用于检测物品的设备和方法与流程

相关申请引用

本申请引用并要求于2015年6月23日提交的德国专利申请102015211551.8的优先权，其全部公开内容通过引用明确地并入本申请中。

本发明涉及具有根据权利要求1和9的前序部分的特征用于检测布置在对电磁辐射透明的物品后面的物体的设备和方法。

背景技术：

一般而言，用于在周围介质中找到金属导电物体的电感式传感器是已知的，例如从us-a5,729,143已知。

通过扁平的或平面的物品检测非金属物体的存在或移动的传感器，例如通过对光辐射不透明的板，通常基于电容测量的原理构建。例如，电容式触摸板是已知的应用，如例如由de10324579a1已知的那样，或者如在de10131243c1中所述的电容式接近传感器，其中提供具有传感器电极的传感器和用于评估传感器信号的相关控制电路，其中，另外的电极围绕传感器电极。在这些应用中，传感器单元牢固地连接到要被穿透的板，并且从传感器单元看，被检测物体在该板后面移动。由于机械装置、传感器和面板具有相对于彼此的固定电容，该固定电容在测量值中反映为恒定的基本电容。

在进一步的应用中，存在必须在平面物品或板上移动的传感器，以便定位位于其后的物体，如例如由ep0657032b1和ep1740981b1已知的那样。这包括所谓的螺柱探测器。螺柱探测器是diy从业人员和专业人员的一般辅助设备，例如，用于检测封闭木质覆层后面的立柱、柱子、管道或电源线或预制房屋的覆盖物。为此，将传感器在墙壁上引导。所述传感器用电极测量相对于墙壁的电容。如果木柱、管道或电源线位于检测范围内，则由于介电材料的变化，电容增加。这被适当地评估并显示给用户。如果传感器以与扁平物品或板完全相同的间距移动，则传感器与扁平物品或板之间的电容不改变。所述电容只是作为恒定值进入测量信号，如前两个示例所示。然而，以螺柱探测器为例，可以理解的是，在实践中维持恒定的间隔几乎是不可能的，并且因此由墙壁结构引起的基本电容作为间隔的函数而显著变化。因此，在本发明下面的描述中，螺柱检测器也被选择为示例性实施实施方式。

从形成权利要求1前序部分的基础的de202004011921u1已知一种线圈装置，特别是用于金属检测器的线圈装置，该线圈装置由发送线圈和正交于发送线圈布置的接收线圈组成。该正交布置的明显特征在于，两个线圈可以相对于彼此定位，使得在接收线圈没有外部影响的情况下，不能测量由电子信号操作的发送线圈感应的电压。在传感器的检测范围内的金属导电物体使发出的透过接收线圈的电磁场的场线弯曲，使得可在接收线圈上测量感应电压。这个电压在下面被称为测量信号。

例如，如果用这种电感式传感器已经检测到混凝土中的钢筋，传感器就沿着混凝土表面被引导。当钢筋与传感器装置的间隔最小时，会出现最大的测量信号。因此，在出现测量信号的最大值的局部位置处解读为有钢筋的存在。

例如，如果用电感式传感器以这种方式测量铸造在混凝土中的钢筋网格，则由于电感式传感器的发出电磁场而在金属导电物体中出现的涡流可能损害测量，使得例如，测量信号的最小值出现在网格的钢筋段上，并且测量信号的最大值出现在网格中间的空心位点上。沿着网格结构的循环电流就像电气回路一样负责这个效应。

由于在出现最大测量信号的位点解读钢筋段的空间位置，因此可能会产生错误的解读。在可能导致错误解释的网格状金属导电物体的不利地点处的测量信号最大值或测量信号最小值的不期望的发生在下文被称为网格效应。

de3733529a1公开具有至少四个励磁线圈和至少一个接收线圈的电感式金属检测设备。中心点布置在闭合的圆形路径上的四个激励线圈以不同电流的周期性序列被控制，使得合成磁场在与所述序列相对应的重复频率处以基本上保持恒定的幅度大体上连续地改变其方向。励磁线圈或者布置在由圆形路径跨越的平面内，或者分别与平面正交。

us2009/0219027a1公开用于检测和识别未爆炸弹药的多用传感器。多用传感器具有至少两个彼此正交布置的发送线圈和多个与其正交布置的接收线圈。接收线圈被布置在彼此间隔开的两个平面中并且正交于发送线圈地延伸，其中发送线圈被布置在接收线圈之间。

