 線匝數(shù)（通常為單匝），并且它們以相對(duì)彼此相反的旋轉(zhuǎn)方向纏繞。
[0020] 由于本發(fā)明的金屬檢測(cè)器沒有線圈系統(tǒng)的對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的金屬檢測(cè)器常用的對(duì) 稱性，因此找到一種平衡第一接收線圈和第二接收線圈的感應(yīng)電壓的新方法。得出接收線 圈中較小的一個(gè)應(yīng)該更靠近發(fā)射線圈，以使在不平衡的接收線圈中的感應(yīng)電壓相等。
[0021] 在示例性的實(shí)施方式中，發(fā)射線圈被置于在入口孔和出口孔之間的中心平面中， 每個(gè)接收線圈被設(shè)置在距發(fā)射線圈不同的距離處，即從中心平面關(guān)于它們的位置不對(duì)稱。 可選地，至少一個(gè)發(fā)射線圈被設(shè)置在入口孔和出口孔之間的非中心處，然而每個(gè)接收線圈 被設(shè)置在距發(fā)射線圈不同的距離處，但是無(wú)需被設(shè)置在距中心平面不同的距離處。
[0022] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，金屬檢測(cè)區(qū)具有漏斗形狀，以使得流動(dòng)流的橫截面 積從入口孔至出口孔連續(xù)地減少。漏斗形可以是如倒置的截頭圓錐，雙曲面的一部分或其 他旋轉(zhuǎn)曲面，倒置的截頭角錐，或旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的其他連續(xù)的或多層面的表面。
[0023] 在優(yōu)選實(shí)施方式中，金屬外殼被設(shè)計(jì)為在基本上一致的距離近似地遵循漏斗的形 狀。例如，如果檢測(cè)區(qū)是圓錐形，則外殼可以同樣為與線圈管同軸并與線圈管平行的截頭圓 錐?？蛇x地，線圈系統(tǒng)可以被安裝在截頭角錐形的外殼中，其中心軸線與線圈管的中心軸線 一致，并且其壁可以被傾斜為與線圈管的圓周壁相同或不同的角度。
[0024] 優(yōu)選地，線圈管和外殼之間的空間由灌封介質(zhì)填充，例如熱固性聚合物（如環(huán)氧 混合物）。這有助于固定線圈管和任何電子部件從而防止震動(dòng)和振動(dòng)并有助于排除水分。 [0025] 與最接近的現(xiàn)有技術(shù)的可比金屬檢測(cè)器相似，本發(fā)明的金屬檢測(cè)器的優(yōu)選實(shí)施方 式包括用于在距線圈系統(tǒng)一距離之外的抵消初級(jí)電磁場(chǎng)的裝置。用于抵消初級(jí)電磁場(chǎng)的裝 置優(yōu)選地被配置為金屬凸緣或套環(huán)的形式，金屬凸緣或套環(huán)與金屬檢測(cè)器的金屬外殼的入 口孔和出口孔的邊緣連接或與金屬檢測(cè)器的金屬外殼的入口孔和出口孔的邊緣形成一體。 [0026] 凸緣或套環(huán)執(zhí)行短路線圈的作用，在該短路線圈中，由發(fā)射線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)感 應(yīng)交變電流。該感應(yīng)電流進(jìn)而產(chǎn)生使發(fā)射線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)在距線圈系統(tǒng)某個(gè)距離之外無(wú) 效的次級(jí)電磁場(chǎng)，但是不影響金屬檢測(cè)器檢測(cè)包含在穿過檢測(cè)區(qū)移動(dòng)的物體中的金屬的功 能。
[0027] 優(yōu)選地，發(fā)射線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)超過其則無(wú)效的邊界直接地位于外殼的入口孔和 出口孔處。因此，沒有接近金屬檢測(cè)器的、必須保持無(wú)金屬的區(qū)域。在該優(yōu)選實(shí)施方式中， 具有非對(duì)稱配置的外殼和檢測(cè)器線圈系統(tǒng)的金屬檢測(cè)器結(jié)合了平衡的線圈系統(tǒng)的功能特 性和ZMFZ設(shè)計(jì)理念。
