專利名稱：金屬檢測(cè)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬檢測(cè)機(jī)。
背景技術(shù)：
目前采用通用技術(shù)的金屬探測(cè)儀采用模擬電路加上數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)，針對(duì)物料效應(yīng)抑制等控制方式操作麻煩，對(duì)于檢測(cè)狀態(tài)無(wú)法記錄。更換檢測(cè)產(chǎn)品時(shí)操作麻煩。實(shí)際使用效果受人為因素干擾。本案采用DSP技術(shù)及算法針對(duì)性解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為提供一種包含物料效應(yīng)抑制功能和自動(dòng)調(diào)試(學(xué)習(xí)功能)的新型金屬異物檢測(cè)機(jī)，該檢測(cè)機(jī)針對(duì)被檢測(cè)物的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性而產(chǎn)生的物料效應(yīng)，可以自動(dòng)抑制。抑制方法通過(guò)基于DSP的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)完成。實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)學(xué)習(xí)功能，極大的降低了設(shè)備使用的復(fù)雜程度，較少了使用的人力和成本。實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案如下金屬檢測(cè)機(jī)，其特征為，包括人-機(jī)對(duì)話系統(tǒng)，包括微型計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、輸入裝置和顯示裝置，與數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)485總線連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與命令交換；OSC基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，生成頻率IOkHz 800kHz的方波，并發(fā)送至波形整形電路； 波形整形電路，生成同頻正弦波，并發(fā)送到功率放大電路；功率放大電路，將正弦波放大后輸送到探測(cè)頭的發(fā)射線圈；相位校準(zhǔn)電路，接收功率放大電路的輸出信號(hào)，將基準(zhǔn)信號(hào)的基準(zhǔn)相位調(diào)整到0 并輸送到正交基準(zhǔn)調(diào)整電路；正交基準(zhǔn)調(diào)整電路，將信號(hào)調(diào)整為兩個(gè)頻率與基頻相同，相互正交的兩路正弦信號(hào)；接收線圈，用于接收發(fā)射線圈所建立的交變磁場(chǎng)，并傳輸至差動(dòng)接收電路，差動(dòng)接收輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)Ik IOk倍放大后的輸出信號(hào)與正交基準(zhǔn)調(diào)整電路的兩路輸出信號(hào)一起連接到同步解調(diào)電路的對(duì)應(yīng)輸入端；同步解調(diào)電路的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波電路后的輸出信號(hào)主要為差動(dòng)輸出信號(hào)幅值變化的包絡(luò)信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后采入數(shù)字信號(hào)處理器。所述數(shù)字信號(hào)處理器還連有控制單元，控制單元還分別連接電機(jī)、報(bào)警和剔除器。所述發(fā)射線圈為由直徑為1.0 5. Omm的導(dǎo)線構(gòu)成的單圈周長(zhǎng)為100 2000mm 的線圈。所述功率放大電路包括基于功率管的推挽式放大器及LC震蕩器，以及由軟磁鐵氧體構(gòu)成的傳輸變壓器。所述數(shù)字信號(hào)處理器分別通過(guò)一增益控制電路連接到功率放大電路和差動(dòng)接收電路。所述接收線圈為與發(fā)射線圈相同的材料構(gòu)成的兩個(gè)在發(fā)射線圈兩側(cè)對(duì)稱分布的
3單圈線圈，且與發(fā)射線圈平行。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1 采用軟件方式實(shí)現(xiàn)物料效應(yīng)的抑制，取消了傳統(tǒng)的基于全通移相電路的模擬電路方式，使得物料效應(yīng)的抑制功能可控、精確、自動(dòng)化；2:數(shù)字存儲(chǔ)功能，可以將不同北側(cè)產(chǎn)品的檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，再次使用時(shí)只需要從存儲(chǔ)其中調(diào)出，避免了繁瑣的重復(fù)調(diào)試過(guò)程；3 針對(duì)所有控制對(duì)象的控制完全數(shù)字化控制；4 自動(dòng)設(shè)定(學(xué)習(xí))功能，簡(jiǎn)化了操作過(guò)程，節(jié)省了操作時(shí)間和成本。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明的OSC信號(hào)發(fā)生器電原理圖；圖3為本發(fā)明的波形轉(zhuǎn)換電路的電原理圖；圖4為本發(fā)明的功率放大電路的電原理圖；圖5為本發(fā)明的增益控制電路的電原理圖；圖6為本發(fā)明的相位校準(zhǔn)電路的電原理圖；圖7為本發(fā)明的正交基準(zhǔn)調(diào)整電路的電原理圖；圖8為本發(fā)明的差動(dòng)接收電路的電原理圖；圖9為本發(fā)明的同步解調(diào)電路的電原理圖；圖10為本發(fā)明的低通濾波電路的電原理圖。