可用于铝箔包装类产品的全金属异物检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 可用于铝箱包装类产品的全金属异物检测装置，涉及对铝箱包装类产品进行全金 属异物检测技术，适用于对铝箱包装类产品与一般类产品进行全金属异物检测。 技术背景
[0002] 现有的在食品生产过程中使用的金属异物检测器主要有两种:一种是采用静磁场 技术的检测设备，这种设备只能检测铁磁材质的金属颗粒异物，而不能检测铜、铝等非铁磁 或弱铁磁材质的金属颗粒异物。另一种则是采用电磁场技术，这种设备虽然可用于检测包 括铁、不锈钢、铜、铝等全部金属材质的金属颗粒异物，但是这种电磁场技术检测设备中的 检测信号接收和检测信号处理的不足，使得其对采用铝箱包装类的产品检测时，由于包装 产品自身产生很大的"产品效应"，而无法检测采用铝箱包装的产品中是否混入了微小金属 颗粒异物。
[0003] 而尤其在食品等行业中，越来越多的产品采用的是铝箱类包装，且生产过程中可 能出现的微小金属颗粒异物主要是不锈钢等非铁磁或弱铁磁材质的金属，上述两种设备都 无法对采用铝箱类包装的产品进行有效的全金属异物检测，使得生成的产品存在着很大的 安全隐患。
【发明内容】
[0004] 针对现有的金属异物检测设备的不足，本发明人经过长期研究，提出了一种能够 有效区分和排除铝箱包装类产品自身产生的"产品效应"干扰，检测的可靠性和灵敏度高的 铝箱包装类产品的全金属异物检测装置，而且这种装置还可用于非铝箱包装，但自身"产品 效应"很大的产品及一般产品的全金属异物检测。
[0005] 本发明装置由传感器(探头）、检测信号接收模块、检测信号处理模块、检测信号激 励模块，基准信号源、中央控制单元、10模块、人机接口（HMI)和电源系统构成。
[0006] 传感器(探头）主要由接收线圈1，接收线圈2和发射线圈组成，是生成检测用电磁 场及检测信号采集的装置。
[0007] 检测信号激励模块将基准信号功率放大，以在探头生成检测用电磁场。
[0008] 检测信号接收模块接收传感器采集到的检测信号，通过由I-V转换器、带通滤波 器、移相器、幅值调节器、差动放大器、AD转换器及中央控制单元组成的检测信号自动平衡 电路，经用滤波器筛选出有效的信号后，控制移相器和幅值调节器，对从接收线圈1和接收 线圈2上接收到的有效检测信号自动平衡，使得接收线圈1和接收线圈2上的正弦波信号的 幅值和相位基本相等，提高信号检测的可靠性、稳定性和灵敏度。
[0009] 检测信号处理模块对从传感器采集并经过相应转换后的检测信号通过乘法器、低 通滤波器、除法器、平方根运算器、信号放大器、AD转换器及中央控制单元构成的进行相应 的信号处理，对铝箱包装类产品中是否混有全金属异物进行准确检测。
[0010]基准信号源模块采用三块ADI的AD9833来实现基准信号的数字式控制。根据中央 控制单元的参数，生成系统所需的各种基准信号。
[0011]中央控制单元采用TI的TMS320F28235数字信号处理器，控制各模块及检测算法运 行。
[0012] 10模块是执行机构和控制机构的输入输出模块。
[0013] 人机接口（HMI)采用触摸屏，可实现丰富人机界面的快速开发，接口通过相应的通 讯协议与中央控制单元进行数据交换，接收操作员的操作指令，并呈现检测信息。
[0014] 电源系统对整个装置提供各种不同的电源。
[0015] 本发明检测装置工作时，基准信号源根据中央控制单元设定的参数生成一个基准 信号sin(c〇t)(co的值为几十至几百千赫兹）。检测信号激励模块将此信号功率放大后，推 送到传感器的发射线圈上，在传感器的检测空间生成电磁场，其中发射线圈中的信号为:A sin( ω t)。传感器上的接收线圈1和接收线圈2上分别生成感应信号aisin( ω t+w)和a2sin (ω t+a2)，通过调节接收线圈1、接收线圈2与发射线圈的位置，使ai ? a2，ai ? α2,合并后的接 收信号为asin( c〇t+a)(a和a均为较小的值）。
