CN100427946C - 一种快速测定矿粉中金属含量的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速测定矿粉中金属含量的方法及装置，它是利用涡流检测技术来测定矿粉中的金属含量大小，可以实现快速的连续检测。其装置包括信号发生器、检测探头、前置放大相敏检波电路、平衡滤波电路、数字式相位旋转电路、可调增益放大器、模/数转换电路、计算机系统、键盘、显示器；其中信号发生器为可变频率波形发生器，检测探头内设有检测线圈，探头端部设为锥形，探头设有采样开关和标示有刻度。具有检测过程简单直观；不需要采、送样品；不要求高的操作技能；设备成本低、携带方便；检测速度快、可现场即时获取检测结果；测定结果准确的特点。

Description

一种快速测定矿粉中金属含量的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种检测方法及装置，特别是涉及一种可快速测定矿粉中金属含量的方法及装置。

背景技术

对铁矿粉中的含铁量进行检测是钢铁企业诸多检测工序中的重要一环。钢铁企业通过对铁矿的冶炼可以获得钢产品，而铁矿中含铁量的多少直接关系到冶炼后钢产量及冶炼过程的能耗大小，当铁矿原料是取自富铁矿时，由于富铁矿内含铁量高，则冶炼后的钢产量就大；当铁矿原料是取自贫铁矿时，由于贫铁矿内含铁量较低，则冶炼后的钢产量就少；由于钢铁企业所选用的铁矿原料一般来自许多不同地方，其含铁量参差不齐。当然，也不排除有些不法供货商蓄意向铁矿中掺入沙土以获取暴利，这都将给钢铁企业造成不必要的损失。为此，对矿粉进行含铁量的测定，是钢铁企业把好原料关避免重大经济损失的重要一环。现有技术对矿粉的测定方式大都还是采用传统的理化检验方式进行，如摇瓶子化验就是其中的一种，这种低水平的化验方式不但工作量大，而且化验周期长，精度不高；而作为高水平的电子仪器检测方式，虽然精度高、速度快，但是所使用的这类仪器都是从国外进口，一是价格昂贵，二是操作技能要求高，使应用成本大大增加；另一方面，现有的这些测定方式，都需要进行采、送样品，不但采、送样品费时耗力，更重要的是选取的样品局限于一小部分，很难具有代表性，容易造成测定结果的不准确。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种快速测定矿粉中金属含量的方法及装置，它是建立在涡流检测技术的基础上，利用具有锥型头的传感器有选择地插入矿粉中，通过测定检测线圈阻抗的变化，来测定出矿粉中的金属含量。具有检测过程简单直观；不需要采、送样品；不要求高的操作技能；设备成本低、携带方便；检测速度快、可现场即时获取检测结果；测定结果准确的特点。

本发明解决问题所采用的技术方案是：一种快速测定矿粉中金属含量的方法，它包括如下步骤：

a.由信号发生器输出具有一定频率的交变电流给检测探头内的激励线圈；

b.将设有锥型头的检测探头插入矿粉中；

c.检测探头由矿粉表面向矿粉深层的移动过程中，检测探头内的检测线圈会在周围矿粉中的金属颗粒里产生涡流感应，这种涡流感应导致检测线圈阻抗的变化；

d.检测线圈阻抗变化的涡流感应信号经前置放大、相敏检波、相位旋转、数控放大后由模/数接口送入计算机系统；

e.在计算机系统内检测线圈阻抗变化的涡流感应信号被处理成金属含量大小的对应数据，并输出给显示器；

f.显示器实时显示出检测探头插入矿粉过程中金属含量大小的变化数据或变化曲线；

g.计算机系统将检测探头插入矿粉中不同位置所获知的金属含量的数据进行分析比较，并最后得出该矿粉金属含量的平均值。也可制作成不同层深的金属含量三维显示图形；

所述的信号发生器还可输出变频信号，通过改变信号发生器的频率，可以调节检测探头的测定范围。

一种快速测定矿粉中金属含量的检测装置，它包括一信号发生器、一检测探头、一前置放大相敏检波电路、一平衡滤波电路、一数字式相位旋转电路、一可调增益放大器、一模/数转换电路、一计算机系统、一键盘、一显示器；信号发生器由CPU控制的具有石英晶体稳定度的可变频率波形发生器构成；检测探头内设有由激励线圈和检测线圈构成的传感器，探头前端部设为锥形；信号发生器的输出接至传感器的激励线圈输入端，传感器的检测线圈的输出端接至前置放大相敏检波电路的输入，前置放大相敏检波电路的输出接至平衡滤波电路的输入，平衡滤波电路的输出接至数字式相位旋转电路的输入，数字式相位旋转电路的输出接至可调增益放大器的输入，可调增益放大器的输出接至模/数转换电路的输入，模/数转换电路的输出接至计算机系统的输入，计算机系统的输出接至显示器，计算机系统分别与信号发生器、传感器、前置放大、相敏检波电路、平衡滤波电路、数字式相位旋转电路、可调增益放大器相连接，键盘的输出接至计算机系统。