其中圖2至圖10為本發(fā)明的各部分的電原理圖，各電路之間相連接的部位在對(duì)應(yīng)的圖的對(duì)應(yīng)的部位標(biāo)有相同符號(hào)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1至圖10所示，金屬檢測(cè)機(jī)，其特征為，包括人-機(jī)對(duì)話系統(tǒng)，包括微型計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、輸入裝置和顯示裝置，與數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)485總線連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與命令交換；OSC基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，生成頻率IOkHz 800kHz的方波，并發(fā)送至波形整形電路； 波形整形電路，生成同頻正弦波，并發(fā)送到功率放大電路；功率放大電路，將正弦波放大后輸送到探測(cè)頭的發(fā)射線圈；相位校準(zhǔn)電路，接收功率放大電路的輸出信號(hào)，將基準(zhǔn)信號(hào)的基準(zhǔn)相位調(diào)整到0 并輸送到正交基準(zhǔn)調(diào)整電路；正交基準(zhǔn)調(diào)整電路，將信號(hào)調(diào)整為兩個(gè)頻率與基頻相同，相互正交的兩路正弦信號(hào)；接收線圈，用于接收發(fā)射線圈所建立的交變磁場(chǎng)，并傳輸至差動(dòng)接收電路，差動(dòng)接收輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)Ik IOk倍放大后的輸出信號(hào)與正交基準(zhǔn)調(diào)整電路的兩路輸出信號(hào)一起連接到同步解調(diào)電路的對(duì)應(yīng)輸入端；同步解調(diào)電路的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波電路后的輸出信號(hào)主要為差動(dòng)輸出信號(hào)幅值變化的包絡(luò)信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后采入數(shù)字信號(hào)處理器。
本發(fā)明的工作過(guò)程如下在由OSC基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器1生成頻率IOkHz 800kHz的方波，包括OSC震蕩電路和分頻電路。其具體電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。通過(guò)選用不同的基頻頻率的石英振蕩器配合不同的分頻比來(lái)靈活得到IOkHz 800kHz范圍內(nèi)的方波。OSC基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器1生成的方波輸出到波形整形電路2，得到同頻正弦波。波形整形電路2由LC諧振電路構(gòu)成。具體電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。波形整形電路2的輸出信號(hào)基頻正弦信號(hào)輸出到功率放大電路3，經(jīng)過(guò)功率放大后連接到探測(cè)頭的發(fā)射線圈4上。足以通過(guò)發(fā)射線圈在檢測(cè)區(qū)域建立足夠強(qiáng)度的交變磁場(chǎng)。功率放大電路4的具體電路如圖4所示，包括基于功率管的推挽式放大器及LC震蕩器， 以及由軟磁鐵氧體構(gòu)成的傳輸變壓器。發(fā)射線圈4為由單圈周長(zhǎng)約IOOmm 2000mm的直徑1. Omm 5. Omm的銅質(zhì)漆包線或銅管構(gòu)成。為得到良好的檢測(cè)靈敏度，發(fā)射線圈兩側(cè)的交流電壓峰峰值必須大于4 20V。實(shí)際試驗(yàn)表明，該電壓值越大，實(shí)際檢測(cè)靈敏度越高。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，方便使用，本發(fā)明包含增益控制電路6。該模塊可以控制功率放大電路的放大增益，以滿足實(shí)際產(chǎn)品的最大適應(yīng)性。增益控制電路6的具體電路如圖 5所示。功率放大電路3的輸出信號(hào)連接到相位校準(zhǔn)電路7，將基準(zhǔn)信號(hào)的基準(zhǔn)相位調(diào)整到0，相位校準(zhǔn)電路7的具體電路如圖6所示。相位校準(zhǔn)電路7的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)正交基準(zhǔn)調(diào)整電路8得到兩個(gè)頻率與基頻相同，相互正交的兩路正弦信號(hào)sin和cos。Sin和cos的信號(hào)幅值為IV，偏置為0。正交基準(zhǔn)調(diào)整電路8的具體電路如圖7所示。接收線圈5為與發(fā)射線圈平行，對(duì)稱分布的單圈線圈，與發(fā)射線圈由相同材料構(gòu)成。用于接收發(fā)射線圈所建立的交變磁場(chǎng)，差動(dòng)輸出的信號(hào)體現(xiàn)出包含兩接收線圈不對(duì)稱程度的差值信號(hào)。差動(dòng)輸出的信號(hào)的變化可以表征檢測(cè)區(qū)域磁場(chǎng)的正弦交變磁場(chǎng)的變化。 實(shí)際產(chǎn)品中通過(guò)各種可能的措施消除其他因素對(duì)該磁場(chǎng)的影響，因此差動(dòng)輸出信號(hào)的變化主要體現(xiàn)為金屬或被檢測(cè)產(chǎn)品的進(jìn)入對(duì)檢測(cè)區(qū)域磁場(chǎng)帶來(lái)的影響。差動(dòng)輸出信號(hào)通常經(jīng)過(guò) Ik IOk倍放大后至差動(dòng)接收電路9。