专利名称：一种金属探测器的制作方法
技术领域：
本实用新型专利涉及一种金属探测器。
背景技术：
金属检测器是一种金属检测设备，它利用电磁、射线等物理原理，对混合物品或人体中的金属物质产生感应信号，以达到剔除或报警的目的。目前，在实践中得到应用的金属探测技术主要有巨磁电阻传感器检测技术，平衡线圈检测技术，LC谐振检测技术。(1)巨磁电阻(GMR)传感器是上世纪九十年代中期引入到金属探测中的一种新技术，是各种传统霍尔及磁阻元件的换代产品。1994年，美国的NVE公司首先实现巨磁电阻效应的产业化，并销售巨磁电阻磁场传感器。其生产的AA002传感器芯片，采用AD620作为放大元件，通过采集输出电压变化来检测周围磁场发生的微弱变化，在管道探伤等方面已得到应用。基于GMR效应的磁传感器具有体积小、灵敏度高、线性范围宽、响应频率高、温度特性好的特点，缺点是抗干扰性能较差。(2)平衡线圈检测技术，一般包括与波形发生器输出端电连接的发射线圈电连接， 还包括接收发射线圈发射信号且与发射线圈对应设置的接收线圈，接收线圈的输出端电连接有升压滤波器，升压滤波器的输出端与检测装置的输入端对应电连接。传统的平衡线圈金属探测器中，发射线圈的数量为一个，放置在中间，接收线圈的数量为两个，接收线圈对称安排在在两旁，所有的线圈同轴放置。其工作原理是，首先由波形发生器产生一个正弦波信号，一方面作为驱动信号接入发射线圈，一方面作为参考基准信号。当线圈间隙中没有金属物体时，两个接收线圈中的输出电压相同，检测装置的输出信号为零。当外部干扰同时作用于两个接收线圈时，差分输出仍为零，因为两个线圈的感应输出信号相互抵消。当有金属物体存在于三个线圈之间，由于发射线圈中的磁场，金属片中便会产生涡流。由于涡流而产生的磁场会在两个接收线圈中产生电压差，这个电压差主要取决于金属物体和每个线圈之间的不同距离，从而得到一个输出电压，由此可以检测出金属物质的存在。这种金属探测器的探测精度非常高，缺点在于被检测金属需要从发射线圈和接收线圈内部穿过，而且线圈的总数为三个，结构复杂，因此在具体检测时非常不方便。(3) LC谐振检测技术是利用金属物体靠近LC谐振电路时会使电路失谐的特点来检测金属的。适当选择LC谐振电路的频率和L、C参数，使电路处于谐振状态。当有金属物体接近时，便处在一个交变电磁场中，感生涡流。而涡流磁场又会引起L参数变化，使得电路失谐，电量发生变化，从而实现检测金属的目的。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是针对上述不足提供一种结构合理，抗干扰性强， 检测精度高，且操作方便的金属探测器。为解决上述技术问题，本金属探测器包括与波形发生器输出端电连接的发射线圈，还包括接收发射线圈发射信号且与发射线圈对应设置的接收线圈，接收线圈的输出端电连接有升压滤波器，升压滤波器的输出端与检测装置的输入端对应电连接，其结构特点是所述接收线圈呈“S”形，数量为一个，所述检测电路包括与升压滤波器输出端对应电连接的耦合恢复力函数电路，耦合恢复力函数电路的输出端与加法电路的一个输入端电连接，加法电路的另一个输入端与周期策动力函数电路的输出端电连接，加法电路的输出端电连接有增益电路，增益电路的输出端与减法电路的一个输入端电连接，减法电路的输出端电连接有主积分电路，主积分电路的输出端电连接有副积分电路，主积分电路的输出端还与减法电路的另一个输入端电连接，副积分电路的输出端与耦合恢复力函数电路的输入端电连接，副积分电路的输出端电连接有报警电路。