所述的检测装置还包括有扬声器，扬声器的输入与计算机系统的输出相连接。

所述的检测装置还包括有报警单元，报警单元的输入与计算机系统的输出相连接。

所述的检测探头包括不锈钢管外套和手柄，不锈钢管外套的前端部设计成锥型头，不锈钢管外套的后端与手柄相套接，手柄上设计有采样开关，不锈钢管外套的前端部内腔装有线圈。

所述的不锈钢管外套还标有刻度。

在使用中，本发明是采用了涡流检测技术来实现快速测定矿粉中的金属含量，涡流检测是建立在电磁感应原理基础之上的一种无损检测方法。当载有交变电流的检测线圈靠近金属体时，由于线圈磁场的作用，金属体中会感生出涡流，涡流的大小、相位及流动形式受到金属体电磁性能等的影响，如金属体的电导率、磁导率、大小、形状等，而涡流的反作用磁场又使检测线圈的阻抗发生变化，因此，通过测定检测线圈阻抗的变化，就可以得出被测金属体的电磁性能的差别，从而获知金属体的含量大小。利用阻抗分析法可以分析涡流效应引起阻抗因素的变化及其相位变化之间的密切关系，采用阻抗归一化处理的方法可以间接得出影响阻抗的因素与阻抗之间的变化情况。

操作时，将检测探头插入矿粉中，由于检测探头的前端部为锥形，可以很方便地插入矿粉中，通过手柄上采样开关的控制，可以在探头从矿粉中拔出时开始检测。检测探头的前端部内腔装有线圈，线圈所需要的激励波形由信号发生器产生，这样，在通入交变电流的线圈中就建立了一个交变磁场，该交变磁场靠近矿粉中的金属颗粒时，就会在金属颗粒内建立涡流，金属颗粒内的涡流也会产生自已的磁场，该磁场的作用改变了原磁场的强弱，由于探头周围金属颗粒的含量不同，其涡流磁场的大小、相位及流动形式都会受到影响，而涡流反射磁场的变化又使检测线圈的阻抗发生变化，由检测线圈感应的这一变化的信号被输入前置放大器，由前置放大器对信号进行放大，再经平衡滤波电路、可调增益放大器并利用相敏检波器及相位旋转电路使干扰信号和有用信号分离，经模/数转换电路后被送入计算机系统，由计算机系统进行分析、计算和处理，最后输出给显示器进行显示。这样，通过测定检测线圈的阻抗变化，就可以获知线圈周围金属颗粒的含量，由计算机系统将插入不同点所测知的线圈周围金属含量的数据进行综合比较，并最后给出矿粉中的金属含量平均值。装置中设计了报警单元，当金属含量低于预先设置的界线时，产生触发电平，该装置自动给出声光报警信号。

本发明适用于对各种矿粉中金属含量的快速检测，特别是适用于钢铁企业对铁矿中含铁量的快速检测，从而可避免钢铁企业的不必要损失，大大提高其投入产出比，且有利于其能耗的降低。

本发明的有益效果是：由于采用了涡流检测技术来应用于矿粉中金属含量的检测，可以实现快速的连续检测，在传统的检测方法中，只能是实现对取样“点”的检测，而本发明的检测方法在检测探头由插入矿粉层拔出的整个过程中，一直在对其周围的矿粉进行检测，即实现了“线”的检测，大大增加了检测样点，既提高了检测速度，更是提高了检测的准确性；由于采用了信号发生器、检测探头、前置放大相敏检波电路、平衡滤波电路、数字式相位旋转电路、可调增益放大器、模/数转换电路、计算机系统、键盘、显示器来构成快速测定矿粉中金属含量的检测装置，并利用具有锥型头的探头有选择地插入矿粉中，通过测定检测线圈阻抗的变化，间接获得矿粉中的金属含量，具有设备价格低廉、携带方便、操作容易、检测速度快、可即时获取检测结果的特点，且不必采、送样品，就可快速有效测定出矿粉中金属含量的目的；由于在检测装置中还设计有报警单元，利用报警单元可以对金属含量少于一定数量时予以报警提示；由于信号发生器采用变频信号施加于线圈上，由此产生不同检测半径的涡流场，可以通过改变信号发生器的频率，来调节检测探头的测定范围，从而可以得到周边矿粉在不同激励频率下的检测信息，建立各频率下的阻抗变化与金属含量的对应关系，通过计算机系统的综合分析、计算处理后，由此获取的检测结果比单个频率检测更加准确、可靠；由于采用了标有刻度和采样控制开关的锥形头检测探头，不仅便于插入矿粉当中，也更容易控制传感器的给进量，有利于提取预定矿粉层深的信号。