从de102010007620a1中已知接近传感器，其具有第一发送线圈、第二发送线圈、至少一个接收线圈、连接到第一发送线圈和第二发送线圈的激励器设备，以及连接到至少一个发送线圈和/或激励器设备和至少一个接收线圈的评估设备。

ep1092988a1公开用于检测由周围介质隐藏的金属物体的电感式传感器装置。该传感器装置具有以限定的间隔并且在一个平面中彼此相邻地布置的两个发送线圈，以及一对接收线圈，每个接收线圈布置在发送线圈的相应的场中，使得在没有含铁物体的环境中，在其中不感应出电压。

de102009010943a1涉及用于磁性传感器的操作方法和线圈装置，其用于检测具有第一主线圈的地下介质中的金属物体，第一线圈组的至少两个线圈布置在第一主线圈的扩展绕线筒的内部空间中，以及第二线圈组的至少两个线圈布置在第一主线圈的扩展绕线筒的内部空间中，并且具有与第一线圈组的线圈不同的取向。

技术实现要素：

从该现有技术出发，本发明的目的是提供减少或甚至消除网格效应的设备和方法。

该目的通过用于检测布置在对电磁辐射透明的物品后面的物体的设备和方法来实现，所述设备和方法分别具有权利要求1和9的特征。

优选的实施方式是从属权利要求的主题。在权利要求中陈述的各个特征可以以技术上有用的方式组合，并且可以在说明书中阐述的解释性情况下以及通过附图中的细节来增强，其中揭示本发明的进一步的实施方式。

为了解决问题，发送线圈和接收线圈彼此正交地布置，并且以不同的配置交替地操作，使得通过抵消幅度响应，可以确定是网格结构内的网格段还是空心空间存在于线圈装置之下。借助于发送和接收线圈的特殊装置和特殊布线，实现金属导电物体的精确位置确定的优点。具体地说，在金属导电网格状结构和/或电接触环路的精确位置确定中实现优点，其中利用已知的电感式传感器可以发生网格效应。这里描述的线圈装置防止网格效应的发生，使得可以精确地确定单个金属导电物体的位置以及由金属导电段组成的网格状结构的位置。

优选地，通过使用彼此相对布置的线圈的两个配置，其存在于包括多个发送和接收线圈的线圈装置中，并且添加在相应配置中确定的信号幅度，可以沿着传感器的移动路径确定对称的测量信号。有利的是，如果使用横向于前两个配置而布置的其他配置，则评估也可以横向于移动路径并因此二维地进行。通过多个配置的时分复用，可以仅用一个评估单元记录和处理多个测量信号。

在从属权利要求和以下对优选示例性实施方式的描述中公开其他优点。

附图说明

现在将参考附图中示出的示例性实施方式来更详细地描述本发明。在附图中：

图1示出简单几何线圈装置的平面图，

图2示出穿过图1的线圈装置的侧面透视图，

图3示出复制与图1有关的用于二维移动路径的线圈装置的平面图，

图4示出穿过图3的复制线圈装置的侧面透视图，

图5示出具有发送信号的发送线圈的并行驱动，

图6示出接收线圈的电子电路，

图7示意性地示出在具有简单线圈装置的金属导电网格上移动时出现的信号形状，

图8示意性地示出在具有用于对称一维测量的复制线圈装置的金属导电网格上移动时出现的信号形状，

图9示意性地示出在具有用于对称二维测量的复制线圈装置的金属导电网格上移动时出现的四种可能配置的信号形状，

图10示出磁场方向和电流方向之间的关系，如同它们出现在网格中。

具体实施方式

现在将参考附图更详细地描述本发明。然而，示例性实施方式仅涉及不旨在将本发明构思限制于特定装置的示例性实施方式。在详细描述本发明之前，应该注意的是，本发明不限于设备的各种部件和各种方法步骤，因为这些部件和方法可以变化。这里使用的表达仅仅是为了描述特定的实施方式，而不是限制性地使用。此外，如果在说明书或权利要求书中使用单数或不定冠词，那么这也涉及多个这些元件，假如总体上下文不另外清楚地揭示。