本结构的金属探测器是通过差动检测和混沌处理结构来实现抗干扰性强，检测精度高，且操作方便的。差动检测结构主要包括设置成“S”形的接收线圈。接收线圈的主要作用是感应、 接收发射线圈发出的电磁信号，将接收线圈设置成“S”形后，相对于接收线圈的两个端部， 构成“S”形的两个线圈环的绕接方向是相反的。这样，当同方向、同大小的电磁信号穿过接收线圈时，构成“S”形的两个线圈环所感应出的电信号是大小相同的，但是信号方向相反的，因此，此时接收线圈的输出信号为零。当现场有干扰信号进入时，干扰信号将被接收线圈的两个线圈环同时接收，因此两个信号相互抵消，输出依然为零，抗干扰性能极强。当物料中的被检测金属颗粒从发射线圈和接收线圈之间经过，且金属颗粒的移动轨迹是按照从构成“S”形接收线圈的两个线圈环中的一个线圈环向另一个线圈环方向移动时，靠近金属颗粒的线圈环的感应信号比远离金属颗粒的线圈环所感应出的信号要强烈，这样，接收线圈的输出端就能向检测装置输出电信号，从而实现检测金属颗粒的功能。混沌处理结构主要包括与升压滤波器输出端对应电连接的耦合恢复力函数电路， 耦合恢复力函数电路的输出端与加法电路的一个输入端电连接，加法电路的另一个输入端与周期策动力函数电路的输出端电连接，加法电路的输出端电连接有增益电路，增益电路的输出端与减法电路的一个输入端电连接，减法电路的输出端电连接有主积分电路，主积分电路的输出端电连接有副积分电路，主积分电路的输出端还与减法电路的另一个输入端电连接，副积分电路的输出端与耦合恢复力函数电路的输入端电连接，副积分电路的输出端电连接有报警电路。混沌理论是非线性科学最重要的成就之一。混沌是指确定性系统中出现类似随机过程的内随机现象，其特性有对初值高度敏感，具有内随机性，不可预测性等。混沌系统中最重要的一个性质是初值敏感性和参数敏感性，每个初值对应一条唯一的运动轨道，而初值上的微小变化，能够使混沌轨道产生很大的变化。利用这一特性，通过检测混沌系统输出的轨道的变化，就可以测量出初值的微弱变化，从而判断出金属物质的存在。混沌处理的流程一般是，首先通过耦合恢复力函数电路、周期策动力函数电路、加法电路、增益电路、减法电路、主积分电路和副积分电路，确定此系统从混沌态跃变到周期态的临界值，也就是阈值；将系统参数调至阈值附近，此时系统处于临界状态。系统在临界状态下对微弱信号十分敏感，当待检测微弱信号也就是接收线圈通过升压滤波器传送来的信号，通过升压滤波器加入到混沌处理结构中时，整个混沌处理结构的输出就会发生很大变化，由此检测出微弱信号的存在，并通过副积分电路向报警电路发送报警信号，以便于提示人们金属物质的存在。作为改进，所述发射线圈呈“0”形，发射线圈所在平面与接收线圈所在平面平行设置，且接收线圈的边部与发射线圈边部对应设置。将发射线圈设置成“0”形，可以提高发射线圈发射信号的均勻程度，有助于提高本金属探测器的探测精度。发射线圈所在平面与接收线圈所在平面平行设置，既可以使发射线圈和接收线圈可靠发射和接收，又方便运送物料的传送带从发射线圈和接收线圈之间穿过，使用起来非常方便。作为进一步改进，波形发生器的输出端通过功率放大器驱动发射线圈工作。通过功率放大器驱动发射线圈工作，可以提高发射线圈的发射功率及信号传输距离，可以提高本金属探测器的探测范围及探测效果，更加实用。作为一种实现方式，所述报警电路包括模数转换器，模数转换器的输出端电连接有报警控制器，报警控制器的输出端电连接有由电阻和发光二极管串接而成的报警支路。模数转换器的主要作用是进行模拟与数字信号的转换，并提高其数字转换信号的精度，报警控制器的主要作用是根据转换后的数字信号进行逻辑判断，当检测到金属信号时，将驱动发光二极管发光报警，以便于操作人员及时将金属颗粒剔除。综上所述，采用这种结构的金属探测器，结构合理，抗干扰性强，检测精度高，且操作方便，适合在金属颗粒检测场合使用，尤其适合物料输送场合的金属检测。