附图说明

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种快速测定矿粉中金属含量的方法及装置不局限于实施例。

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明探头的构造图。

图中符号说明：11信号发生器；12检测探头的线圈；13前置放大相敏检波电路；14平衡滤波电路；15数字式相位旋转电路；16可调增益放大器；17模/数转换电路；2计算机系统；21键盘；22显示器；23扬声器；24报警单元；3检测探头；31不锈钢管外套；32手柄；311锥型头；321采样开关。

具体实施方式

参见附图所示，本发明的一种可快速测定矿粉中金属含量的检测装置，它包括信号发生器11、检测探头的线圈12、前置放大相敏检波电路13、平衡滤波电路14、数字式相位旋转电路15、可调增益放大器16、模/数转换电路17、计算机系统2、键盘21、显示器22、扬声器23、报警单元24；信号发生器11由CPU控制的具有石英晶体稳定度的可变频率波形发生器构成；检测探头3包括不锈钢管外套31和手柄32，不锈钢管外套31的前端部设有锥型头311，不锈钢管外套31的后端与手柄32相套接，不锈钢管外套31的前端部内腔装有检测探头的线圈12，手柄上设有采样开关321，不锈钢管外套31上设有刻度(图中未示出)。

信号发生器11的输出接至检测探头的激励线圈的输入，检测探头的检测线圈的输出接至前置放大相敏检波电路13的输入，前置放大相敏检波电路13的输出接至平衡滤波电路14的输入，平衡滤波电路14的输出接至数字式相位旋转电路15的输入，数字式相位旋转电路15的输出接至可调增益放大器16的输入，可调增益放大器16的输出接至模/数转换电路17的输入，模/数转换电路17的输出接至计算机系统2的输入，计算机系统2的输出接至显示器22，计算机系统2分别与信号发生器11、检测探头的线圈12、前置放大相敏检波电路13、平衡滤波电路14、数字式相位旋转电路15、可调增益放大器16相连接，键盘21的输出接至计算机系统；扬声器23的输入与计算机系统2的输出相连接；报警单元24的输入与计算机系统2的输出相连接。

在使用中，本发明是采用了涡流检测技术来实现快速测定矿粉中的金属含量，涡流检测是建立在电磁感应原理基础之上的一种无损检测方法。当载有交变电流的检测线圈靠近金属体时，由于线圈磁场的作用，金属体中会感生出涡流，涡流的大小、相位及流动形式受到金属体电磁性能等的影响，如金属体的电导率、磁导率、大小、形状等，而涡流的反作用磁场又使检测线圈的阻抗发生变化，因此，通过测定检测线圈阻抗的变化，就可以得出被测金属体的电磁性能的差别，从而获知金属体的含量大小。利用阻抗分析法可以分析涡流效应引起阻抗因素的变化及其相位变化之间的密切关系，采用阻抗归一化处理的方法可以间接得出影响阻抗的因素与阻抗之间的变化情况。

以钢铁企业进行铁矿粉中含铁量的检测为例，操作时，将检测探头3插入铁矿粉中，由于检测探头3的前端部为锥形311，可以很方便地插入铁矿粉中，而且检测探头3的不锈钢管外套31上设有刻度，可以知道探头3插入矿粉的深度，而后通过手柄32上采样开关321的控制，可以在探头3从矿粉中拔出时开始检测。检测探头3的前端部内腔装有线圈，线圈所需要的激励波形由信号发生器11产生，这样，在通入交变电流的线圈中就建立了一个交变磁场，该交变磁场靠近矿粉中的金属颗粒时，就会在金属颗粒内建立涡流，金属颗粒内的涡流也会产生自己的磁场，该磁场的作用改变了原磁场的强弱，由于探头3周围金属颗粒的含量不同，其涡流磁场的大小、相位及流动形式都会受到影响，而涡流反射磁场的变化又使检测线圈的阻抗发生变化，由检测线圈感应的这一变化的信号被输入前置放大器，由前置放大器对信号进行放大，再经平衡滤波电路14、可调增益放大器16并利用相敏检波器及相位旋转电路15使干扰信号和有用信号分离，经模/数转换电路17后被送入计算机系统2，由计算机系统2进行分析、计算和处理，最后输出给显示器22进行显示。这样，通过测定检测线圈的阻抗变化，就可以获知线圈周围金属颗粒的含量，由计算机系统3将插入不同点所测知的线圈周围金属含量的数据进行综合比较，并最后给出矿粉中的金属含量平均值。装置中设计了报警单元24，当金属含量低于预先设置的界线时，产生触发电平，该装置自动给出声光报警信号。