[0028] 為了生產(chǎn)具有非對(duì)稱配置的外殼和檢測(cè)器線圈系統(tǒng)的金屬檢測(cè)器，例如可以從嘗 試性設(shè)計(jì)開始，該嘗試性設(shè)計(jì)滿足給定的尺寸規(guī)格并提供對(duì)于滿足給定性能規(guī)格的最佳估 計(jì)。根據(jù)該最初設(shè)計(jì)并使用有限元技術(shù)，在檢測(cè)區(qū)域的內(nèi)部以及包圍金屬檢測(cè)器的環(huán)繞空 間中可以在數(shù)值上確定磁場(chǎng)。通過進(jìn)一步計(jì)算穿過接收線圈的磁通量的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，不僅在 檢測(cè)區(qū)中沒有任何金屬的情況下，而且在使用仿真的穿過檢測(cè)區(qū)移動(dòng)的金屬測(cè)試物體時(shí)， 可以估計(jì)將在接收線圈電路中感應(yīng)的電壓。在迭代循環(huán)過程中，可以進(jìn)行對(duì)嘗試性設(shè)計(jì)的 單個(gè)參數(shù)進(jìn)行修改，直到在計(jì)算機(jī)模型的結(jié)果和用于金屬檢測(cè)器的給定目標(biāo)規(guī)格之間發(fā)現(xiàn) 的差異被充分地降低以滿足給定的公差為止。
[0029] 下文將通過示例并參考原理簡(jiǎn)圖更詳細(xì)地說明根據(jù)本發(fā)明的金屬檢測(cè)器，其中：
[0030] 圖1示出具有現(xiàn)有技術(shù)的金屬檢測(cè)器和轉(zhuǎn)向設(shè)備的重力供給檢查系統(tǒng)（1A)，以及 具有現(xiàn)有技術(shù)的檢測(cè)器和立式成型填充封口（VFFS)制袋機(jī)的重力供給檢查系統(tǒng)（1B);
[0031] 圖2示出用于如圖1所示的應(yīng)用的現(xiàn)有技術(shù)的金屬檢測(cè)器的截面圖；
[0032] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的金屬檢測(cè)器的截面圖；以及
[0033] 圖4示出圖3的金屬檢測(cè)器的立體圖。
[0034] 圖1和圖2摘錄于公司出版物"金屬污染物的降低（Reduction of Metal Contamination)"，Mettler-Toledo Safe丨ine? 2008,示出了本發(fā)明的所屬領(lǐng)域的現(xiàn)有技 術(shù)。圖1A中的檢查系統(tǒng)用于在顆粒產(chǎn)品2(例如花生、大米、塑料小球、奶粉、可可豆等）中 檢測(cè)金屬污染物。產(chǎn)品2自由落體地穿過現(xiàn)有技術(shù)的金屬檢測(cè)器3 (如參照?qǐng)D2的詳細(xì)描 述的）并進(jìn)入轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)4中。只要未檢測(cè)到金屬污染物，則細(xì)長(zhǎng)漏斗狀的轉(zhuǎn)向器5允許 產(chǎn)品2繼續(xù)在垂直方向下落并繼續(xù)移動(dòng)穿過生產(chǎn)線（圖中未示出）。如果發(fā)現(xiàn)金屬存在于 產(chǎn)品2的流中，則金屬檢測(cè)器3的輸出信號(hào)致使轉(zhuǎn)向器5馬上轉(zhuǎn)換位置，以使得產(chǎn)品2的流 動(dòng)被轉(zhuǎn)向用于被拒產(chǎn)品的單獨(dú)目的地。
[0035] 在圖1B的立式成型填充封口（VFFS)制袋機(jī)10中，待包裝至袋中的產(chǎn)品11的被稱 重部分從稱重機(jī)（未在圖中示出）釋放至將產(chǎn)品導(dǎo)向塑料漏斗13的按比例出料槽12中。 漏斗13將下落的產(chǎn)品11的流集中為現(xiàn)有的金屬檢測(cè)器14(如參照?qǐng)D2詳細(xì)描述的）的孔 寬度。塑料管15繼續(xù)引導(dǎo)穿過金屬檢測(cè)器14下落的產(chǎn)品11并到達(dá)VFFS制袋機(jī)10 (只是 象征性地示出）。