附图示出用于检测物体的设备，该物体布置在对电磁辐射透明的优选为平面的或扁平的物品12后面，所述物体在示例性实施例中是墙壁中的加强网格的网格段9.1。然而，该设备基本上也适用于检测物体引起的变化，该物体影响借助于交流电压发送信号5.1通过发送线圈而产生的电磁场。这些物体可以隐藏在地板、天花板或墙壁上的任何物品或材料的后面。

为此目的，该设备具有线圈装置，该线圈装置由第一发送线圈1.1和与第一发送线圈正交布置的至少一个第二发送线圈1.2以及与第一和第二发送线圈正交布置的至少一个第一接收线圈2.1和与第一和第二发送线圈正交布置的第二接收线圈2.3组成。线圈装置因此形成用于在设备和扁平物品12之间的相对移动时检测物体的传感器。借助于控制电路，驱动或控制至少一个发送线圈1.1、1.2，并且评估传感器的输出信号。

本申请中描述的线圈可以是任何期望的线圈，特别是印刷到导电轨道上的线圈。以下借助于假想的线圈平面和/或借助于线圈的假想的轴来描述线圈相对于彼此的空间位置。几何细节仅用于说明装置，不需要在数学上精确配置。相反，假如所描述的效果和测量精度是可实现的，则这些可能具有一定程度的不精确性。特别地，如果这些可归因于公差和/或由在图6中所示的电路容易地补偿，特别是在校准和/或调整装置方面，特别是在通过电子手段实现的线圈和/或它们的场的虚拟空间的调整和/或取向。

线圈平面可以被理解为假想的平面，该假想的平面正交于眼睛中和线圈的通电状态中出现的中心通量，特别地，其中中心通量延伸穿过眼睛的中心点。

线圈的轴线可以理解为直线，该直线延伸穿过眼睛、穿过中心通量和在中心通量的方向上。因此虚轴正交于相应的假想的线圈平面。特别地，由线圈产生的场的方向可以被理解为在投影中心中出现的中心通量的方向。因此，取决于通电，沿着虚轴相互180°相对的两个方向是可设想的。

在具有圆形绕线的线圈的情况下，假想的轴和假想的线圈平面延伸穿过圆或圆柱体的中心点，该圆或圆柱体以绕线为边界并代表线圈的眼睛。

在印刷线圈的情况下，线圈平面可以被理解为由其上印刷线圈的表面所跨越的平面，其中这样的线圈的投影中心可以被假定为二维的并且也位于表面。

线圈的投影中心可以对于扁平线圈理解为由绕线包围的区域，或者对于空间上扩展的线圈理解为由绕线包围的主体。

根据图1、图2，第一和第二发送线圈1.1、1.2的轴线1.5、1.6彼此正交，并且特别是正交地，理想地与第一接收线圈2.1的轴线2.5相交于一点。发送线圈的轴线1.5、1.6因此位于接收线圈2.1、2.2、2.3、2.4布置的平面中。第二发送线圈1.2与第一接收线圈2.1之间的间距和第一发送线圈1.1与第一接收线圈2.1之间的间距尺寸相同。这些间距被选定为尽可能小。

在图1和2中未示出的示例性实施例中，第一和第二发送线圈1.1、1.2的轴线1.5、1.6彼此正交偏斜地布置，并且特别是各自正交地，与第一接收线圈2.1的轴线2.5相交于两点。

如果提供另外的发送线圈作为第三发送线圈1.3和第四发送线圈1.4，根据图3、图4，第一发送线圈1.1和第三发送线圈1.3的轴线1.5、1.7以及第二发送线圈1.2和第四发送线圈1.4的轴线1.6、1.8在不同情况下分别彼此平行地延伸。在图3的平面图中相邻的发送线圈1.1、1.2、1.3、1.4的轴线1.5、1.6、1.7、1.8彼此正交地布置，并且与接收线圈2.5、2.6、2.7、2.8的轴线2.5、2.6、2.7、2.8理想地相交于一点，所述接收线圈分别布置在发送线圈1.1、1.2、1.3、1.4中的两个之间，所述轴线2.5、2.6、2.7、2.8正交于发送线圈1.1、1.2、1.3、1.4的轴线1.5、1.6、1.7、1.8，特别是在各自的发送线圈1.5、1.6、1.7、1.8的轴线1.5、1.6、1.7、1.8布置为彼此正交偏斜的情况下相交于两点。因此，例如，第一发送线圈1.1和第四发送线圈1.4彼此相邻并且在它们之间包围第四接收线圈2.4。因此，第一发送线圈1.1和第四发送线圈1.4以及它们的轴线1.5和1.8分别彼此正交地布置，并理想地与接收线圈2.4的轴线2.8相交于一点，所述接收线圈布置在这些发送线圈1.1和1.4之间，所述轴线2.8正交于发送线圈1.1、1.2、1.3、1.4的轴线1.5、1.6、1.7、1.8。在此同时，因此，发送线圈1.1、1.2、1.3、1.4的轴线1.5、1.6、1.7、1.8位于接收线圈2.1、2.2、2.3、2.4所布置的平面内。然而，在配合的发送线圈和相关的接收线圈之间的间距，特别是在下面描述的线圈装置的配置内的间距是相同尺寸的，并且也选择尽可能小的。

