工业质检金属检测装置及方法与流程

本申请涉及工业质检领域，更具体地说，涉及一种工业质检金属检测装置及方法。

背景技术：

1、工业用金属检测装置是用于检测并去除工业产品中的金属污染物，包括铁金属和非铁金属如铜、不锈钢等，广泛应用于工业生产物料检测、工业成品检测如食品和药品等行业，有效保障了产品的质检合格率。为了保证检测的效率和可靠性，对于金属产品，行业内普遍采用的是基于电磁感应原理的感应式金属颗粒检测传感器。

2、感应式金属颗粒检测传感器属于在线式测量。如图1所示主要由一个平衡式线圈系统构成，三个线圈绕制在非金属方形骨架上。线圈2通入高频交流电并作为发射线圈，发射线圈在方形骨架内形成高频磁场，线圈1和线圈3这两个线圈沿线圈2对称绕制并反向连接作为接收线圈。由于两个接收线圈参数一致并与发射线圈对称，理想情况下，两接收线圈的磁感应电压完全相同，输出端为零电压。当有金属颗粒通过线圈时会改变线圈系统的平衡，输出端产生不平衡电压，使用相敏检波电路可以检测出金属颗粒的尺寸和性质并进行不合格品的剔除。

3、由于机械结构的制作误差和外界的非对称影响，线圈系统无法达到完全平衡，即便在设计制作时通过人为进行平衡的调整也无法保证系统的可靠运行，在运行工作中，长时间的机械疲劳和参数漂移也会导致线圈系统失去平衡，甚至超出测量范围，同时传感器的参数也会发生变化。因此，为了保证探测系统始终处于最佳的运行状态，必须通过机械式调节或使用自动平衡控件对不平衡电压进行持续补偿和修正传感器的电学参数。

4、中国专利申请，专利公布号cn 102331390 a，记载了一种流动油液金属颗粒在线监测传感器，包括壳体和设置在壳体内的油路通管、第一输入线圈、第二输入线圈和输出线圈，壳体的两端设置有连接头，油路通管与连接头之间设置有密封装置，第一输入线圈和第二输入线圈绕向相反并相互串接，通过交流电驱动而使第一输入线圈和第二输入线圈产生的磁场相反，特点是油路通管外同轴活动套设有非导电的线圈架，第一输入线圈、第二输入线圈和输出线圈卷绕在线圈架上，线圈架设置有轴向位置调整机构，优点在于可以通过轴向调整线圈架位置而使两端的第一输入线圈和第二输入线圈产生的磁场在相应的位置相互抵消，提高输出线圈对磨粒信号的感应灵敏度，保证传感器在各种场合的使用中均能工作在最佳状态。该发明就属于通过一种机械式的调节结构，对传感器的零点进行补偿，仍然是一种离线、手动的调节方法。

技术实现思路

1、1.要解决的技术问题

2、针对现有技术中存在的金属检测中由于机械制作误差、机械疲劳传感器参数漂移等原因引发的平衡式线圈系统失衡不易调节的问题，本申请提供了一种工业质检金属检测装置和方法，可以调节线圈系统的失衡电压，且降低了设计难度，电路的可集成度更高。

3、2.技术方案

4、本申请的目的通过以下技术方案实现。

5、一种工业质检金属检测装置，包括：

6、骨架，骨架为内部为空腔的中空管状结构。四壁厚度均匀，用于绕制线圈。骨架内部形成空腔，供质检产品通过；横截面为对称图形，可以为圆形、方形、正多边形、椭圆形等，优选为方形；骨架由非金属材料制成，可以为玻璃、塑料等，优选的，为塑料。

7、一发射线圈沿骨架水平中心轴均匀绕制。

8、两个接收线圈沿骨架水平中心轴均匀绕制于发射线圈两侧，两个接收线圈相对发射线圈对称设置；两个接收线圈抽头的一端反向连接到一起，另外两个线圈抽头引出输出感应电压。

9、至少一个补偿线圈，直接绕制在骨架上，线圈绕制完成后进行固定并引出接头。

10、驱动电路：第一pwm输出模块产生方波信号，依次经过滤波器、放大器，接入发射线圈；用于激励发射线圈。

11、校正电路：第二pwm输出模块产生方波信号；dac模块产生电压信号；方波信号和电压信号同时输入反相器，反相器的输出信号依次经过滤波器、放大器后接入补偿线圈；用于激励补偿线圈。其中，dac模块，用于产生不同幅值大小的输出电压来改变反相器输出信号的幅值，进而改变补偿电路输出信号的幅值。