[0036] 圖2示出金屬檢測(cè)器20的截面圖，該金屬檢測(cè)器20代表分別由圖1A和圖1B的 金屬檢測(cè)器3、14實(shí)施的現(xiàn)有技術(shù)。金屬檢測(cè)器20的主要部分為外殼21，具有發(fā)射線圈23 和接收線圈24、25的線圈管22,以及孔凸緣26、27,該金屬檢測(cè)器20包含如前文說明過并 在EP0536288B1中更詳細(xì)說明的無(wú)金屬區(qū)（ZMFZ)的概念。如放大的細(xì)節(jié)2a所示，線圈23、 24、25在線圈管22的凹槽中延伸，線圈繞組的旋轉(zhuǎn)方向在接收線圈24和接收線圈25之間 顛倒。外殼21和孔凸緣26、27必須由金屬制成以執(zhí)行限制由發(fā)射線圈23產(chǎn)生的初級(jí)磁場(chǎng) 的功能。另一方面，線圈管22必須由非導(dǎo)電但是機(jī)械性穩(wěn)定的材料（例如，纖維增強(qiáng)塑料） 制成。線圈管22和孔凸緣26、27形成類似隧道的圓柱形檢測(cè)區(qū)28,受到檢查的產(chǎn)品（圖 中未示出）穿過該檢測(cè)區(qū)28例如沿中軸線29 (由點(diǎn)劃線示出）的方向垂直下落地移動(dòng)，穿 過入口孔30進(jìn)入金屬檢測(cè)器20并穿過出口孔31離開金屬檢測(cè)器20。還示出了形成在外 殼21上的用于將金屬檢測(cè)器安裝在支承結(jié)構(gòu)上的套筒32、33。外殼21以及/或者線圈管 22和孔凸緣26、27的橫截面輪廓可以是圓形，但是根據(jù)用于金屬檢測(cè)器的給定應(yīng)用所要求 的，還可以具有任何其他形狀，例如正方形或矩形。但是，金屬檢測(cè)器20以及其表現(xiàn)的全部 現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)基本特性是，該設(shè)計(jì)相對(duì)于發(fā)射線圈23的平面A-A的鏡面對(duì)稱性?；ハ嚅g 距離為d的接收線圈24、25的平面平行于平面A-A延伸并與平面A-A相距相同的距離d/2。 除了它們精確的鏡面對(duì)稱性，接收線圈24、25被電精調(diào)以互相平衡并在穿過檢測(cè)區(qū)移動(dòng)的 產(chǎn)品中沒有存在金屬污染物時(shí)產(chǎn)生零輸出信號(hào)。
[0037] 孔凸緣26、27用作短路線圈，在該短路線圈中電流通過發(fā)射線圈23的交變或脈沖 初級(jí)電磁場(chǎng)被感應(yīng)。根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流總是在抵抗引起感應(yīng)電流的電磁場(chǎng)改變的方 向上流動(dòng)。因此，由孔凸緣26、27的感應(yīng)電流產(chǎn)生的次級(jí)電磁場(chǎng)抵抗初級(jí)電磁場(chǎng)。通過適 當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)并設(shè)定尺寸的孔凸緣26、27,次級(jí)電磁場(chǎng)使發(fā)射線圈的初級(jí)電磁場(chǎng)在距線圈系統(tǒng) 一定距離之外無(wú)效-尤其是金屬檢測(cè)器的入口之前以及出口之后-但是不影響金屬檢測(cè)器 下述功能，即檢測(cè)包含在穿過檢測(cè)區(qū)移動(dòng)的物體中的金屬。
[0038] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的金屬檢測(cè)器420的截面圖，該金屬檢測(cè)器420在不同直徑 的入口孔430和出口孔431之間具有圓錐形的檢測(cè)區(qū)428。在圖4中示出相同的金屬檢測(cè) 器420的外殼421的立體圖。圖3和圖4中的金屬檢測(cè)器420以及它的所有組件在功能上 與圖2的金屬檢測(cè)器20類似。根本區(qū)別是與金屬檢測(cè)器20的圓柱形監(jiān)測(cè)區(qū)域28相比，金 屬檢測(cè)器420的檢測(cè)區(qū)428是圓錐形。與圓錐形的檢測(cè)區(qū)428 -致，孔凸緣426、427的內(nèi) 部和線圈管422被確定形狀并互相對(duì)準(zhǔn)作為具有中心軸線429的截頭圓錐的三個(gè)部分。圖 3和圖4中的外殼421的側(cè)壁435為吊架形，并以與線圈管422的線圈壁相同的角度傾斜， 但是這只代表設(shè)計(jì)選擇。外殼421也可以是例如盒形或圓柱形。還示出形成在外殼421上 的用于將金屬檢測(cè)器420安裝在支承結(jié)構(gòu)上的套筒432、433。