结合附图对本实用新型做进一步详细说明图1为本实用新型的结构示意图；图2为发射线圈和接收线圈的结构示意图；图3为检测装置的结构示意图；图4为检测装置的电气原理图；图5为报警电路的电气原理图。图中1为波形发生器，2为功率放大器，3为发射线圈，4为接收线圈，5为升压滤波器，6为检测装置，7为耦合恢复力函数电路，8为周期策动力函数电路，9为加法电路，10 为增益电路，11为减法电路，12为主积分电路，13为副积分电路，14为报警电路，15为金属颗粒，Ul、U2为乘法器，U3为有源带通滤波器，U4为电平比较器，U5、U10、U13为放大器， U6、U7、U8、U9、U11、U12为运算放大器，U14为模数转换器，U15为报警控制器，R1-R48 为电阻，C1-C17为电容，Yl为晶振，Ll为电感，Jl、J2、J3为接线端子，Dl为二极管，D2为发光二极管。
具体实施方式
如图1所示，该金属探测器包括波形发生器1，波形发生器1的主要作用是产生波形稳定的正弦波。波形发生器1的输出端与功率放大器2的输入端对应电连接，功率放大器2的主要作用是将波形发生器1传送来的正弦信号进行功率放大，使之具有较强的输出功率。功率放大器2的输出端与发射线圈3的两端对应电连接，发射线圈3的主要作用是接收功率放大器2传送来的正弦信号，并将其转化为磁场信号发射出去。如图2所示，发射线圈呈一端开口的“0”形，由铜线绕制，这样设置，可以使发射线圈发射出去的电磁信号更均勻。发射线圈下方对应设置有接收线圈4，接收线圈4所在平面与发射线圈3所在平面平行设置，接收线圈4绕制成“S”形，这样，接收线圈4就由构成“S”形的两个线圈环串接而成，两个线圈环末端设有与升压滤波器5电连接的两个接线端子。相对于接收线圈4的两个连接端部而言，两个线圈环从各自连接端部开始的绕接方向相反，一个顺时针绕接，另一个逆时针绕接，并且两个线圈环的大小一致。这样，接收线圈4的两个线圈环所接收到的电磁量一致，且两个线圈环所感应出的电信号大小一致，但感应电信号的方向相反，因此，两个线圈环的感应信号互相抵消，接收线圈4连接端部的输出信号为零。当有金属颗粒15进入发射线圈3和接收线圈4之间的空间时，金属颗粒15会在磁场作用下产生涡流，涡流将导致金属颗粒所在位置的磁场产生较大变化，这样，接收线圈4的两个线圈环所接收的磁场信号将存在差异，其感应信号也就不同，最终导致接收线圈4的两个连接端部输出一个感应电压差信号。该感应电压差信号通过升压滤波器5进行信号处理后，传送到检测装置 6的输入端。如图3所示，该检测装置6包括加法电路9，加法电路9的两个输入端分别与耦合恢复力函数电路7的输出端和周期策动力函数电路8的输出端电连接，其中耦合恢复力函数电路7的输入端与升压滤波器5的输出端电连接。加法电路9的输出出信号通过增益电路10放大后，传送到减法电路11的一个输入端，减法电路11的输出信号通过主积分电路 12进行积分处理后回馈到减法电路11的另一个输入端。主积分电路12的输出端电连接有副积分电路13，由负积分电路13进过再次积分处理后输出。如图4所示，为该检测装置6的电气原理图，该检测装置6的输入端通过接线端子 Jl与升压滤波器5输出端电连接，这样设置，无论是生产组装还是调试维修都非常方便。接线端子引入的感应信号设为s，感应信号s首先送入乘法器Ul的第1引脚和第6引脚，经乘法运算后从乘法器Ul的12引脚输出感应信号s的平方，即S*S。乘法器Ul的12引脚与乘法器U2的第1引脚电连接，接线端子Jl的输出信号通过导线传输到乘法器U2的第6引脚，这样，两个输入信号在乘法器U2内进行乘法运算，从 U2的12脚输出两个输入信号的乘积，即感应信号的立方值，也即S*S*S。乘法器U2的12 引脚通过导线和电阻R16与放大器U5的第3引脚电连接，放大器U5的第2引脚通过电阻 R17接地，放大器TO的输出端也就是第6引脚，通过电阻R18反馈回放大器TO的第2引脚， 这样，乘法器U2的输出信号便传送到放大器TO内进行放大。