田大军，王金枝，高华婷，刘洪波 （济南正平主动化设备有限公司，山东 济南 250000）
摘 要：本体系包含金属检测器、操控电路和别离体系三部分。首要原理是有1个发射线圈，2个接纳线圈，发 射线圈，在通电后发生1个永久的沟通电磁场，2个接纳线圈相互衔接，在有金属经过2个金属线圈时都会发生 信号改变，操控器在处理并判别该信号之后，给出金属信号。经过继电器操控输出给除掉设备，将带有金属杂 质的物料铲除出去，对进步食物的安全性及保护精细工业机器具有重要的含义。
关键词：金属检测；沟通电磁场；继电器
0 导言
跟着人们日子质量的进步，对饮食安全和药品安全 要求越来越高，相应的安全问题也就得到人们的更加剧 视，相应产品的金属检测体系规划的重要性也就日益显 现出来。
本体系规划与探讨了高精度金属检测体系，该体系 可用于塑料、食物、化工和其他职业的质料中进行金 属检测和别离。它能够快速检测并主动别离原资料中的 铁、铜、铝和不锈钢等金属杂质，还能够安装在注塑机 和挤出机等设备上。作为金属检测设备，金属检测和分 离体系广泛用于塑料、添加剂或粉末状资料的检测，然 后再进行下一步处理，以保护后续设备。它也能够用于 细粉产品，例如奶粉和化学添加剂，进行质量测验；以 及食物工业，制药工业，药品和胶囊等细粉产品的组 合。这样能够确保和进步设备的出产功率，相应也更能 进步产品的质量，削减设备保护本钱和停机形成的损 失，因而具有宽广的运用商场和社会价值。
1 体系原理及结构
从结构方面看，该体系能够分红金属检测器、操控 器以及别离体系三大部分。同轴线圈包含起振电路、 发射线圈和接纳线圈；操控器信首要包含信号收集和处 理、模数转化电路、电源电路及简略的数码管显现电路 等。别离体系包含继电器及相应的除掉设备。其原理是 发射线圈通电后发生1个频率为（30~600） kHz可调的 高频沟通电磁场，两个接纳线圈相互衔接，在有金属 经过接纳线圈时，2个接纳线圈接纳到的电磁场信号不 同，信号的相位和波幅引起信号的改变，运用检涉及放 大电路、DAC数模转化电路等，在接纳处理并判别信 号后，给出金属信号。单片机STM32F103的I/O口将得 到的金属信号经过驱动电路，来操控继电器输出给别离 器，将含有金属杂质的质料别离出去。
2 体系的功用组成
从功用方面，该体系首要包含振荡电路、同轴线圈、检波与扩大电路、电源电路、模数转化电路、数码 管显现和除掉设备等。
金属检测与别离体系框图如图1所示。
2.1 金属检测线圈
金属检测线圈结构紧凑，由1个发生交变磁场的发 射线圈和2个检测磁场感应改变的接纳线圈组成。发射 线圈和接纳线圈是同轴固定并且没有偏移。发射线圈和 接纳线圈均选用漆包线环绕，外外表由尼龙资料固定， 安稳性高，整个线圈被检测线圈围住。如图2所示，金 属检测线圈、发射线圈和接纳线圈的示意图互相彻底平 行，中心是发射线。高频沟通电会发生磁场，并且线圈 的两头都是接纳线圈，由于2个接纳线圈彻底相同，间 距相同，并且感测信号彻底相同。当金属杂质穿过线圈 时，坐落接纳线圈邻近的高频磁场将被磁感应线顺次切 断，相位和起伏的改变会引起信号的改变，并且接纳线 圈会发送该改变到差分扩大电路进行处理。
抱负的状况是质料产品和检测到的金属杂质信号相 位成90°角，这样金属杂质被成功检测到，如图3所示。 可是大多数状况下检测到的质料和金属杂质不是抱负的 90°角，大多数是介于0~90°角，这样根本都能检测到， 如图4所示是正常状况下的相位示意图，还有别的一种 极点状况便是质料产品和金属杂质有着相同的相位角， 这种状况下是无法检测到金属杂质的，这是本体系规划 所存在的缺陷。
2.2 主操控芯片
体系以STM32F103单片机为主操控芯片，该芯片 现在是大众化商场产品，相应的外围电路、晶体振荡电 路、复位电路和下载口程序等技能都十分老练，硬件设 计和后期调试进程也相对简略，且该芯片是根据要求高 功用、低本钱、低功耗的嵌入式运用规划，彻底能满意体系牢靠和安稳运转的才干。
