通信电子毕业论文---输送式金属探测器的分析.doc

输送式金属探测器的分析通信与电子信息 应用电子技术摘要：本文通过分析输送式金属探测器电磁效应原理、金属探测器灵敏度的灵敏、金属探测器的参数、用途，以及影响到金属探测器灵敏的因素和这些因素的解决。本文还介绍了金属探测器的调试步骤，以及所用的测试块和现功能上的提升。关键词：输送式金属探测器 灵敏度 调试我在上海高晶检测设备股份有限公司工作，本公司致力于金属探测器以及安检设备的设计，开发，组装，销售，售后服务。在此次实践中我将致力于研究输送带式金属探测器的探头方向与灵敏度之间的关系，以及是否会对金属探测器灵敏度有影响。我所在的岗位是调试岗位，即探头拷机，整机调试，以及售后服务的维修，检修等。在实习过程中我完成了以下任务：1、掌握：（1）金属探测器整机调试；（2）金属探测器整机问题产品的调试。 2、熟悉：（1）金属探测器的工作原理；（2）金属探测器整机问题常出现的问题。 3、了解：（1）电阻、电容、电位器等各个原件的功能以及各个机型的灵敏度；（2）金属探测器的应用和发展前景。随着对食品质量安全的更加严格，安全防范的更加重视，各类金属探测仪也像雨后春笋版的越来越多，有输送带式，管道式，还有底下金属探测器等。在我的工作中接触最多的是输送带式以及管道式的，并且以输送带式的居多，因此在这里就向各位详细介绍并且讨论输送式的金属探测仪，而管道式的就做略微介绍。一、 输送式金属探测器原理（一）、输送式金属探测器原理由金属探测器的电路框图可以看出，本金属探测器由高频振荡器、振荡检测器、音频振荡器和功率放大器等组成。图1高频振荡器由三极管VT1和高频变压器T1等组成，是一种变压器反馈型LC振荡器。T1的初级线圈L1和电容器C1组成LC并联振荡回路，其振荡频率约200kHz，由L1的电感量和C1的电容量决定。T1的次级线圈L2作为振荡器的反馈线圈，其“C”端接振荡管VT1的基极，“D”端接VD2。由于VD2处于正向导通状态，对高频信号来说，“D”端可视为接地。在高频变压器T1中，如果“A” 和“D”端分别为初、次级线圈绕线方向的首端，则从“C”端输入到振荡管VT1基极的反馈信号，能够使电路形成正反馈而产生自激高频振荡。振荡器反馈电压的大小与线圈L1、L2的匝数比有关，匝数比过小，由于反馈太弱，不容易起振，过大引起振荡波形失真，还会使金属探测器灵敏度大为降低。振荡管VT1的偏置电路由R2和二极管VD2组成，R2为VD2的限流电阻。由于二极管正向阈值电压恒定（约0.7V），通过次级线圈L2加到VT1的基极，以得到稳定的偏置电压。显然，这种稳压式的偏置电路能够大大增强VT1高频振荡器的稳定性。为了进一步提高金属探测器的可靠性和灵敏度，高频振荡器通过稳压电路供电，其电路由稳压二极管VD1、限流电阻器R6和去耦电容器C5组成。振荡管VT1发射极与地之间接有两个串联的电位器，具有发射极电流负反馈作用，其电阻值越大，负反馈作用越强，VT1的放大能力也就越低，甚至于使电路停振。图2高频振荡器探测金属的工作原理是调节高频振荡器的增益电位器，恰好使振荡器处于临界振荡状态，也就是说刚好使振荡器起振。当探测线圈L1靠近金属物体时，由于电磁感应现象，会在金属导体中产生涡电流，使振荡回路中的能量损耗增大，正反馈减弱，处于临界态的振荡器振荡减弱，甚至无法维持振荡所需的最低能量而停振。如果能检测出这种变化，并转换成声音信号，根据声音有无，就可以判定探测线圈下面是否有金属物体了。2、金属探测器灵敏度的灵敏金属探测器的精确性和可靠性取决于电磁发射器频率的稳定性，一般使用从80 to 800 kHz的工作频率。工作频率越低，对铁的检测性能越好；工作频率越高，对高碳钢的检测性能越好。检测器的灵敏度随着检测范围的增大而降低，感应信号大小取决于金属粒子尺寸和导电性能。 由于电流的脉动和电流滤波的原因，金属探测器对检测物品的输送速度有一定的限制。如果输送速度超过合理范围，检测器的灵敏度就会下降。 为了确保灵敏度不下降，必须选择合适的金属探测器以适应相应的被检测产品。一般来说，检测范围尽可能控制在最小值，对于高频感应性好的产品，检测器通道大小应匹配于产品尺寸。检测灵敏度的调整要参考检测线圈的中心来确定，中心位置的感应最低。产品的检测值会随生产条件的变化而变化，比如温度、产品尺寸、湿度等的变化，可通过控制功能作调整补偿。 