放大器TO的输出端与减法电路的减数信号输入端电连接，在本实施例中，减法电路由运算放大器U6和运算放大器U7串接而成，运算放大器U6的第6引脚与运算放大器U7的第2引脚通过电阻R23电连接，运算放大器TO的第2引脚通过电阻R20与接线端子Jl的输出端电连接，接线端子Jl的输出信号作为减法电路减法运算的被减数信号。运算放大器U7的第2引脚通过电阻RM与放大器U5的第6引脚电连接，放大器TO的输出信号作为减法电路减法运算的减数信号，运算放大器U7的第6引脚输出两者的差值信号，也即S - S*S*S，这就是检测装置耦合恢复力函数电路7的输出信号。 周期策动力函数电路8主要包括有源带通滤波器U3和电平比较器U4，电平比较器 U4的主要作用是限幅。有源带通滤波器U3和电平比较器U4之间由于正反馈而产生振荡， 并从有源带通滤波器U3的6脚输出正弦波。[0032]耦合恢复力函数电路7的输出端和周期策动力函数电路8的输出端与加法电路9 的输入端对应电连接，前两者的输出信号在加法电路9内实现加法运算，在本实施例中，力口法电路9包括运算放大器U8和运算放大器U9。运算放大器U8的第2引脚通过电阻R28与运算放大器U7的第6引脚电连接，运算放大器U8的第2引脚还通过电阻R27与有源带通滤波器U3的第6引脚电连接，运算放大器U8的第6引脚通过电阻R31与运算放大器U9的第2引脚电连接，运算放大器U9的第6引脚输出两输入信号的叠加信号。 增益电路10主要包括放大器U10，加法电路9的输出端通过电阻R33与放大器UlO 的第3引脚电连接，放大器UlO的主要作用是对输入信号进行功率放大，放大后的信号通过放大器UlO的第6引脚输出。减法电路11主要包括运算放大器Ull和运算放大器U12，运算放大器Ull的第2 引脚通过电阻R36与放大器UlO的第6引脚电连接，运算放大器UlO的输出信号作为减法电路11减法运算的被减数信号。运算放大器Ull的第6引脚通过电路R38与运算放大器 U12的第2引脚电连接，运算放大器U12的输出端与主积分电路12的输入端电连接。主积分电路12包括串接在一起的电阻R41和电容C9，电容C9另一端接地，电阻R41的另一端与运算放大器U12的第6引脚电连接。电阻R41和电容C9的串接点通过电阻R42与放大器 U13的第3引脚电连接，放大器U13的第6引脚通过电阻R40与运算放大器U12的第2引脚电连接，这样主积分电路12输出的积分信号通过放大器U13放大后反馈回减法电路11中作为减数信号，以提高输出稳定性。主积分电路12的输出端与负积分电路13的输入端电连接，副积分电路13主要包括串接在一起的电阻R45和电容C10，电阻R45的另一端与电阻 R41和电容C9的串接点电连接，电容ClO的另一端接地。电阻R45和电容ClO的串接点与接线端子J2电连接，通过接线端子J2将信号输出，电阻R45和电容ClO的串接点还通过导线反馈回检测装置6的输入端与接线端子Jl电连接，以提高输出信号稳定性。检测装置6的输出端电连接有报警电路4，如图5所示，报警电路4包括模数转换器U14和报警控制器U15，其中，模数转换器U14的第2引脚电连接有接线端子J3，接线端子J3与接线端子J2插接配合，这样，副积分电路13的输出端就与模数转换器U14的第2引脚电连接在一起。模数转换器U14的主要作用是对输入信号进行模数转换，模数转换器U14 的第6、7、8引脚与报警控制器U15的第18、16、19引脚对应电连接，这样，模数转换器U14便将转换后的数字信号传送到报警控制器U15的输入端。报警控制器U15的第9、10引脚电连接有由晶振Yl和电容C13、电容C14构成的振荡电路，为报警控制器U15提供工作脉冲。 