差動(dòng)接收電路和前級(jí)放大電路具體如圖8所示。差動(dòng)接收輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)Ik IOk倍放大后的輸出信號(hào)與正交基準(zhǔn)調(diào)整電路8的兩路輸出信號(hào)一起連接到同步解調(diào)電路10的對(duì)應(yīng)輸入端，輸出兩路包含二倍頻基頻信號(hào)與差動(dòng)輸出信號(hào)幅值變化的包絡(luò)信號(hào)由金屬或被檢測(cè)產(chǎn)品對(duì)檢測(cè)磁場(chǎng)的影響而產(chǎn)生，主要通過(guò)對(duì)該信號(hào)的后續(xù)處理來(lái)得到金屬對(duì)檢測(cè)磁場(chǎng)的影響。同步解調(diào)電路10的具體實(shí)現(xiàn)電路如圖9所示。同步解調(diào)電路10的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波電路11后的輸出信號(hào)主要為差動(dòng)輸出信號(hào)幅值變化的包絡(luò)信號(hào)。經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路12后采入DSP系統(tǒng)13。低通濾波11的具體實(shí)現(xiàn)電路如圖10所示。為提供良好的人-機(jī)對(duì)話系統(tǒng)15，由鍵盤、IXD顯示屏和MCU微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，根據(jù)需要可以連接上微型打印機(jī)共同構(gòu)成。人-機(jī)對(duì)話系統(tǒng)15通過(guò)485總線技術(shù)與DSP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與命令交換。DSP/MSP 13連接控制單元17對(duì)被控制對(duì)象電機(jī)19、報(bào)警20、剔除器21實(shí)行控制。 通常包括正常的電機(jī)啟動(dòng)/停止控制、檢測(cè)到金屬后停止電機(jī)、發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以及按照應(yīng)用需要，連接上剔除器，當(dāng)檢測(cè)到金屬雜質(zhì)時(shí)控制剔除器21的動(dòng)作與復(fù)位。對(duì)應(yīng)兩路A/D采樣信號(hào)表示為A和B，自動(dòng)設(shè)定(自動(dòng)學(xué)習(xí))過(guò)程，IXD顯示屏提
5示放入不含有金屬雜質(zhì)的純凈產(chǎn)品樣品，DSP經(jīng)A/D采樣器對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行采樣，記錄下采樣過(guò)程的數(shù)據(jù)，找到兩個(gè)周期的A路極大值A(chǔ)1、A2及對(duì)應(yīng)時(shí)刻的Btl、Bt2，以及B路極大值
B1、B2及對(duì)應(yīng)時(shí)刻的Atl，At2。以及Al、Bl發(fā)生的時(shí)間T1、T2。兩路信號(hào)的延時(shí)Delta T為Delta T = T1-T2 ；..............................................................1.1兩路信號(hào)幅值的比值為Tan Tan 1 = A1/B1 ；................................................................1.2Tan 2 = A2/B2 ；................................................................1.3Tan = (Tanl+Tan2)/2 ；..........................................................1.4Theta = Arc tan (Tan) ；.........................................................1. 5X = Sin(Iheta) ；...............................................................1.6Y = cos(Theta) ；...............................................................1.7記錄X和Y的數(shù)值，正常檢測(cè)時(shí)對(duì)每個(gè)A路采樣的數(shù)值經(jīng)過(guò)T延時(shí)后乘上X和Y 得到A*X和A*Y，對(duì)B路采樣值乘上X和Y得到B*X和B*Y ；M = A*X+B*Y ；..................................................................1.8N = A*Y+B*X。..................................................................1.9當(dāng)被檢測(cè)的產(chǎn)品為含有明顯物料效應(yīng)的產(chǎn)品時(shí)，可以將N對(duì)應(yīng)的數(shù)字放大增益調(diào)整到零或很小的數(shù)值，通過(guò)調(diào)節(jié)M的增益來(lái)控制金屬異物的檢測(cè)靈敏度。當(dāng)被檢測(cè)的產(chǎn)品不含有明顯的物料效應(yīng)時(shí)，可以同時(shí)判斷M和N兩路信號(hào)來(lái)控制金屬異物檢測(cè)的靈敏度。
權(quán)利要求