在图3的线圈装置的虚拟笛卡尔坐标系中，其原点位于接收线圈1.1、1.3之间的中间，并且其z轴指向待检测物体的方向，接收线圈2.1、2.2、2.3、2.4布置在xy平面中。如果第一发送线圈1.1位于例如xz平面内，则第二发送线圈1.2位于yz平面内。该笛卡尔坐标系的原点可以理解为线圈装置的中心点或者可以定义所述中心点。

在线圈装置的操作期间，待检测的网格结构优选平行于虚拟坐标系的xy平面并平行于接收线圈2.1、2.2、2.3、2.4所跨越的平面。为了检测，线圈装置的接收线圈2.1、2.2、2.3、2.4可以平行于网格结构定位并相应地平行于其移动。通过这种方式，所有的接收线圈2.1、2.2、2.3、2.4还有以及所有的发送线圈1.1、1.2、1.3、1.4，特别地，其轴线1.5、1.6、1.7、1.8位于xy平面内，并且接收线圈2.1、2.2、2.3、2.4的平面与目标(即，网格结构)同等强烈地感应耦合。

发送线圈和接收线圈的概念性、空间装置和与之相关的电子意义也可以互换，并由此产生相同的优点。为了说明，现在将仅考虑所有接收线圈布置在一个平面中并且发送线圈彼此正交布置的变体。当所有发送线圈布置在一个平面中并且接收线圈对其正交地布置时，使用和计算也是类似的。

为了实现所述优点，可以驱动或控制线圈装置如下：

根据图5，用ac信号5.1、5.2驱动第一和第二发送线圈，使得在周期性交流电压发送信号5.1、5.2的半周期期间，由发送线圈1.1、1.2发送的电磁场都是指向第一接收线圈2.1的方向，并且在周期性交流电压发送信号的另一个半周期期间都被引导离开第一接收线圈2.1。由于发送线圈1.1、1.2的正交布置，发送信号也彼此正交地布置并且在相应的轴线的方向上并且因此特别是在接收线圈2.1、2.2、2.3、2.4的平面的方向上延伸。第一接收线圈2.1可以与第二接收线圈2.3串联操作。接收线圈2.1、2.3因此彼此连接，使得透过结构的优选均匀的电磁场在两个接收线圈2.1、2.3中产生彼此相反指向的电压。

谐振电容器3.1可以与接收线圈对2.1、2.3并联连接。谐振电容器与接收线圈2.1、2.3一起形成谐振电路，其放大并平滑感应的ac信号。

接收线圈中感应的电压借助于合适的放大器电路进行放大和测量。由于线圈理想的几何布置，没有金属导电物体的测量信号是没有ac分量的“零信号”。公差，特别是线圈装置的有关制造的公差，和/或线圈的几何布置相对于彼此的相对小的偏差，可以借助于具有限定相位和限定幅度的交流电压补偿信号6.1而补偿，该交流电压补偿信号6.1经由补偿阻抗7.1馈送到谐振电路。

图1示出平面图，图2示出线圈装置的简单结构的侧面透视图。图5和图6示出线圈的相关电连接。具有所示连接的部件的这种装置形成第一配置，根据图7，其能够检测具有一维移动路径x的网格段。沿着平行于网格结构的传感器的移动路径而产生的第一配置8.1的幅度响应在图7中示出。信号示出一定的不对称性，取决于线圈系统的几何形状。

