专利名称：金属检测机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属检测机。
背景技术：
目前采用通用技术的金属探测仪采用模拟电路加上数字逻辑电路实现，针对物料效应抑制等控制方式操作麻烦，对于检测状态无法记录。更换检测产品时操作麻烦。实际使用效果受人为因素干扰。本案采用DSP技术及算法针对性解决上述问题。

发明内容
本发明的目的为提供一种包含物料效应抑制功能和自动调试(学习功能)的新型金属异物检测机，该检测机针对被检测物的导电性和导磁性而产生的物料效应，可以自动抑制。抑制方法通过基于DSP的数字信号处理系统完成。实现了自动学习功能，极大的降低了设备使用的复杂程度，较少了使用的人力和成本。实现上述发明目的的技术方案如下金属检测机，其特征为，包括人-机对话系统，包括微型计算机处理系统、输入装置和显示装置，与数字信号处理器通过485总线连接，实现数据与命令交换；OSC基准信号发生器，生成频率IOkHz 800kHz的方波，并发送至波形整形电路； 波形整形电路，生成同频正弦波，并发送到功率放大电路；功率放大电路，将正弦波放大后输送到探测头的发射线圈；相位校准电路，接收功率放大电路的输出信号，将基准信号的基准相位调整到0 并输送到正交基准调整电路；正交基准调整电路，将信号调整为两个频率与基频相同，相互正交的两路正弦信号；接收线圈，用于接收发射线圈所建立的交变磁场，并传输至差动接收电路，差动接收输出信号经过Ik IOk倍放大后的输出信号与正交基准调整电路的两路输出信号一起连接到同步解调电路的对应输入端；同步解调电路的输出信号经过低通滤波电路后的输出信号主要为差动输出信号幅值变化的包络信号，经过A/D转换后采入数字信号处理器。所述数字信号处理器还连有控制单元，控制单元还分别连接电机、报警和剔除器。所述发射线圈为由直径为1.0 5. Omm的导线构成的单圈周长为100 2000mm 的线圈。所述功率放大电路包括基于功率管的推挽式放大器及LC震荡器，以及由软磁铁氧体构成的传输变压器。所述数字信号处理器分别通过一增益控制电路连接到功率放大电路和差动接收电路。所述接收线圈为与发射线圈相同的材料构成的两个在发射线圈两侧对称分布的
3单圈线圈，且与发射线圈平行。本发明具有如下优点1 采用软件方式实现物料效应的抑制，取消了传统的基于全通移相电路的模拟电路方式，使得物料效应的抑制功能可控、精确、自动化；2:数字存储功能，可以将不同北侧产品的检测参数进行存储，再次使用时只需要从存储其中调出，避免了繁琐的重复调试过程；3 针对所有控制对象的控制完全数字化控制；4 自动设定(学习)功能，简化了操作过程，节省了操作时间和成本。


图1为本发明的整体结构框图；图2为本发明的OSC信号发生器电原理图；图3为本发明的波形转换电路的电原理图；图4为本发明的功率放大电路的电原理图；图5为本发明的增益控制电路的电原理图；图6为本发明的相位校准电路的电原理图；图7为本发明的正交基准调整电路的电原理图；图8为本发明的差动接收电路的电原理图；图9为本发明的同步解调电路的电原理图；图10为本发明的低通滤波电路的电原理图。其中图2至图10为本发明的各部分的电原理图，各电路之间相连接的部位在对应的图的对应的部位标有相同符号。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。如图1至图10所示，金属检测机，其特征为，包括人-机对话系统，包括微型计算机处理系统、输入装置和显示装置，与数字信号处理器通过485总线连接，实现数据与命令交换；OSC基准信号发生器，生成频率IOkHz 800kHz的方波，并发送至波形整形电路； 波形整形电路，生成同频正弦波，并发送到功率放大电路；功率放大电路，将正弦波放大后输送到探测头的发射线圈；相位校准电路，接收功率放大电路的输出信号，将基准信号的基准相位调整到0 并输送到正交基准调整电路；正交基准调整电路，将信号调整为两个频率与基频相同，相互正交的两路正弦信号；接收线圈，用于接收发射线圈所建立的交变磁场，并传输至差动接收电路，差动接收输出信号经过Ik IOk倍放大后的输出信号与正交基准调整电路的两路输出信号一起连接到同步解调电路的对应输入端；同步解调电路的输出信号经过低通滤波电路后的输出信号主要为差动输出信号幅值变化的包络信号，经过A/D转换后采入数字信号处理器。