2.3 电源电路
该体系对电源的要求比较高，并且芯片供电电压也 不尽相同。本体系首要选用市电220 V给体系供电，由 于市电220 V各个地方会有动摇或许不安稳，就会给系 统形成很大的搅扰，影响体系的精度及形成误判，系 统中首要选用了2个AC 220 V-DC 15 V电压转化模块及 相应的滤波器和滤波电路，将电压转化为较为安稳的 DC±15 V，然后运用传统的LM78XX系列稳压芯片得 到安稳的DC±12 V和DC 5 V电压，并配有相应的指示 灯。这样得到的电压杂波少、安稳，并且受外界电压干 扰比较少，能够满意操控体系牢靠安稳地作业。
2.4 检波与扩大电路
检波扩大电路首要是运放LT1122和NPN型三极管 BCP56-16T1G组成，别离将由DAC8043数模转化的模 拟信号和接纳线圈接纳到的信号进行滤波扩大，将剖析 处理后金属信号最终传给单片机，由单片机做出判别和 处理。该处三极管BCP56-16T1G的基级是有DC±12 V 组成的基准电压0 V，所以简略遭到外围电路电压的影 响，故对供电电源要求比较高。
图5是部分检波与扩大电路图。
2.5 数模转化电路
根据体系电路的要求，体系运用DAC8043作为数 模转化电路芯片。它是8引脚PDIP封装的高精度12位 CMOS乘法DAC。DAC8043具有串行数据输入、双缓冲和超卓的模仿功用，是电路板规划和运用的抱负挑选。 别的，线性度的改进及增益差错功用的改进能够不需求 调整设备，这样就能够削减元器件的数量。别的输入时 钟和负载DAC具有独立的操控电路规划，运用户能够完 全操控数据负载和模仿输出。
该电路包含1个12位串行输入、并行输出移位寄 存器，1个12位DAC寄存器，1个12位CMOS的 DAC 和操控逻辑。串行数据在CLK脉冲的上升沿进入输入 寄存器。当输入新的数据字时，DAC寄存器经过LD 输入引脚加载。
DAC寄存器中的数据经过数模转化器 （DAC）转化为输出电流。 DAC8043具有快速接口守时功用，可削减守时规划 注意事项和微处理器等候状况。关于需求异步清零或更 强壮的微处理器接口逻辑的运用，DAC8043运用5 V单 电源供电，并选用其低功耗、高功用的处理方案。在系 统中运用其单扩大器电路，满意体系规划要求。详细应 用电路如图6所示。
2.6 除掉设备
质料产品需求经过传送带才干经过检测线圈内部通 道，在检测线圈检测到金属杂质时，单片机就会经过驱 动电路操控继电器，然后操控外部机械设备主动除掉含 有金属杂质的质料产品，这便是除掉设备的原理。当然 能够根据实际需求规划多种款式的除掉设备，以满意各 种类型的质料产品的需求。
2.7 数码管显现
数码管显现首要是单片机驱动的2个8位数码管，其 首要作用是简略显现错误代码以及检测到的金属杂质数 量等信息，辅佐体系调试和体系正常作业时的一些提示 信息，进步体系的可视性。
3 结语
金属检测与别离体系的规划是根据电和磁的原理对 产品中的金属杂质切开磁感线发生相位和起伏的小脉 冲，从而对此小脉冲进行检波与扩大处理的进程，然后 去除含有金属杂质的质料，到达纯化质料的意图，可应 用于食物和药品，以及工业塑料等场合。产品的安全性 和质量将进步到一个新的水平，并有杰出的商场运用。
可是，该体系依然遭到许多技能问题的困扰，例如 周围作业环境的影响，当质料和金属杂质的相角或相角 相对均匀时，会影响金属杂质的检测。将来，应该尽力 处理缺陷，以进一步改进体系并进步体系的牢靠性。
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本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第03期第40页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