通过增加两个另外的发送线圈1.3、1.4，根据图3和图4实现第二种配置。在该配置中，代替第一和第二发送线圈1.1、1.2，第三和第四发送线圈1.3、1.4由交流电压发送信号5.1所驱动。此外，第一和第二接收线圈2.1、2.3用作接收器。沿着平行于网格结构的传感器的移动路径x而出现的第一和第二配置8.1、8.2的幅度响应8.1、8.2在图8中示出。通过加和第一和第二幅度响应8.1、8.2，产生对称的测量信号8.3。借助于多个配置的时间复用，可以仅用控制电路的一个评估单元(未示出)来记录多个测量信号。

借助于添加第三和第四接收线圈2.2、2.4，能够实现两种另外的配置。在第三配置中的第二和第三发送线圈1.3、1.2，以及在第四配置中的第一和第四发送线圈1.1、1.4可以用作发送器，而第三和第四接收线圈2.2、2.4可以用作接收器。图3示出这种线圈装置的平面图，并且图4示出具有四个发送线圈1.1、1.2、1.3、1.4和四个接收线圈2.1、2.2、2.3、2.4的这种线圈装置的侧面透视图。

对于第一配置，第一发送线圈1.1和第二发送线圈1.2的轴线1.5、1.6彼此正交地布置，并且特别是正交地与第一接收线圈2.1的轴线2.5相交，特别是在不同情况下理想地相交于一点，如图1和5的示例性实施例中所示。作为另外的接收线圈，第一配置包括例如第二接收线圈2.3。

对于第二配置，第三发送线圈1.3和第四发送线圈1.4的轴线1.7和1.8彼此正交地布置，并且特别是正交地与第二接收线圈2.3的轴线2.7相交，特别是在不同情况下理想地相交于一点，如图3的示例性实施方式中所示。作为另外的接收线圈，第二配置包括例如第一接收线圈2.1。

对于第三配置，第二发送线圈1.2和第三发送线圈1.3的轴线1.6和1.7彼此正交地布置，并且特别是正交地与第三接收线圈2.2的轴线2.6相交，特别是在不同情况下理想地相交于一点，如图3的示例性实施方式中所示。作为另外的接收线圈，第二配置包括例如第四接收线圈2.4。

对于第四配置，第四发送线圈1.4和第一发送线圈1.1的轴线1.8和1.5彼此正交地布置，并且特别是地正交地与第四接收线圈2.4的轴线2.8相交，特别是在不同情况下理想地相交于一点，如图3的示例性实施方式中所示。作为另外的接收线圈，第四配置包括例如第三接收线圈2.2。

这种结构允许测量平行于网格结构的传感器的二维移动上的网格段。

图10示出具有两个闭合的导电段的网格的一部分，相反方向的电磁场流过该导电段。由于电磁场的方向不同，形成不同旋转方向的环形电流。在两个在不同电磁场空间分离的接收线圈中，感应不同极性的电压。

由于图6所示的接收线圈的耦合，当线圈装置的中心点正好在将两个闭合电路彼此分开的网格段9.1之下时，从两个相对配置获得的信号幅度的量化总和是恰好最大的。如果网格段具有明显的面积和/或空间范围，则“正好在...之下”可以理解为意味着中心点位于网格段9.1的中心下方和/或线圈装置的假想的笛卡尔坐标系的z轴在中心与网格段9.1相交。

不言而喻的是，该描述可以进行各种修改、修正和改编，这些修改、修正和改编属于所附权利要求的等同物的范围内。

附图标记说明

1.1第一发送线圈

1.2第二发送线圈

1.3第三发送线圈

1.4第四发送线圈

1.5到1.8第一至第四发送线圈的轴线

2.1第一接收线圈

2.3第二接收线圈

2.2第三接收线圈

2.4第四接收线圈

2.5至2.8第一至第四接收线圈的轴线

3.1谐振电容

4.1放大器电路

5.1交流电压发送信号

5.2反向交流电压发送信号

6.1交流电压补偿信号

7.1补偿阻抗

8.1第一配置的幅度响应

8.2第二配置的幅度响应

8.3第一和第二配置的幅度响应的加和

9.1网格段

9.2网格的空心位置

11.1电流流过网格的方向

11.2电磁场线穿透网格的方向

12物品

x传感器的移动路径