本发明的工作过程如下在由OSC基准信号发生器1生成频率IOkHz 800kHz的方波，包括OSC震荡电路和分频电路。其具体电路结构如图2所示。通过选用不同的基频频率的石英振荡器配合不同的分频比来灵活得到IOkHz 800kHz范围内的方波。OSC基准信号发生器1生成的方波输出到波形整形电路2，得到同频正弦波。波形整形电路2由LC谐振电路构成。具体电路结构如图3所示。波形整形电路2的输出信号基频正弦信号输出到功率放大电路3，经过功率放大后连接到探测头的发射线圈4上。足以通过发射线圈在检测区域建立足够强度的交变磁场。功率放大电路4的具体电路如图4所示，包括基于功率管的推挽式放大器及LC震荡器， 以及由软磁铁氧体构成的传输变压器。发射线圈4为由单圈周长约IOOmm 2000mm的直径1. Omm 5. Omm的铜质漆包线或铜管构成。为得到良好的检测灵敏度，发射线圈两侧的交流电压峰峰值必须大于4 20V。实际试验表明，该电压值越大，实际检测灵敏度越高。根据实际应用的需要，方便使用，本发明包含增益控制电路6。该模块可以控制功率放大电路的放大增益，以满足实际产品的最大适应性。增益控制电路6的具体电路如图 5所示。功率放大电路3的输出信号连接到相位校准电路7，将基准信号的基准相位调整到0，相位校准电路7的具体电路如图6所示。相位校准电路7的输出信号经过正交基准调整电路8得到两个频率与基频相同，相互正交的两路正弦信号sin和cos。Sin和cos的信号幅值为IV，偏置为0。正交基准调整电路8的具体电路如图7所示。接收线圈5为与发射线圈平行，对称分布的单圈线圈，与发射线圈由相同材料构成。用于接收发射线圈所建立的交变磁场，差动输出的信号体现出包含两接收线圈不对称程度的差值信号。差动输出的信号的变化可以表征检测区域磁场的正弦交变磁场的变化。 实际产品中通过各种可能的措施消除其他因素对该磁场的影响，因此差动输出信号的变化主要体现为金属或被检测产品的进入对检测区域磁场带来的影响。差动输出信号通常经过 Ik IOk倍放大后至差动接收电路9。差动接收电路和前级放大电路具体如图8所示。差动接收输出信号经过Ik IOk倍放大后的输出信号与正交基准调整电路8的两路输出信号一起连接到同步解调电路10的对应输入端，输出两路包含二倍频基频信号与差动输出信号幅值变化的包络信号由金属或被检测产品对检测磁场的影响而产生，主要通过对该信号的后续处理来得到金属对检测磁场的影响。同步解调电路10的具体实现电路如图9所示。同步解调电路10的输出信号经过低通滤波电路11后的输出信号主要为差动输出信号幅值变化的包络信号。经过A/D转换电路12后采入DSP系统13。低通滤波11的具体实现电路如图10所示。为提供良好的人-机对话系统15，由键盘、IXD显示屏和MCU微型计算机系统，根据需要可以连接上微型打印机共同构成。人-机对话系统15通过485总线技术与DSP系统实现数据与命令交换。DSP/MSP 13连接控制单元17对被控制对象电机19、报警20、剔除器21实行控制。 通常包括正常的电机启动/停止控制、检测到金属后停止电机、发出报警信号，以及按照应用需要，连接上剔除器，当检测到金属杂质时控制剔除器21的动作与复位。对应两路A/D采样信号表示为A和B，自动设定(自动学习)过程，IXD显示屏提
5示放入不含有金属杂质的纯净产品样品，DSP经A/D采样器对两路信号进行采样，记录下采样过程的数据，找到两个周期的A路极大值A1、A2及对应时刻的Btl、Bt2，以及B路极大值