[0016] 同时基准信号还生成两个基准信号sin(c〇t+i3)和C〇S(c〇t+i3)用于后续的接收信 号的检测处理，其中m直则根据检测需要进行调整。
[0017]由于铝箱包装类产品的全金属检测，对接收型号要求较高，要求a? 0，a?0。但是 在实际检测过程中，因机械、电气的误差，以及时间变化等因素的影响，很难用手动的方式 做到a ? 0，α ? 0,因此采用电子的方式对接收信号进行自动调节。接收信号1与接收信号2分 别通过I-V转换器，将信号由电流型转换为电压型，通过带通滤波器，移相器和幅值调节器， 经过上述处理的接收信号1与接收信号2送入一个可控制增益的差动放大器，得到后续模块 (检测信号处理模块）的输入;此信号同时经AD转换后送到中央控制单元，中央控制单元则 通过控制移相器、幅值调节器和差动放大器增益的参数，使得经差动放大后的信号的参数 符合a ? 0，α ? 0〇
[0018] 接收信号通过自动调节后，传入到后续的检测信号处理模块，通过乘法器、低通滤 波器、除法器、平方根运算、信号放大器、AD转换器进行信号处理，对铝箱包装类产品进行全 金属异物检测。
[0019] 当有铝箱包装类产品通过传感器(探头)检测区域时，设铝箱包装类产品通过传感 器(探头)检测区域时，经检测信号接收模块处理后的接收信号Sb 1Sin( ω t+ΘΟ。
[0020] 此时，接收信号与两个基准信号进行乘法运算，其表达式分别为AisiWcot+eOX 8；[11(0丨+0)和1318；[11(0丨+ 91)\008(0丨+0)。上述表达式进行三角积化和差变换后，得到：
[0021] 通过低通滤波模块后，保留了上式中的低频部分的信号：幻和
子别通过除法器和平方根运算后，得到信号 表达式分别为tanO^)和|。我们可以预先调整β，使得tanOd) ? 〇,并将$的值预先存 储在中央控制单元中。
[0022] 因为铝箱包装本身有很大的"产品效应"，所【
1至 少有一路信号经过信号放大后的值会很大(甚至超AD转换的量程），这样中央控制单元通过 AD模块采集的数据就可以知道此时有产品通过检测区域。
[0023] 而中央控制单元从除法器通道得到的值tanO^P) ? 〇,平方根运算通道得到的值 约等于中央控制单元之前预先存储的值|。此时，系统认为产品中没有混入金属异物，不产 生报警信号，将产品放行。
[0024] 当混有金属颗粒异物的产品通过探头检测区域时，经检测信号接收模块处理后的 接收信号为(bi+b2)sin( ω ?+θι+θ2)。
[0025] 此时，接收信号与两个基准信号进行乘法运算，其表达式分别为:（Μ+?32)Μη(ω?+θ1+ Θ2) Xsin( ω t+β)和(bi+b2)sin( ω?+θχ+θ〗）Xcos( ω t+β);上述表达式进行三角积化和差变换 后，得到
[0026] 通过低通滤波模块后，保留了上式中的低频部分的信号：% - ?和
中至少有一路信号 经过信号放大后的值会很大，这样中央控制单元通过AD模块采集的数据就可以知道此时有 产品通过检测区域。
[0027] 这时，除法器通道和平方根通道中信号的表达式分别为：?&η(θ1+θ2-β)和^从 之前的描述可知道tan(01+02-0)矣〇或者此时，装置识别出铝箱包装的产品中混 有金属异物，于是产生报警信号，检出混入有金属颗粒异物的铝箱包装类产品。
[0028] 本发明的特点是:对检测信号通过数字电位器控制的移相器和幅值调节器，对接 收到的检测信号进行自动平衡，提高了检测信号的可靠性，经自动平衡的检测信号通过检 测信号处理模块的乘法器、低通滤波器、除法器、平方根运算器、信号放大器、AD转换器相应 的信号处理，有效提高了本发明检测装置对铝箱包装类产品全金属异物检测的准确性。本 发明结构合理，操作方便，检测效果好，不仅能够对铝箱包装类产品的全金属异物检测，而 且还可用于对