[0039] 使用圓錐形線圈管422,接收線圈424、425當(dāng)然可以使尺寸不再相等，它們距發(fā)射 線圈423的距離也可以不相等。通過定性說明的方式，如果接收線圈424、425被置于距發(fā) 射線圈423的任一邊相等的距離處，則穿過較小的接收線圈425的磁通量將小于穿過較大 的接收線圈424的磁通量。換言之，線圈系統(tǒng)將不會(huì)被平衡。這種平衡不會(huì)通過提高較小 的線圈425中的饒線匝數(shù)而糾正，這是因?yàn)樾枰芮锌刂瞥尸F(xiàn)給接收線圈中的前置放大器 的阻抗，以保持最優(yōu)的信噪比，這確定線圈的電感以及，尤其是規(guī)定接收線圈424、425中的 低數(shù)量的繞線匝數(shù)，通常如圖3中圈出的細(xì)節(jié)3a所示的只有單匝。因此。為了平衡接收線 圈424、425,發(fā)射線圈423需要被移動(dòng)至更靠近較小的接收線圈425。在示出的示例中，通 過在接收線圈之間的距離d，發(fā)射線圈423已經(jīng)被放置在距較小的接收線圈425的距離為 e〈d/2處。因此，發(fā)射線圈423的直徑小于接收線圈424、425的平均直徑，即c〈 (a+b)/2。如 前所述，則利用計(jì)算機(jī)模型的幫助，通過迭代修改的處理，能夠確定發(fā)射線圈423在接收線 圈424、425之間的準(zhǔn)確位置以及殼體和孔凸緣的幾何細(xì)節(jié)，直到關(guān)于線圈系統(tǒng)的平衡、在 金屬檢測(cè)器之外的初級(jí)電磁場(chǎng)的抵消以及對(duì)穿過金屬檢測(cè)器移動(dòng)的金屬物體的檢測(cè)靈敏 度的給定要求在規(guī)定的容差內(nèi)滿足為止。
[0040] 在圖4的立體圖中，在朝向觀看者一側(cè)的吊架形的外殼壁435是可拆卸的，以使得 允許安裝線圈管，可能地，允許安裝與檢測(cè)器關(guān)聯(lián)的電子電路的敏感元件，例如連接至接收 線圈424、425的輸出的前置放大器電路。安裝之后，在線圈管和外殼壁之間的空閑空間填 充灌封料并且卸下的側(cè)壁435被放回適當(dāng)?shù)奈恢貌⒐潭ā?br> [0041] 盡管已經(jīng)通過實(shí)施方式的具體示例的描述說明了本發(fā)明，明顯地，基于本公開所 提供的知識(shí)，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)為多種其他變化。
[0042] 例如，本發(fā)明的實(shí)施方式可能使用對(duì)稱的平衡線圈布置的其他現(xiàn)有技術(shù)，該布置 包括被設(shè)置為非對(duì)稱的多個(gè)傳遞線圈以及/或者多個(gè)接收線圈以在漏斗形配置中實(shí)現(xiàn)零 位平衡條件。
[0043] 與作為感應(yīng)電流的被動(dòng)載體的金屬凸緣或線圈相比，本發(fā)明的其他實(shí)施方式也是 可能的，漏斗具有傾斜的錐形或金字塔形，或其中用于降低或排除非金屬區(qū)的裝置是在入 口孔和開口孔處或在入口孔和開口孔附近的線圈，這些裝置由電子電路有源地激勵(lì)。應(yīng)該 理解，所有這些變形和組合被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0044] 附圖標(biāo)記列表
[0045] 1檢查系統(tǒng)
[0046] 2顆粒產(chǎn)品
[0047] 3金屬檢測(cè)器（現(xiàn)有技術(shù)）
[0048] 4轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)
[0049] 5漏斗形轉(zhuǎn)向器
[0050] 10立式成型填充封口（VFFS)制袋機(jī)
[0051] 11待包裝至袋中的產(chǎn)品
[0052] 12按比例出料槽
[0053] 13塑料漏斗
[0054] 14金屬檢測(cè)器（現(xiàn)有技術(shù)）