B1、B2及对应时刻的Atl，At2。以及Al、Bl发生的时间T1、T2。两路信号的延时Delta T为Delta T = T1-T2 ；..............................................................1.1两路信号幅值的比值为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记录X和Y的数值，正常检测时对每个A路采样的数值经过T延时后乘上X和Y 得到A*X和A*Y，对B路采样值乘上X和Y得到B*X和B*Y ；M = A*X+B*Y ；..................................................................1.8N = A*Y+B*X。..................................................................1.9当被检测的产品为含有明显物料效应的产品时，可以将N对应的数字放大增益调整到零或很小的数值，通过调节M的增益来控制金属异物的检测灵敏度。当被检测的产品不含有明显的物料效应时，可以同时判断M和N两路信号来控制金属异物检测的灵敏度。
权利要求
1.金属检测机，其特征为，包括人-机对话系统，包括微型计算机处理系统、输入装置和显示装置，与数字信号处理器通过485总线连接，实现数据与命令交换；OSC基准信号发生器，生成频率IOkHz 800kHz的方波，并发送至波形整形电路；波形整形电路，生成同频正弦波，并发送到功率放大电路；功率放大电路，将正弦波放大后输送到探测头的发射线圈；相位校准电路，接收功率放大电路的输出信号，将基准信号的基准相位调整到0并输送到正交基准调整电路；正交基准调整电路，将信号调整为两个频率与基频相同，相互正交的两路正弦信号；接收线圈，用于接收发射线圈所建立的交变磁场，并传输至差动接收电路，差动接收输出信号经过Ik IOk倍放大后的输出信号与正交基准调整电路的两路输出信号一起连接到同步解调电路的对应输入端；同步解调电路的输出信号经过低通滤波电路后的输出信号主要为差动输出信号幅值变化的包络信号，经过A/D转换后采入数字信号处理器。
2.根据权利要求1所述金属检测机，其特征为所述数字信号处理器还连有控制单元， 控制单元还分别连接电机、报警和剔除器。
3.根据权利要求1所述金属检测机，其特征为所述发射线圈为由直径为1.0 5. Omm 的导线构成的单圈周长为100 2000mm的线圈。
4.根据权利要求1所述金属检测机，其特征为所述功率放大电路包括基于功率管的推挽式放大器及LC震荡器，以及由软磁铁氧体构成的传输变压器。
5.根据权利要求1所述金属检测机，其特征为所述数字信号处理器分别通过一增益控制电路连接到功率放大电路和差动接收电路。
6.根据权利要求1所述金属检测机，其特征为所述接收线圈为与发射线圈相同的材料构成的两个在发射线圈两侧对称分布的单圈线圈，且与发射线圈平行。
7.根据权利要求1所述的金属检测机，其特征为数字信号处理器通过对A/D转换电路采集的两路信号分别乘以一个特定的系数后相加，对物料效应信号抑制。
8.根据权利要求7所述的金属检测机，其特征为两个系数通过在自动设定阶段通过对标准检测产品的采样后求得。
9.根据权利要求8所述的金属检测机，其特征为两个系数之间的关系为正弦与余弦函数关系，两个系数的平方和始终等于1。
全文摘要
本发明为金属检测机，包括人-机对话系统，人-机对话系统通过485总线与数字信号处理器连接，还包括OSC基准信号发生器，OSC基准信号发生器连接波形整形电路，波形整形电路连接功率放大电路，功率放大电路连接到探测头的发射线圈，所述功率放大电路还连接相位校准电路，所述相位校准电路连接至正交基准调整电路，正交基准调整电路连接至同步解调电路，探测头的接收线圈连接至差动接收电路，差动接收电路又连接至同步解调电路，同步解调电路连接至低通滤波电路，低通滤波电路连接至A/D转换电路，A/D转换电路连接至数字信号处理器，所述数字信号处理器还连接至功率放大电路和差动接收电路。
文档编号G01V3/10GK102298159SQ201010206168
公开日2011年12月28日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者洪坚 申请人:上海多科电子科技有限公司