专利名称：高精度金属分离器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种金属分离器，尤其是涉及一种在工业生产中从塑料中分离细小 金属杂质的高精度金属分离器。
背景技术：
工业生产过程中使用的加工设备大都价格昂贵，而生产原料中往往夹杂着一些金属 材料，由于这些硬度高、延伸性好的金属材料的存在，使得加工设备在生产过程中经常 被损坏，有时甚至引起生产线停转或瘫痪，因此影响了企业的生产进度，增加了生产成 本，降低了经济效益。在生产线中，需要及时分离出夹杂在原料中的金属物质，来保护 下游机械设备不受金属损坏，如保护注塑机或挤出机的螺杆和炮筒，防止喷嘴堵塞以及 保护热流道系统，保护模具等，并保证产品的纯洁性。
中国专利文献CN 2815506Y公开的一种《旋磁式金属与非金屈分离机》中，它包 括机架及固定在机架上的分离机构、刮料机构和消磁机构，采用机械化操作将佥屈与非 金属材料进行分离。虽然它提供了 一种能将体积相近的金属与非金属材料分离的分离 机，在--定程度上提高了分离效率减轻了工人的劳动强度，但是这种金属分离器存在着 不足之处首先，只能将体积相近的金属4非金属材料分离，无法对细小的金属进行分 离，分离精度不高；其次，基本采用机械结构，结构较&杂，且只能分离可以被磁条吸 引的铁类金属，对其他类金属无法分离，分离效率相对较低。
美国专利文献US 2007029235A1公开了一种用于在混合材料中分离金属的金属分 离器，它包括检测模块及设于检测模块下方的分离模块，分离模块中具有分离板，在 检测模块测得混合材料中存在金^时，控制分离板动作，使金J4块进入相应的分离通道。 但是由于分离板的转动由电动马达控制，这类马达--方面成本较高，另一方曲'使用寿命 较短，从而影响了金属分离器的使用寿命，增大了维护成本。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决上述现有金属分离器存在的技术缺陷，为工业生产中分离 金属杂质提供一种实用、检测精度卨—、分离效率高、稳定性好、使用方便、适用场合广 的金属分离器。本实用新型所采用的技术方案是一种高精度金属分离器，包括探测模块、信号处理 模块、执行模块和原料传输通道；所述探测模块包括传感器和正弦信号发生器，传感器 包括内筒、线圈和导磁层，导磁层固定在内筒外表面；所述信号处理模块包括单片机、 放大电路和差分放大器；单片机与正弦信号发生器的输入端电连接；放大电路包括放大 倍数相同的且与正弦信号发生器的输出端电连接的第一放大电路和第二放大电路，传感 器的线圈接入第二放大电路；第一放大电路和第二放大电路的放大信号输入差分放大 器，差分放大器将结果输出给单片机；所述原料传输通道与探测模块传感器的内筒相通， 包括位于传感器上方的进料口、位于探测模块下方的分离通道、竖向设于分离通道下方 且与之相通的好料通道以及斜向设于分离通道下方且与之相通的金属通道；所述执行模 块包括电磁阀和挡板；电磁阀与单片机电连接；挡板工作时可由电磁阀控制而位于封闭 金属通道的入口处或者位于封闭好料通道的入口处。
所述导磁层外设有金属屏蔽层，金属屏蔽层接地。
所述传感器的内筒外表面中间位置设有一凹槽；所述传感器的线圈包括发射线圈和 接收线圈；发射线圈为20匝多股高频丝包线和精密电容构成的LC振荡线圈，绕在内筒 的凹槽内；接收线圈为2匝多股高频丝包线，绕在发射线圈外。
所述正弦信号发生器为集成电路AD9833,它的FSYNC、 SCLK、 SDATA引脚分别 与单片机的PAO、 PA1、 PA2引脚电连接；所述单片机型号为ATmegal28，贝:PFO引脚 与差分放大器的输出端电连接；所述差分放大器为集成ili路INA101 。
所述信号处理模块还包括分别与笫一放大电路和第二放大电路电连接的第一线性 全波整流屯路和第二线性全波整流电路；所述第一放大电路和第二放大电路以及笫一线 性全波整流电路和第二线性全波整流电路分别包括运放LT1122及其外围电路。
所述信号处理模块还包括接入第一放大电路的型号为X9C103的数字电位器。
所述信号处理模块还包括与单片机的PFO引脚以及^分放大器的输出端屯连接的 第三放大电路；第三放大电路包括运放LF356及外ffl电路。
所述信号处理模块还包括与单片机的PF1引脚电连接的响应时间调节电路和与单 片机的PF2引脚电连接的精度调节电路；所述精度调节rll路和响应时间调节电路分别由 电位器和电阻组成。
所述执行模块还包括光电隔离电路和固态继电器；所述光Ki隔离电路包括鬼成电路 TLP521及外围电路。
所述执行模块的电磁阀为气动电磁阀。 釆用了上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果 (1)本高精度金属分离器由正弦波发生器产生髙频正弦波信号对发射线圈进行激
5励，产生交变的高频磁场，正弦波信号输出至两路放大倍数相同的放大电路中，其中的 一路放大电路接入探测金属的传感器，两路放大电路的放大信号输入到差分放大器。当 混有金属杂质的物料通过传感器的线圈时，其交变磁场会受到扰乱，接入线圈的一路放 大电路的信号会减小，两路放大信号的差值就是探测到的金属信号，此信号经放大后由 单片机进行处理使执行模块的电磁阀控制挡板动作，从而可靠地分拣出金属杂质，使用 方便、效率高。
(2) 本实用新型的金属分离器的传感器在内筒外表面中间位置设有一凹槽，这样 就能稳定地绕制线圈。
(3) 为了能更好聚集交变磁场中的磁力线，减少涡流损耗，本实用新型的金属分 离器的传感器的内筒凹槽外表面固定有镍锌铁氧体材料的导磁层。同时为了，提高导磁 层的抗干扰能力，导磁层外设有金属屏蔽层，屏蔽层接地。
(4) 本实用新型的金属分离器的线圈包括发射线圈和接收线圈，发射线圈串联电 容构成LC振荡电路，在发射线圈受正弦波信号激励后，产生交变的高频磁场，有利于 提高金属的灵敏度。此外，发射线圈和检测线圈采用丝包线结构，可以去除肌肤效应的 影响。
(5) 本实用新型的金属分离器的信号处理模块采用高速增强型的ATmegal28单片 机用于中断口接收探测信号，产生中断，并进行屮断响应处理，控制电磁阀执行分拣金 属的动作，性能稳定，效率高。
(6) 本实用新型的金属分离器的信号处理模块还包括线性全波整流电路，用于将 正弦波电压转变成直流电压。
(7) 在正弦波信号输入到两路放大倍数相同的放大电路中时，两路信号是一样的， 电气上是平衡的，当其中一路接入传感器线圈时，加入的线圈破坏了两路放大电路的电 气平衡，使两路输出信号会产生信号差，为调节两路输出平衡，本实用新型的金属分离 器在未加入线圈的一路放大电路中加入数字电位器来调节放大倍数，从而两路输出信号 在系统启动时自动保持一致。
(8) 当本实用新型的高精度金属分离器的信号处理模块还包括精度调节电路时， 能满足不同的分离金属精度要求，分离精度最小可达0.5立方毫米。当还包括响应吋间 调节电路时，还可以精确的控制调节电磁阀的响应时间。
(9) 本实用新型的高精度金属分离器的执行模块Ell固态继电器控制电磁阀动作， 为了防止固态继电器对单片机的千扰，本实用新型的高精度金属分离器还包括了由集成 电路TLP521及外围电路组成的光电隔离电路，用来隔离单片机和固态继电器，提高了 系统控制的稳定性。(10) 本实用新型的高精度金属分离器的执行模块采用电磁气阀控制挡板的动作，
电磁气阀具有使用寿命长的优点，从而使本实用新型的使用及维护成本低，另外采用压 縮空气作为动力源，无污染的同时还节约能源。
(11) 本实用新型的高精度金属分离器可用于检测和分离混在原料中的金属杂质， 包括铁类和非铁类金属，如铜、铝、不锈钢等，适用范围广。灵敏度高，最小金属感应
体积0.5立方毫米，在化工、橡胶、制塑、食品加工、医药、造纸、采石或采煤等行业 可以广泛的应用，也可用于粮食、麦秸、草料切碎等农业生产加工过程的非金属原料的 处理。检测效率高，每小时可以分拣375-2000Kg混有金属杂质的工业塑料原料。故高 精度金属分离器灵敏度高，稳定性好，在保护生产设备、提高企业的生产质量和效益方 面，具有极高的实用价值。
月
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附 图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
图1为本实用新型高精度金属分离器装置的结构示意图。 图2为本实用新型高精度金属分离器装置的传感器结构示意图。 图3为本实用新型高精度金属分离器装置的电路原理示意图。 图4为本实用新型高精度金属分离器装置的流程框图。 其中附图标号如下
探测模块部分
传感器ll:内筒11-1，线圏11-2，导磁层U-3，正弦信号发生器12; 信号处理模块部分
单片机21,第一放大电路22-1,第二放大电路22-2,第三放大电路22-3，第-线 性全波整流电路23-l，第二线性全波整流电路23-2，数字电位器24,差分放大电路25, 精度调节电路26，响应时间调节电路27;
执行模块部分
光电隔离电路31，固态继电器32，电磁阀33，挡板34;
原料传输通道部分
进料口41，分离通道42，金属通道43，好料通逝44; 金属5。
具体实施方式
(实施例l)
见
图1至图3，本实施例的髙精度金属分离器，包括探测模块、信号处理模块、执 行模块和原料传输通道。
其中探测模块包括传感器11和正弦信号发生器12。传感器11见图2，包括内简 11-1、线圈11-2和导磁层11-3。内筒11外表面中间位置设有一凹槽；所述传感器11的 线圈11-2包括发射线圈和接收线圈。发射线圈为20匝多股高频丝包线和精密电容构成 的LC振荡线圈，绕在内筒I1的凹槽内；接收线圈为2匝多股髙频丝包线，绕在发射线 圈外。导磁层11-3固定在内筒1外表面的，导磁层ll-3外设有金属屏蔽层，金属屏蔽 层接地。见图3，正弦信号发生器12为集成电路AD9833，它的FSYNC、 SCLK、 SDATA 引脚分别与单片机21的PAO、 PA1、 PA2引脚电连接，由单片机21控制正弦信号发生 器12产生一 定频率的正弦波信号。当线圈11-2两端加上固定频率的正弦波脉冲电压时， 线圈11-2内会产生周期变化的电流，使周围产生变化磁场，金属5处在变化的磁场中 时，内部会产生感生电动势和感应电流(涡流)，电涡流产生的磁场使线圈周围磁感应强 度发生变化。当金属5通过线圈ll-2时，线圈ll-2输出一微弱的电压变化，这一微弱 的电压信号经放大、电压比较、抑制干扰、单片机信号处理后，最后使执行机构动作， 从而检出混有金属杂质的物体。
见图2，信号处理模块包括单片机21、放大电路、线性全波整流电路、数卞电位器 24、差分放大器25、精度调节'ti路26和响应时间调节电路27。放大电路包括放大倍数 相同的且与正弦信号发生器12的输出端电连接的第一放大电路22-1和第二放火电路 22-2以及与单片机21的PFO引脚以及差分放大器25的输出端iti连接的第三放大电路 22-3。其中，第一放大电路22-1和第二放大电路22-2分别包括运放LT1122及其外围电 路，第三放大电路22-3包括运放LF356及外围电路，传感器11的线圈11-2接入第二放 大电路22-2。线性全波整流电路包括分别与第一放大电路22-1和第二放大电路22-2电 连接的第一线性全波整流电路23-1和第二线性全波整流电路23-2。单片机21型号为 ATmegal28，其PF1引脚电连接响应时间调节电路27， PF2引脚电连接的精度调节电路 26。数字电位器24型号为X9C103，差分放大器25为集成电路INAIOI，精度调节电路 26和响应时间调节电路27分别由电位器和电阻组成。
见
图1和图2，执行模块包括光电隔离电路31、固态继电器32、电磁阀33和挡板 34。光电隔离电路31与单片机21的PC3引脚电连接，包括集成电路TLP521及外围电 路。
见
图1,原料传输通道与探测模块传感器的内筒11相通，包括位于传感器上方的进 料口41、位于探测模块下方的分离通道42、竖向设于分离通道42下方且与之相通的好料通道44以及斜向设于分离通道42下方且与之相通的金属通道43。
执行模块的挡板34工作时可由电磁阀33控制而位于封闭金属通道43的入口处(图 中实线位置)或者位于封闭好料通道44的入口处(图中虛线位置)。当混有金属的工业 原料从进料口 41自由下落到传感器的内筒11位置时，其中的金属通过线圈11-2便会 在传感器线圈11-2的输出端产生一微弱的交变电压，此电压信号经单片机21信号处理 后，最后使执行模块动作，由固态继电器32给电磁阀33信号，控制挡板34由实线位 置到虚线位置再回到实线位置，挡出金属5使其进入金属通道43。
图4是高精度金属分离器的流程框图。在主程序中首先对系统初始化，然后设置中 断口的中断方式，并开中断，允许中断口产生中断，此后CPU处于等待状态。当有金属 5通过传感器的线圈11-2时，接收线圈产生输出信号，经处理后将探测信号送中断口， 触发中断。CPU接收中断请求，进行中断响应，调用中断服务处理程序，执行中断操 作。在中断服务程序中，通过指令控制，发送数据至CPU相应的端口，启动控制电路， 驱动继电器工作，控制执行模块的电磁阀33动作，去除加工原料中的金属物质。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用 新型。由本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护 范围之中。
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权利要求1、一种高精度金属分离器，包括探测模块、信号处理模块、执行模块和原料传输通道；其特征在于所述探测模块包括传感器(11)和正弦信号发生器(12)，传感器(11)包括内筒(11-1)、线圈(11-2)和导磁层(11-3)，导磁层(11-3)固定在内筒(11)外表面；所述信号处理模块包括单片机(21)、放大电路和差分放大器(25)；单片机(21)与正弦信号发生器(12)的输入端电连接；放大电路包括放大倍数相同的且与正弦信号发生器(12)的输出端电连接的第一放大电路(22-1)和第二放大电路(22-2)，传感器(11)的线圈(11-2)接入第二放大电路(22-2)；第一放大电路(22-1)和第二放大电路(22-2)的放大信号输入差分放大器(25)，差分放大器(25)将结果输出给单片机(21)；所述原料传输通道与探测模块传感器的内筒(11)相通，包括位于传感器上方的进料口(41)、位于探测模块下方的分离通道(42)、竖向设于分离通道(42)下方且与之相通的好料通道(44)以及斜向设于分离通道(42)下方且与之相通的金属通道(43)；所述执行模块包括电磁阀(33)和挡板(34)；电磁阀(33)与单片机(21)电连接；挡板(34)工作时可由电磁阀(33)控制而位于封闭金属通道(43)的入口处或者位于封闭好料通道(44)的入口处。
2、 根据权利要求1所述的高精度金属分离器，其特征在于所述导磁层(11-3) 外设有金属屏蔽层，金属屏蔽层接地。
3、 根据权利要求2所述的高精度金属分离器，其特征在于所述传感器(11)的 内筒(11)外表面中间位置设有一凹槽；所述传感器(11)的线圈(11-2)包括发射线 圈和接收线圈；发射线圈为20匝多股高频丝包线和精密电容构成的LC振荡线圈，绕在 内筒(11)的凹槽内；接收线圈为2匝多股高频丝包线，绕在发射线圈外。
4、 根据权利要求1所述的髙精度金属分离器，其特征在于所述正弦信号发生器(12) 为集成电路AD9833,它的FSYNC、 SCLK、 SDATA引脚分别与单片机(21)的 PAO、 PA1、 PA2引脚电连接；所述单片机(21)型号为ATmegal28，其PFO引脚与差 分放大器(25)的输出端电连接；所述差分放大器(25)为集成电路INAIOI。
5、 根据权利要求4所述的高精度金属分离器，其特征在于所述信号处理模块还包括分别与第一放大电路(22-1)和第二放大电路(22-2)电连接的第一线性全波整流 电路(23-1)和第二线性全波整流电路(23-2);所述第一放大电路(22-1)和第二放大 电路(22-2)分别包括运放LT1122及其外围电路；所述第一线性全波整流电路(23-1) 和第二线性全波整流电路(23-2)包括运放LT1122及其外围电路。
6、 根据权利要求5所述的髙精度金属分离器，其特征在于所述信号处理模块还 包括接入第一放大电路(22-1)的型号为X9C103的数字电位器(24)。
7、 根据权利要求6所述的高精度金属分离器装置，其特征在于所述信号处理模 块还包括与单片机(21)的PFO引脚以及差分放大器(25)的输出端电连接的第三放大 电路(22-3);第三放大电路(22-3)包括运放LF356及外围电路。
8、 根据权利要求7所述的高精度金属分离器装置，其特征在于所述信号处理模 块还包括与单片机(21)的PF1弓l脚电连接的响应时间调节电路(27)和与单片机(21) 的PF2引脚电连接的精度调节电路(26);所述精度调节电路(26)和响应时间调节电 路(27)分别由电位器和电阻组成。
9、 根据权利要求1所述的高精度金属分离器装置，其特征在于所述执行模块还 包括光电隔离电路(31)和固态继电器(32);所述光电隔离电路(31)与单片机(21) 的PC3引脚电连接，包括集成电路TLP521及外围ili路。
10、 根据权利要求1所述的高精度金属分离器装置，其特征在于所述执行模块的 电磁阀(33)为气动电磁阀。
专利摘要本实用新型公开了一种高精度金属分离器，包括探测模块、信号处理模块、执行模块和原料传输通道；探测模块包括传感器和正弦信号发生器，传感器包括内筒、线圈和导磁层；信号处理模块包括单片机、放大电路和差分放大器；单片机与正弦信号发生器的输入端电连接；传感器的线圈接入一路放大电路；两路放大信号输入连接单片机的差分放大器；原料传输通道包括进料口、分离通道、好料通道以及斜向的金属通道；执行模块包括电磁阀和挡板；电磁阀与单片机电连接。当混有金属杂质的物料通过传感器的线圈时，其交变磁场会受到扰乱，干扰信号经放大后由单片机进行处理使执行模块的电磁阀控制挡板动作，从而可靠地分拣出金属杂质，使用方便、效率高。
文档编号B03C1/02GK201361576SQ20092003634
公开日2009年12月16日 申请日期2009年3月3日 优先权日2009年3月3日
发明者叶晓东, 李开霞, 芮晴波, 花加丽 申请人:常州机械电子工程研究所