球状物有重复性，最小的表面积，对金属探测器而言也最难检测。因此，球状物可作为检测灵敏度的参考样本。对于非球状的金属，检测灵敏度很大程度上取决于金属的位置，不同的位置有不同的横断面积，检测效果也就不同。比如，纵向通过时，铁比较灵敏；而高碳钢和非铁就不太灵敏。横向通过时，铁不太灵敏，高碳钢和非铁则比较灵敏。在食品工业中，系统通常使用较高的工作频率。对于如奶酪食品，由于其内在的高频感应性能好，会成比例地增加高频信号的响应。潮湿的脂肪或盐份物质，例如面包类、奶酪、香肠等的导电性能与金属相同，在这种情况下，为了防止系统给出错误信号，必须调整补偿信号，降低感应灵敏度。 二、输送式金属探测器的参数由于每家企业的金属探测器不同，因此其参数也会有所不同，所以在此我就以日本安立公司的小型机来向大家介绍：型号KD8113AKD8113AWKD8115AKD8115AWKD8116AKD8116AW通过高度80mm75mm120mm115mm180mm175mm最大通过宽度300mmFE球0.4mm0.5mm0.6mmsus604球0.7mm0.9mm1.0mm传送带宽度220mm表示方式STN液晶操作方式平面按键输入传送速度1090米/分钟 （不同产品速度可变）双方向传送传送能力5Kg(A型选购件最重10kg、AW型最重15kg.但是传送带速度549米/分钟）电源/消耗电力AC100120V+10%-15%或AC200240V+10%-15%、单相50/60HZ、200VA、突入电流62A（typ)(20ms以下)质量72kg75kg77kg使用环境040C、相对湿度3085%、但不结霜保护等级IP30IP66IP30IP66IP30IP66机壳A型：涂漆、显示器探测头为不锈钢(SUS304) W型:不锈钢(SUS304)表1由上图可知一些简单的参数，如探头的大小啊，精确度啊，使用环境，操作方式，等等。三、输送式金属探测器用途我们输送式金属探测器因为方便安装于流水线，流量大，转速可调，精度较高，等多个因素，被多家食品产业用于其流水线上。我们可以通过将产品（如：肉类，玩具，茶叶等）放置在我们金属探测器上，使其匀速通过我们的探头，若发现产品中带有金属，便会马上报警停机/排斥。而金属探测器的主要用途便在于此，将产品中的金属“找”出来，大大增加产品的安全度。除了输送式金属探测器外，金探大家族中的管道式运用也是极其广泛的。因为一般的金属探测器都无法完整监控流体产品的整个生产过程，比如火腿肠的肉酱、口香糖胶、口服液等，实时在线剔除金属杂质，确保产品安全输送到下道工序。一般情况下这些产品的都是以金属封装的，变成成品以后一般都无法用金属探测器来检测。另外，液态或粘稠状物品在罐装或封装前检测，可以有效提高检测精度。 （如图3） 图3四、影响金属探测器灵敏度的因素（一） 环境因素通过我前面对于金属探测器的工作原理以及产品特点的介绍，我们知道了金属探测器是通过产生电磁信号来工作的，因此坏境因素对我们的金属探测器的探头影响是非常之大的。既然有信号就会有一个特定的频率，如果当外界干扰信号频率与我探测器探头频率一致时及会造成误报率高，无法检测金属等问题，因此会影响机器检测质量。（二） 电流因素因金属探测器使用的是50Hz，220V交流电，每0.2秒的电流变换使得探头内磁场方向也会随之变化，这样对我们机器的灵敏度也是极大的影响。而且电流的流动也会产生电磁效应，这样也会干扰我们的金属探头。（三） 探头方向错误因为我们探头的磁场是通过一个磁场发射器发射出的，一般情况下各个探头的磁场方向是相同的，但是有极个别的磁场方向是反向的。因此一旦将探头方向判断错误，在将来的检测中我们会发现永远都压不住产品信号，会发现进探头的信号小，出探头的信号大。（四） 产品信号过大因为在我们检测时金属和产品的信号会产生叠加，有时候产品信号会大于我们金属的信号，因此在检测时产品信号应该是最小，这样当我们遇到金属时可以顺利报警。如果产品信号过大，就会压制金属的信号，一般性我们金属都是0.8mm左右的金属球，最大直径一版不会超过1.0mm如果产品信号太大，我们的金属物质将会检测不出。五、问题的解决在上文中我们提到了影响金属探测器灵敏度的多种因素，那么这些影响因素我们在实际过程中是如何解决的呢？