12、信号检测电路：感应电压输入一放大器，放大器的输出信号和第三pwm输出模块产生的方波信号输入乘法器中，乘法器的输出信号输入滤波器，滤波器输出不平衡信号的幅值到adc信号采集模块；用于检测接收线圈磁感应信号。

13、第一、第二和第三pwm输出模块输出的方波信号频率相同。

14、控制单元：输出控制信号，使得第一、第二和第三pwm输出模块产生方波，控制单元调节第一、第二和第三pwm模块输出方波信号的相位和频率；通过spi通信控制接收adc模块采集的不平衡信号的幅值；输出控制信号用于调节dac模块的输出电压幅值。优选的，控制单元为微控制器。

15、一种工业质检金属检测方法，使用上述的工业质检金属检测装置，具体步骤如下：

16、微控制器控制第一pwm输出模块产生高频方波信号接入激励发射线圈的驱动电路，依次经过滤波和功率放大用于激励发射线圈。

17、两个接收线圈感应出的不平衡信号接入信号检测电路，不平衡信号经过放大器放大，叠加第三pwm输出模块产生的高频方波信号，再依次经过检波、滤波和电压采集，得到不平衡信号的幅值；不平衡信号的幅值经过adc输出给微控制器。

18、检测系统的灵敏度优化修正：微控制器根据不平衡信号的幅值大小，调节第一pwm输出模块和第三pwm输出模块的方波信号频率，直到信号检测电路采集的不平衡信号的幅值为实际测量中能够达到的最大值。

19、此时，检测系统的灵敏度最高，传感器参数得到优化修正。

20、进一步地，微控制器控制第二pwm输出模块产生一个与驱动电路输入方波信号同频的第二方波信号接入补偿电路，依次经过反相器、滤波和功率放大用于激励补偿线圈。

21、消除线圈系统的失衡：微控制器通过adc采集信号检测电路的不平衡信号的幅值，并根据此时的幅值去调节输入补偿电路的方波信号的相位和dac模块的输出电压幅值，直到信号检测电路检测到的不平衡信号幅值为实际测量中能够达到的最小值。

22、3.有益效果

23、相比于现有技术，本申请的优点在于：使用补偿线圈来调节线圈系统的失衡电压，设计简单。使用数字电路作为调整方式，降低了设计难度，电路的可集成度更高。同时兼顾线圈系统的失衡电压补偿和传感器的参数修正，进一步提高检测系统的可靠性，且补偿和修正过程都是通过系统自动完成的，更加准确方便。

技术特征：

1.一种工业质检金属检测装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种工业质检金属检测装置，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求1所述的一种工业质检金属检测装置，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种工业质检金属检测装置，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求4所述的一种工业质检金属检测装置，其特征在于，所述控制单元为微控制器。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种工业质检金属检测装置，其特征在于，所述骨架截面为方形，由塑料制成。

7.一种工业质检金属检测方法，其特征在于，使用权利要求1-6任一项所述的工业质检金属检测装置，具体步骤如下：

8.根据权利要求7所述的一种工业质检金属检测方法，其特征在于，还包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种工业质检金属检测方法，其特征在于，还包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种工业质检金属检测方法，其特征在于，还包括如下步骤：

技术总结
本申请公开了一种工业质检金属检测装置及方法，涉及工业质检领域。目前，检测并去除工业产品中的金属污染物主要用感应式金属颗粒检测传感器。该传感器必须通过机械调节或使用自动平衡控件的方式，持续补偿不平衡电压并修正传感器的电学参数。本申请提供的一种工业质检金属检测装置及方法，使用补偿线圈来调节线圈系统的失衡电压，设计简单；使用数字电路作为调整方式，降低了设计难度，电路的可集成度更高。本申请兼顾线圈系统的失衡电压补偿和传感器的参数修正，进一步提高检测系统的可靠性，且补偿和修正过程都是通过系统自动完成的，更加准确方便。

技术研发人员：赵国锋,李伟,李明夏,曹龙轩
受保护的技术使用者：安徽见行科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4