[0055] 15塑料漏斗
[0056] 20金屬檢測(cè)器（現(xiàn)有技術(shù)）
[0057] 21 外殼
[0058] 22線圈管
[0059] 23發(fā)射線圈
[0060] 24、25接收線圈
[0061] 26、27 孔凸緣
[0062] 28檢測(cè)區(qū)
[0063] 29 中心軸線
[0064] 30 入口孔
[0065] 31 出口孔
[0066] 32、33 套管
[0067] 420金屬檢測(cè)器
[0068] 421 外殼
[0069] 422線圈管
[0070] 423發(fā)射線圈
[0071] 424、425 接收線圈
[0072] 426、427 孔凸緣
[0073] 428檢測(cè)區(qū)
[0074] 429 中央軸線
[0075] 430 入口孔
[0076] 431 出口孔
[0077] 432、433 套筒
[0078] 435外殼的吊架形側(cè)壁
【權(quán)利要求】
1. 金屬檢測(cè)器（420)，包括具有入口孔（430)和出口孔（431)的金屬外殼（421)，所述 入口孔（430)和所述出口孔（431)的橫截面積在尺寸上互相不同，所述金屬檢測(cè)器（420) 在所述外殼（421)中還包括具有至少一個(gè)發(fā)射線圈（423)和至少一個(gè)第一接收線圈（424) 以及至少一個(gè)第二接收線圈（425)的線圈系統(tǒng)，所述發(fā)射線圈（423)、所述第一接收線圈 (424)以及所述第二接收線圈（425)約束在入口孔（430)和出口孔（431)之間延伸的檢 測(cè)區(qū)（428)，受到檢查的物體能夠沿行進(jìn)路徑移動(dòng)穿過所述檢測(cè)區(qū)域（428)，所述行進(jìn)路 徑通過所述入口孔（430)進(jìn)入所述金屬檢測(cè)器（420)并通過所述出口孔（431)離開所述 金屬檢測(cè)器（420)，所述檢測(cè)區(qū)域（428)具有沿所述行進(jìn)路徑變化的橫截面輪廓并且所述 線圈（423、424、425)的尺寸互不相同，其中，當(dāng)由交變電流激勵(lì)時(shí)，所述至少一個(gè)發(fā)射線 圈（423)產(chǎn)生初級(jí)電磁場(chǎng)，所述初級(jí)電磁場(chǎng)進(jìn)而在所述至少一個(gè)第一接收線圈（424)中感 應(yīng)第一電壓，在所述至少一個(gè)第二接收線圈（425)中感應(yīng)第二電壓，并且其中，所述至少一 個(gè)第一接收線圈（424)和所述至少一個(gè)第二接收線圈（425)相對(duì)所述至少一個(gè)發(fā)射線圈 (423) 位于不相同的距離，以使得當(dāng)在受到檢查的所述物體中沒有金屬出現(xiàn)時(shí)所述第一電 壓和所述第二電壓互相抵消。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬檢測(cè)器（420)，其特征在于，所述至少一個(gè)第一接收線圈 (424) 相對(duì)于所述行進(jìn)路徑被安裝在所述至少一個(gè)發(fā)射線圈（423)的上游，所述至少一個(gè) 第二接收線圈（425)相對(duì)于所述行進(jìn)路徑被安裝在所述至少一個(gè)發(fā)射線圈（423)的下游。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬檢測(cè)器（420)，其特征在于，所述第一接收線圈 (424)、所述第二接收線圈（425)以及所述發(fā)射線圈（423)被纏繞在中空的共用線圈管 (422) 上，所述線圈管（422)由電絕緣非金屬材料制成，并且所述線圈管（422)的內(nèi)部符合 所述檢測(cè)區(qū)（428)的所述可變橫截面輪廓，并且/或者所述第一接收線圈（424)和所述第 二接收線圈（425)彼此串聯(lián)地連接，但是其繞阻以相對(duì)彼此相反的旋轉(zhuǎn)方向纏繞。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的金屬檢測(cè)器（420)，其特征在于，所述發(fā)射線圈（423) 被放置在所述第一接收線圈（424)和所述第二接收線圈（425)之間、偏離中心處。