本发明可以采用变频激励信号施加于线圈上，由此产生不同检测半径的涡流场。假设矿粉层是一导体，当施加在激励线圈上的频率越低时，在导体内感应的涡流场半径越大，该装置能够检测到的范围就越大，从而可以得到周边矿粉在不同激励频率下的检测信息，建立各频率下的阻抗变化与金属含量的对应关系，进行综合分析、计算处理，这样获取的检测结果比单个频率检测更加准确、可靠。

本发明采用标有刻度和采样控制开关的锥形头检测探头，不仅有利于插入矿粉当中，也更容易控制传感器的进给量，有利于提取预定矿粉层深的信号。

本发明适用于钢铁企业对铁矿中含铁量的快速检测，可以有效地避免钢铁企业的不必要损失，大大提高其投入产出比且有利于其能耗的降低。

本发明也适用于对其它矿粉中金属含量的快速检测。

Claims (7)

1.一种快速测定矿粉中金属含量的方法，其特征在于：它包括如下步骤：

a.由信号发生器输出具有一定频率的交变电流给检测探头内的激励线圈；

b.将设有锥型头的检测探头插入矿粉中；

c.检测探头由矿粉表面向矿粉深层的移动过程中，检测探头内的检测线圈会在周围矿粉中的金属颗粒里产生涡流感应，这种涡流感应导致检测线圈阻抗的变化；

d.检测线圈阻抗变化的涡流感应信号经前置放大器、相敏检波、相位旋转、数控放大后由模/数接口送入计算机系统；

e.在计算机系统内检测线圈阻抗变化的涡流感应信号被处理成金属含量大小的对应数据，并输出给显示器；

f.显示器显示出检测探头插入矿粉过程中金属含量大小的变化数据或变化曲线；

g.计算机系统将检测探头多次插入矿粉中所获知的金属含量的数据进行分析比较，并最后得出金属含量的平均值。

2.根据权利要求1所述的一种快速测定矿粉中金属含量的方法，其特征在于：所述的信号发生器还可输出变频信号，通过改变信号发生器的频率，可以调节检测探头的测定半径。

3.一种快速测定矿粉中金属含量的装置，其特征在于：它包括一信号发生器、一检测探头、一前置放大相敏检波电路、一平衡滤波电路、一数字式相位旋转电路、一可调增益放大器、一模/数转换电路、一计算机系统、一键盘、一显示器；信号发生器由CPU控制的具有石英晶体稳定度的可变频率波形发生器构成；检测探头内设有由激励线圈和检测线圈构成的传感器，探头前端部设为锥形；信号发生器的输出接至传感器的激励线圈输入端，传感器的检测线圈的输出端接至前置放大相敏检波电路的输入，前置放大相敏检波电路的输出接至平衡滤波电路的输入，平衡滤波电路的输出接至数字式相位旋转电路的输入，数字式相位旋转电路的输出接至可调增益放大器的输入，可调增益放大器的输出接至模/数转换电路的输入，模/数转换电路的输出接至计算机系统的输入，计算机系统的输出接至显示器，计算机系统分别与信号发生器、传感器、前置放大相敏检波电路、平衡滤波电路、数字式相位旋转电路、可调增益放大器相连接，键盘的输出接至计算机系统。

4.根据权利要求3所述的一种快速测定矿粉中金属含量的装置，其特征在于：进一步的，还包括有扬声器，扬声器的输入与计算机系统的输出相连接。

5.根据权利要求3所述的一种快速测定矿粉中金属含量的装置，其特征在于：进一步的，还包括有报警单元，报警单元的输入与计算机系统的输出相连接。

6.根据权利要求3所述的一种快速测定矿粉中金属含量的装置，其特征在于：所述的检测探头包括不锈钢管外套和手柄，不锈钢管外套的前端部设有锥型头，不锈钢管外套的后端与手柄相套接，手柄上设计有采样开关，不锈钢管外套的前端部内腔装有线圈。

7.根据权利要求6所述的一种快速测定矿粉中金属含量的装置，其特征在于：所述的不锈钢管外套还标有刻度。

Images