1.金屬檢測(cè)機(jī)，其特征為，包括人-機(jī)對(duì)話系統(tǒng)，包括微型計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、輸入裝置和顯示裝置，與數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)485總線連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與命令交換；OSC基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，生成頻率IOkHz 800kHz的方波，并發(fā)送至波形整形電路；波形整形電路，生成同頻正弦波，并發(fā)送到功率放大電路；功率放大電路，將正弦波放大后輸送到探測(cè)頭的發(fā)射線圈；相位校準(zhǔn)電路，接收功率放大電路的輸出信號(hào)，將基準(zhǔn)信號(hào)的基準(zhǔn)相位調(diào)整到0并輸送到正交基準(zhǔn)調(diào)整電路；正交基準(zhǔn)調(diào)整電路，將信號(hào)調(diào)整為兩個(gè)頻率與基頻相同，相互正交的兩路正弦信號(hào)；接收線圈，用于接收發(fā)射線圈所建立的交變磁場(chǎng)，并傳輸至差動(dòng)接收電路，差動(dòng)接收輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)Ik IOk倍放大后的輸出信號(hào)與正交基準(zhǔn)調(diào)整電路的兩路輸出信號(hào)一起連接到同步解調(diào)電路的對(duì)應(yīng)輸入端；同步解調(diào)電路的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波電路后的輸出信號(hào)主要為差動(dòng)輸出信號(hào)幅值變化的包絡(luò)信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后采入數(shù)字信號(hào)處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬檢測(cè)機(jī)，其特征為所述數(shù)字信號(hào)處理器還連有控制單元， 控制單元還分別連接電機(jī)、報(bào)警和剔除器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬檢測(cè)機(jī)，其特征為所述發(fā)射線圈為由直徑為1.0 5. Omm 的導(dǎo)線構(gòu)成的單圈周長(zhǎng)為100 2000mm的線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬檢測(cè)機(jī)，其特征為所述功率放大電路包括基于功率管的推挽式放大器及LC震蕩器，以及由軟磁鐵氧體構(gòu)成的傳輸變壓器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬檢測(cè)機(jī)，其特征為所述數(shù)字信號(hào)處理器分別通過(guò)一增益控制電路連接到功率放大電路和差動(dòng)接收電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬檢測(cè)機(jī)，其特征為所述接收線圈為與發(fā)射線圈相同的材料構(gòu)成的兩個(gè)在發(fā)射線圈兩側(cè)對(duì)稱分布的單圈線圈，且與發(fā)射線圈平行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬檢測(cè)機(jī)，其特征為數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換電路采集的兩路信號(hào)分別乘以一個(gè)特定的系數(shù)后相加，對(duì)物料效應(yīng)信號(hào)抑制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬檢測(cè)機(jī)，其特征為兩個(gè)系數(shù)通過(guò)在自動(dòng)設(shè)定階段通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)產(chǎn)品的采樣后求得。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬檢測(cè)機(jī)，其特征為兩個(gè)系數(shù)之間的關(guān)系為正弦與余弦函數(shù)關(guān)系，兩個(gè)系數(shù)的平方和始終等于1。
全文摘要
本發(fā)明為金屬檢測(cè)機(jī)，包括人-機(jī)對(duì)話系統(tǒng)，人-機(jī)對(duì)話系統(tǒng)通過(guò)485總線與數(shù)字信號(hào)處理器連接，還包括OSC基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，OSC基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器連接波形整形電路，波形整形電路連接功率放大電路，功率放大電路連接到探測(cè)頭的發(fā)射線圈，所述功率放大電路還連接相位校準(zhǔn)電路，所述相位校準(zhǔn)電路連接至正交基準(zhǔn)調(diào)整電路，正交基準(zhǔn)調(diào)整電路連接至同步解調(diào)電路，探測(cè)頭的接收線圈連接至差動(dòng)接收電路，差動(dòng)接收電路又連接至同步解調(diào)電路，同步解調(diào)電路連接至低通濾波電路，低通濾波電路連接至A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路連接至數(shù)字信號(hào)處理器，所述數(shù)字信號(hào)處理器還連接至功率放大電路和差動(dòng)接收電路。
文檔編號(hào)G01V3/10GK102298159SQ201010206168
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者洪堅(jiān) 申請(qǐng)人:上海多科電子科技有限公司