报警控制器U15的第2引脚电连接有由电阻R48和发光二极管D2串接而成的报警支路，报警控制器U15的主要作用是对输入信号进行逻辑运算，当判断输入信号是由金属颗粒15引起的信号时，将驱动发光二极管D2发光报警，以引起工作人员的注意，及时剔除金属颗粒。在本实施例中，波形发生器1、功率放大器2和升压滤波器5采用公知电路设计。乘法器U1、乘法器U2采用AD734AN芯片，有源带通滤波器U3采用LMlOl芯片，电平比较器 U4采用LMlll芯片，放大器U5采用0P07AH芯片，放大器UlO和放大器U13采用0P12BZ 芯片，运算放大器U6和运算放大器U7采用ICL7611芯片，运算放大器U8、运算放大器U9、 运算放大器Ull和运算放大器U12采用LM741芯片，模数转换器U14采用MAX187芯片，报警控制器U15采用AtmegaS芯片，其结构和工作原理属于公知技术，在此不再细述。
权利要求1.一种金属探测器，包括与波形发生器(1)输出端电连接的发射线圈(1)，还包括接收发射线圈(1)发射信号且与发射线圈对应设置的接收线圈(4)，接收线圈(4)的输出端电连接有升压滤波器(5)，升压滤波器(5)的输出端与检测装置(6)的输入端对应电连接，其特征是所述接收线圈(4)呈“S”形，数量为一个，所述检测电路(6)包括与升压滤波器(5)输出端对应电连接的耦合恢复力函数电路(7)，耦合恢复力函数电路(7)的输出端与加法电路(9)的一个输入端电连接，加法电路(9)的另一个输入端与周期策动力函数电路(8)的输出端电连接，加法电路(9)的输出端电连接有增益电路(10)，增益电路(10)的输出端与减法电路(11)的一个输入端电连接，减法电路(11)的输出端电连接有主积分电路(12)，主积分电路(12)的输出端电连接有副积分电路(13)，主积分电路(12)的输出端还与减法电路 (11)的另一个输入端电连接，副积分电路(13)的输出端与耦合恢复力函数电路(7)的输入端电连接，副积分电路(13)的输出端电连接有报警电路(14)。
2.如权利要求1所述的金属探测器，其特征是所述发射线圈(3)呈“0”形，发射线圈 (3)所在平面与接收线圈(4)所在平面平行设置，且接收线圈(4)的边部与发射线圈(3)边部对应设置。
3.如权利要求1或2所述的金属探测器，其特征是波形发生器(1)的输出端通过功率放大器(2)驱动发射线圈(3)工作。
4.如权利要求3所述的金属探测器，其特征是所述报警电路(14)包括模数转换器 (U14)，模数转换器(U14)的输出端电连接有报警控制器(U15)，报警控制器(U15)的输出端电连接有由电阻(R48)和发光二极管(D2)串接而成的报警支路。
专利摘要本实用新型公开了一种金属探测器，包括发射线圈和接收线圈，所述接收线圈呈“S”形，数量为一个，所述检测电路包括与升压滤波器输出端对应电连接的耦合恢复力函数电路，耦合恢复力函数电路的输出端和周期策动力函数电路的输出端分别与加法电路的一个输入端电连接，加法电路的输出端通过增益电路与减法电路的一个输入端电连接，减法电路的输出端通过主积分电路与副积分电路电连接，主积分电路的输出端还与减法电路的另一个输入端电连接，副积分电路的输出端与耦合恢复力函数电路的输入端电连接，副积分电路的输出端电连接有报警电路。采用这种结构的金属探测器，结构合理，抗干扰性强，检测精度高，且操作方便。
文档编号G01V3/10GK202110295SQ20112005750
公开日2012年1月11日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者刘世昌, 刘志珍, 刘梅, 刘风亮, 张敏 申请人:山东华特磁电科技股份有限公司