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手持数字金属探测器的研究
发布时间:2018.11.19    新闻来源:东莞市彬森电子设备有限公司   浏览次数:
1 引言

 

金属探测器的用途十分广泛如纺织、食品、服装、寻宝、矿冶、探雷等领域,金属探测器作为一种探测类的电子仪器,已在各个领域广泛应用,军事上,可探测金属地雷;在考古上,可用来探测埋有金属物品的古墓,发现其中的金银首饰或金银财宝等;在工程建设上,可探测地面下的金属埋设物如管线、管道等;在安检上,可探测那些隐藏的或随身携带的金属器械等;在采矿上,可用来探测金属颗粒等[1]。随着金属探测器技术的发展,金属探测器也越来越先进,出现了数字式的探测器,后来为了便于携带和使用出现了手持式的数字金属探测器,手持数字金属探测器发挥出越来越重要的作用。

 

2 手持数字金属探测器的检测装置

 

手持数字金属探测器的检测装置的主要作用就是:(1)检测出目标物质中是否含金属杂质;(2)可实现相位检测;(3)采用先进的dsp嵌入系统技术;(4)可进行两路检测;(5)能自动调节和设定相关检测参数;(6)能够调整金属的检测灵敏度;(7)有键盘修改参数界面。下面介绍一下检测装置的总体方案和系统构成。

 

2.1 检测装置总体方案

 

手持数字金属探测器的检测装置应考虑到如下几个方面:(1)必须要有相当高的灵敏度,能检出符合精度要求的金属含量;(2)还要有相当高的稳定性,能对外界环境的各种干扰有抵抗能力,维护方便;(3)能够实现检测数据采集、显示、处理、存储、标记和查询等任务;(4) 有较好的灵活性,易于扩展[2]。

 

检测装置的开发过程流程如下:(1)根据需求编写任务说明书;(2)以任务说明书为根据,确定技术指标;(3) 确定dsp芯片中的外围芯片;(4)总体设计的软、硬件设计分工:软、硬件设计说明书编写,软件编程、调试,系统集成,硬件电路,硬件调试;(5) 系统测试、完成样机、然后中试、产品测试、进行生产。

 

2.2 检测装置的系统构成

 

手持式数字金属探测器主要由两个部分构成:控制装置和涡流传感器。控制装置由检波电路、滤波电路、正弦波振荡器、lcd显示电路、信号处理电路、电源电路等构成[3]。手持式数字式金属探测器的系统组成过程如下:(1)正弦波振荡器;(2)传感器;(3)调制解调电路;(4)滤波;(5)信号处理;(6)动作电路。

 

3 涡流传感器的原理与设计

 

数字金属探测器中的一个重要装置就是传感器。现在传感器的种类非常多,分类方法也不一样,通常采用的分类方法主要有两种:一种按传感器变换原理进行分类;另一种按被测对象参数进行分类。此外,其他的分类方法还有按传感器材料分类和传感器是否能产生电动势进行分类等。现代的手持数字传感器主要使用的是涡流传感器。自上个世纪70年代以来,涡流式传感器是一种迅速发展的传感器,该传感器是利用电涡流效应来进行工作的。由于涡流式传感器的灵敏度高、结构简单、不受等介质影响、频响范围宽,还能够进行非接触性测量,适用范围较广,因此这种传感器受到各个领域的重视[4]。目前,涡流传感器已广泛用于测量位移、厚度、振动、温度、转速、硬度等参数及无损探伤领域等。

 

涡流传感器的理论基础是电磁场理论,其作用部位为传感器探头中的线圈会产生时涡流,传感器探头中的线圈会产生出时变磁场,探头经过了被测的成块金属导体之后,在金属导体内部就产生涡流,然后可以根据产生的涡流大小来判断金属的厚度、大小等。涡流传感器能够实现无接触就测量金属板的厚度、导体表面中的非导体镀层厚度、废金属板中的金属镀层厚度,还能对金属内部实现无损探伤。其中的反射式涡流传感器在测量金属厚度时的过程,就是对线圈中电量参数的反射过程。通过监测线圈变化时电参量的变化,就能测量反射金属体中金属的厚度。

 

3.1 涡流传感器工作原理

 

涡流传感器的内部主要由无骨架或有骨架的空心线圈组成,该传感器的测量基本原理如下。当给线圈通上交流电之后,由于存在电流,根据电磁场相关理论,在线圈周围会产生交变磁场,称为hl,假如被测的金属导体被放置在这个磁场里,这时就产生了涡流,同时又将产生另一交变磁场,称为hz,hl与hz方向相反,hz试图削弱原来的磁场hl,进而可能导致探头内的线圈电感量产生变化[5]。电感变化量大小与该导体的几何形状、磁导率、电导率、电源频率、线圈参数及导体间至线圈的距离有关,假如限制某些参数不变,只让其中的一个参数发生变化,涡流传感器便能够完成对这个参数的测量工作。在对金属厚度用传感器的检测过程中,只有导体至线圈之间的位移参数可视为唯一变量,别的参数都是不变量。假设金属导体是均匀材质,它的性能是各向同性和线性的,则金属导体系统和线圈的物理性质一般用磁导率、尺寸因子、电导率、频率和激励电流i等参数来进行描述。

 

3.2 涡流传感器的设计过程

 

根据电磁场相关理论,发射线圈所发出的交变磁场是在两个接收线圈进行差动连接过程中所产生的反相、同频、等幅值的一个感应电动势,两者之间可相消最后形成接收平衡。当那些金属杂质的物质经过传感器时,在线圈周围所产生的磁场由于有物质进入而发生了变化,我们可以在接收线圈周围检测出由于磁场变化而导致的电压差,采用滤波电路可以滤除一些高频干扰信号,可以放大所需要的低频电压信号,最后传送给相应的报警、显示电路信号,而引起动作。具体过程如下:振荡电路,滤波电路,功率放大到发射电圈;与之平行路径是接受线圈,解调电路,平衡调节电路,发射线圈;从接受线圈出来还有一个路径是接受线圈,解调电路,滤波、放大电路,显示、报警。

 

4 结论

 

数字金属探测器在生产和生活过程中的使用越来越广泛,数字金属探测器技术也越来越先进,尤其是手持式数字金属探测器。本文分析了金属探测器中的最重要的装置-检测装置的总体方案和系统构成,还分析了手持金属探测器中的传感装置-涡流传感,探讨了它的工作原理和设计过程,希望能够对以后的手持数字金属探测器有所帮助。

 

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