下面我将会为各位一一解答：问题一：毫伏数过高：毫伏数过高其实是最重要的，也是最优先解决的，因为毫伏数过高，我们就无法判断上文所说的四个因素。我们的解决办法是：用锯条或者铝片对探头进行贴片，将毫伏数贴到最低。可能有些人会问，既然是金属探测器那为什么是用金属来贴片的呢？其实要回答也并不难，首先上文已经介绍了金属探测器的工作原理，也就是说明，只有当运动中的金属通过我们探测器的探头时，才会产生磁场的变化，因而对于静止的金属并不会产生磁场的变化，因此当我们贴片时，我们会将金属物固定在探头中，以保证得到稳定的磁场和高灵敏度。问题二：环境因素：坏境因素在生产和使用中是不可避免的，我们金属探测器最理想的状态应该实在一个密闭的，不受外接任何信号影响的环境中运行，但是在实际的使用和操作中是很难做到的。因此我们在为客户安装调试的时候都会为他们选择一个相对于其他地方干扰较小的环境中运行，这样可以大大的提高我们金属探测器的灵敏度。问题三：电流因素：解决这个问题其实并不难，我们的设计人员在设计过程中就已经将交流电转化为15V的直流电，这样对于我们的探头而言就可以得到一个非常稳定的磁场，从而使得我们探头的灵敏度增加。问题四：探头方向错误：上文中提到了，探头的方向一旦安装错误将会对我们机器的灵敏度有非常大的影响，因此我们在将探头交给装配组安装前将会反复检查探头方向，经过多次测试总而确定探头的方向，使得机器的灵敏度得到提高。问题五：产品信号过大：其实该问题在上文中已经有所提及，也就是当我们拿到一个新的产品时我们将会压制其产品信号，是的产品对我们金属颗粒的影响不会太大，这样就可以提高我们金属探测器的灵敏度和精度。在压制产品信号我们采用的是调节相位，因为每个产品的相位都是不同的，其实这个产品就如同一个函数信号发生器，当我机器的相位与产品的相位重合时就是我产品信号最小的时候，这样探头的灵敏度也会是最高。六、金属探测器的调试（一）检查毫伏数及电压这可以说是调试前的准备工作，但也是最重要的工作。首先是电压：电压要调至机器的工作电压，并且不能太高（会影响机器的使用）。再者是毫伏数：如果毫伏数太高也同样会影响金探设备的灵敏度，当灵敏度大于100mv是我们会进行贴片，贴片就是指用铁片或者铝片，因为禁止的这些金属对探头的毫伏数影响较小。当毫伏数变低时，我们就会得到很精确的灵敏度。其实这个毫伏数检查没有特定的标准，诸如有些产品信号的强的，那么毫伏数不要很高，只要在100mv之内就可以了。（二）硬件调节何为硬件调节，硬件调节：是通过调节电路板上的可调电阻来改变设备的灵敏度，门线电压，是其调节到适当的位置。如门线电压：我们就要通过调节内部电位器使它能够在红灯亮是报警。（三）产品的调试通过实习的学习中我发现每一件被测产品都有不同的相位，每个产品都有其相位，一旦相位调对了，那么产品的信号也会被压制到最低，这样我们就可以提高我们的灵敏度。在测试产品前我们会将合格的产品在机器上检验，将其信号压制到最小，使正常产品通过时不报警，当有金属通过时立刻报停机或者排斥。（四）抗震性测试在经过前面前面各项测试通过以后，我们将进行抗震性测试。这对于机器的误报率也是极其关键的，抗震性好，将会减少机器的误报率，抗震性差将会是误报率增加，并且使客户无法使用。七、关于测试块其实各位仔细研究一下金属探测器的测试块时，你们会发现，我们的测试块都是球形的，可这是为什么呢？其实原因很简单因为圆球装的物体是非常难测的，比如0.8mm，0.6mm，0.5mm这些球体的话肉眼非常难鉴别，而且球体其实是全方位的，这样也就确保了无论球面的那一面进入我们的探头，金属探测器都会检测出它的存在。八、现功能上的提升现下的金属探测器除了基本的探测警报功能外, 一般都会提供许多各厂商精心研发的特殊功能，如： 地表平衡的功能：以利机器正确比对是否发现金属物而非干扰 选取功能：利用不同金属物体对磁场反应差异特性来遴选或排除不同类别之金属物件且警报提示 。深度的标示，可以告知所探测到的金属物体被埋藏的可能深度 面积的标示：可以显示探测到的金属物体大小，提供操作人员研判是否符合开挖的需求 。语音的提示：可以立刻以语音提醒操作人员，比如灯光的照明-提供灯光以利于夜间运作。现在我们公司还有III型机和VIII型机。III型机可以通过自学习来确定每个产品的相位，这样精度可以更高，VIII型机除了自学习功能，还有抗