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬檢測(cè)器（420)，其特征在于，所述發(fā)射線圈（423)被放置 于所述入口孔（430)和所述出口孔（431)之間的中心平面中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬檢測(cè)器（420)，其特征在于，所述發(fā)射線圈（423)被放置 在所述入口孔（430)和所述出口孔（431)之間、偏離中心處。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的金屬檢測(cè)器（420)，其特征在于，所述發(fā)射線圈 (423) 被設(shè)置為更靠近所述第一接收線圈（424)和所述第二接收線圈（425)中較小的一個(gè)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的金屬檢測(cè)器（420)，其特征在于，所述檢測(cè)區(qū)（428) 具有漏斗的形狀。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬檢測(cè)器（420)，其特征在于，所述漏斗形如倒置的截頭圓 錐，雙曲面的一部分或其他旋轉(zhuǎn)曲面，倒置的截頭角錐，或旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的其他連續(xù)的或多層面 的表面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的金屬檢測(cè)器（420)，其特征在于，所述金屬外殼（421) 的形狀與所述漏斗的形狀不同。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的金屬檢測(cè)器（420)，其特征在于，所述金屬外殼（421) 近似地遵循所述漏斗的形狀，在所述線圈管（422)和所述外殼（421)之間留出寬度基本上 一致的空間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求3至11之一所述的金屬檢測(cè)器（420)，其特征在于，在所述線圈管 (422)和所述外殼（421)之間的空間由灌封料填充。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12之一所述的金屬檢測(cè)器（420)，其特征在于，所述金屬檢測(cè)器 (420)還包括用于抵消在距所述線圈系統(tǒng)一距離之外的初級(jí)電磁場(chǎng)的裝置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的金屬檢測(cè)器（420)，其特征在于，用于抵消初級(jí)電磁場(chǎng)的 裝置包括金屬凸緣或套環(huán)（426、427)，所述金屬凸緣或套環(huán)（426、427)與所述金屬檢測(cè)器 (420)的所述外殼（421)的所述入口孔（430)和所述出口孔（431)的邊緣連接、或與所述金 屬檢測(cè)器（420)的所述外殼（421)的所述入口孔（430)和所述出口孔（431)的邊緣形成一 體。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的金屬檢測(cè)器（420)，其特征在于，所述發(fā)射線圈（423) 的所述初級(jí)電磁場(chǎng)在超出殼體的界限之外無(wú)效，并且不到達(dá)所述入口孔和所述出口孔的外 部。
【文檔編號(hào)】G01V3/10GK104105986SQ201380007004
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2013年2月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月17日
【發(fā)明者】達(dá)倫·巴特沃斯, 阿爾佛雷德·亞歷山大·泰勒, 達(dá)爾倫·肯·阿爾沁 申請(qǐng)人:梅特勒-托利多安全線有限公司, Tna 澳大利亞有限公司