一种新型智能金属探测器

　　在选矿、造纸、制药、木材和塑料制品加工等行业的生产过程中,如果在生产线上的物料中混入了较大块的废金属物体就可能造成加工设备的损坏,影响生产的正常进行,因此,为了保证产品质量和设备安全运行常常需要探测出混在物料中的金属物体,金属探测器就是实现金属检测的一种仪器.通常,金属探测器是采用探测线圈利用电磁感应原理探测金属的.探测线圈直接套入物料传送带或放置在传送带附近,通过检测金属通过时探测线圈中电压、电流频率的变化、幅值的变化或两者之间相位角的变化探测金属.

　　从工业现场具体应用的要求来看,传统的金属探测器存在的主要问题是:①提高检测精度的要求,混在物料中的金属常常形状大小各异,而且在物料较厚时可能被埋在物料下,因此金属探测器需要有较高的检测精度.为了提高检测精度,对于利用频率变化原理进行检测的差拍式金属探测器[1],需要提高电压、电流频率,但频率增加会使探测器受到线圈分布电容及工作环境的影响,另一种提高检测精度的方法是利用两个或多个探测线圈(分为发射线圈和接收线圈),以平衡方式进行探测[2],如一些国外的金属探测器,由于元器件参数的分散性、环境因素(如温度)的变化及现场条件的恶劣性,探测器的安装、调试的可操作性不好,而且仪器成本较高.②克服物料磁性影响的要求,由于金属探测利用了电磁感应原理,因此,如物料本身具有一定的导磁性将影响探测结果,例如引起探测器误动作等,虽然一些探测器对磁性物料的影响作了一些修正,但手工调整不方便、不准确.③具有抗现场电磁干扰的要求,利用电磁感应原理进行探测的金属探测器,当在探测器附近进行电焊操作时,探测器很容易产生频繁的误动作,目前常见的利用电磁感应原理检测金属的探测器都未采取较好的措施.

　　本文设计的新型智能金属探测器方案借鉴传统金属探测器的优点,采用单个探测线圈,结构简单,增强了现场的可操作性;综合探测线圈电压变化检测原理和频率变化检测原理,提高检测精度,排除磁性物料的影响;处理部件采用用微控制器代替传统探测器的模拟电路器件,有效保证了检测原理的实施,并且能辨识和排除电焊干扰.总之,新型智能金属探测器是集金属检测与设备管理(如检测金属事件记录和串行通信功能)于一体的新一代数字式智能仪器,具有较高的性能价格比和广泛的应用前景.

　　1　金属探测器的原理

　　1.1　探测金属的理论依据

　　下面分析探测金属的理论依据,着重分析金属物体和磁性物料对具有交变电流的探测线圈的等效阻抗即等效电感和电阻的影响.当金属物体和磁性物料在线圈平面附近时,依据电磁感应的原理[3,4],将发生如下的现象和效应: