CN106483569B - 平衡差动式金属探测传感器及绝缘纸检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平衡差动式金属探测传感器及绝缘纸检测装置，涉及金属检测装置技术领域。所述传感器包括封闭式矩形线圈组件、正弦激励模块、差分放大模块、信号处理模块、A/D处理模块和数据处理模块，所述封闭式矩形线圈组件包括两个结构相同的接收线圈和一个发射线圈，两个接收线圈对称的设置于所述发射线圈的两侧，所述正弦激励模块的信号输出端与所述发射线圈连接；两个接收线圈分别与所述差分放大模块的两个输入端连接，所述差分放大模块的输出端依次经信号处理模块、A/D处理模块与所述数据处理模块的输入端连接。所述传感器具有较高的灵敏度与稳定度，将其应用到所述检测装置中可使检测装置获得较高的检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及金属检测装置技术领域，尤其涉及一种平衡差动式金属探测传感器及绝缘纸检测装置。
背景技术
作为变压器系统中的绝缘纸板，其电气性能与机械性能等的好坏直接决定了绝缘系统的好坏。绝缘纸板的加工生产过程中，有时难免有微小的金属颗粒压在纸板内，或粘在纸板表面。金属颗粒的种类较多，如木材里的金属颗粒、设备的铁锈末、铜网、铝末等，如果不被检测出来，就会严重影响其绝缘性能，如果按常规指标投入使用后可能会造成在安全电压等级以下就发生电压击穿导致绝缘系统出现故障。因此对绝缘纸板安装一套内部金属颗粒智能在线检测装置非常必要。
对于绝缘纸板中的金属颗粒在线检测，目前多采用金属探测器对金属颗粒进行检测，普遍利用金属与激励线圈间的相互作用来探测金属。
传统的金属探测方法主要有频差检测法、阻抗检测法、差分电压检测法等。其中，频差检测法的监测原理是利用探测振荡器的频率与基准振荡器的频率差值判别结果，但是受测振荡器参数稳定性的影响较大，灵敏度和响应速度较低；阻抗检测法对很小的探测金属难以分辨其极小的信号变化，因此不适应于绝缘纸板的内部金属颗粒的探测；差分电压检测法的两个接收线圈参数相同并且对称安装在发射线圈两侧，当线圈安装基本对称且参数相同时，差分电压中基本不含有基本分量，仅为探测信号，因此灵敏度得到较大提高。
此外，传统的自动检测装置多采用金属探测装置自动移动来检测颗粒，如利用步进电机驱动舵机控制检测器进行弧形扫描等，但是在移动过程中难免会出现探头振荡或者偏移导致出现误差或者探测结果错误；传统的探测方法及探测装置或多或少受到装置内部如振荡器的影响，或者无法检测区分肉眼难以观察到的如绝缘纸板内部的微小金属颗粒，如果依靠人工检测更加浪费精力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种平衡差动式金属探测传感器，所述传感器具有较高的灵敏度与稳定度。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种平衡差动式金属探测传感器，其特征在于：包括封闭式矩形线圈组件、正弦激励模块、差分放大模块、信号处理模块、A/D处理模块和数据处理模块，所述封闭式矩形线圈组件包括两个结构相同的接收线圈和一个发射线圈，两个接收线圈对称的设置于所述发射线圈的两侧，所述正弦激励模块的信号输出端与所述发射线圈连接；两个接收线圈分别与所述差分放大模块的两个输入端连接，所述差分放大模块的输出端依次经信号处理模块、A/D处理模块与所述数据处理模块的输入端连接，当没有感应到金属时，两个接收线圈接收到的电磁信号相同时，电磁场处于平衡状态，所述数据处理模块不输出信号，当感应到金属时，两个接收线圈接收到的电磁信号不同时，电磁场处于不平衡状态，所述数据处理模块输出信号。
进一步的技术方案在于：所述接收线圈和发射线圈为矩形。
进一步的技术方案在于：所述接收线圈和发射线圈的长边为其短边的四倍以上。
进一步的技术方案在于：所述发射线圈和接收线圈为400mm*100mm的矩形线圈，发射线圈与接收线圈之间的距离为1cm。
本发明还公开了一种绝缘纸检测装置，其特征在于：包括传输装置、标记装置、金属探测传感器、第一至第二信号处理模块以及显示模块，所述传输装置用于驱动待检测的绝缘纸运动，所述金属探测传感器前述金属探测传感器，所述金属探测传感器一字排开，位于所述传输装置的正上方，使金属探测传感器的探测范围大于或等于传输装置的宽度，所述标记装置位于所述传输装置的正上方；所述金属探测传感器的信号输出端分别与所述第一至第二信号处理模块的输入端连接，所述第一信号处理模块的输出端与所述传输装置以及标记装置的控制端连接，第一信号处理模块根据金属探测传感器感应的信息控制所述传输装置以及标记装置动作；所述第二信号处理模块的输出端与所述显示模块的输入端连接，显示模块用于显示第二信号处理模块的输出信息。
进一步的技术方案在于：所述传送装置包括传送带和驱动传送带转动的传送带驱动电机，所述传送带驱动电机受控于所述第一信号处理模块。
进一步的技术方案在于：所述标记装置包括与所述与所述金属探测传感器个数相同的标记单元，所述标记单元包括丝杠驱动装置、丝杠和标记笔，所述丝杆与所述传送装置垂直设置，所述丝杠驱动装置与丝杆配合，用于驱动所述丝杠升降，所述标记笔固定在所述丝杠的下端，所述丝杠驱动装置受控于所述第一信号处理模块。
进一步的技术方案在于：所述传输装置的宽度为2000mm，所述金属探测传感器设有五个。
进一步的技术方案在于：所述第一信号处理模块包括第一信号处理单元、正弦波振荡器、频率-电压变换器和A/D转换电路，所述第一信号处理单元接收金属探测传感器输出的信号，所述第一信号处理单元的输出端依次经所述正弦波振荡器以及频率-电压变换器与所述A/D转换电路的信号输入端连接，所述A/D转换电路的输出端与工控机处理模块进行连接，工控机处理模块用于控制相应的器件进行报警控制、传输动作以及标记动作。
进一步的技术方案在于：所述第二信号处理模块包括第二信号处理单元、滤波电路、信号隔离放大电路以及数据库对比模块，所述第二信号处理单元接收金属探测传感器输出的信号，所述第二信号处理单元的输出端经所述滤波电路与所述信号隔离放大电路的输入端连接，所述信号隔离放大电路的输出端经数据库对比模块对比后输出给显示模块进行显示。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述平衡差动式金属探测传感器，当对发射线圈施加正弦激励后，若传感器的两个接收线圈检测到信号后，将信号送入信号处理电路处理，处理后将检测到的电动势差值通过输出口输出，输出信号至相应的动作模块和显示模块来完成相应的控制及人机交互功能。如果检测到金属颗粒则显示并报警，并可以显示检测到的两个接收线圈的感应电动势差值，并根据之前仿真与实验得到的数据库进行对比，将对比结果显示在屏幕上，使工作人员更加直观的观察到金属颗粒的检测与识别结果。
所述绝缘纸检测装置中，区别于现有技术中的单个金属探测器探测小尺寸范围纸板或者通过自动移动探测器扫描大范围尺寸纸板，本申请使用多个金属探测传感器一字排列，满足最大面积2000*2000mm2、厚度1-8mm绝缘纸板的等分区域金属探测，结合匀速传送带输送绝缘纸板进行扫描式探测。每个探测传感器有效宽度为400mm，更好的保证探测区域的全面性。这种设计相比于传统传送带与探测器检测系统有了更高的稳定性。金属探测传感器以平衡差动式检测电路为基础，采用闭合式矩形线圈，首先选择较为合理的矩形线圈尺寸比例，以求达到最佳比例，并且针对金属颗粒在线圈间xyz三个方向上的感应电动势进行分析，确定最佳线圈安装间距，使线圈能更好的检测金属颗粒，提高装置的灵敏度；其次，通过分析当金属颗粒进入传感器探测区域内时，得到差分感应电动势不同，差分电路会输出一个反映金属大小和属性的电平信号，当金属的属性和大小不同时，该信号的幅度和相位也会不同，通过对获得的电平信号的幅度和相位信息进行分析，来探测和区分金属颗粒，并且对不同金属颗粒进行检测识别并进行标记。所述传感器具有较高的灵敏度与稳定度，应用于绝缘纸检测装置中，能够有效的检测出绝缘纸中存在的金属颗粒，使绝缘纸的质量更高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例所述传感器的原理框图；
图2是本发明实施例所述传感器中传感器线圈的模型图；
图3a-3c是本发明实施例中几种线圈尺寸的磁场变化图；
图4是本发明实施例所述检测装置的原理框图；
图5和图6是本发明实施例传输装置与标记装置部分的俯视图及左视图；
图7是本发明实施例所述检测装置中第一信号处理模块和第二信号处理模块的原理框图；
其中：1、发射线圈 2、接收线圈 3、传输装置 4、标记装置 5、金属探测传感器 6、传送带 7、丝杠 8、标记笔
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
总体的，如图1所示，本发明实施例公开了一种平衡差动式金属探测传感器，包括封闭式矩形线圈组件、正弦激励模块、差分放大模块、信号处理模块、A/D处理模块和数据处理模块。所述封闭式矩形线圈组件包括两个结构相同的接收线圈和一个发射线圈，两个接收线圈对称的设置于所述发射线圈的两侧，所述正弦激励模块的信号输出端与所述发射线圈连接；两个接收线圈分别与所述差分放大模块的两个输入端连接，所述差分放大模块的输出端依次经信号处理模块、A/D处理模块与所述数据处理模块的输入端连接，当没有感应到金属时，两个接收线圈接收到的电磁信号相同时，电磁场处于平衡状态，所述数据处理模块不输出信号，当感应到金属时，两个接收线圈接收到的电磁信号不同时，电磁场处于不平衡状态，所述数据处理模块输出信号。
平衡差动式金属探测传感器的设计：
本发明所设计的金属探测传感器以平衡差动式检测电路为基础，选用合理的闭合式矩形线圈，以达到检测过程中更高的稳定度。在平衡式检测电路的基础上结合差动式检测方法，探头部分采用平衡式闭合矩形线圈模型，即三线圈结构：一个激励线圈(通以正弦激励信号)，两个接收线圈，接收线圈与激励线圈的平面互相平行。当激励线圈通入正弦激励信号时，激励线圈产生交变的电磁场，由于两接收线圈相对激励线圈对称接收，而且接收线圈以平衡差动方式连接到差分放大电路，因此在没有检测到金属目标时，系统处于平衡态，传感器没有感应电动势输出；当有金属目标进入传感器的磁场范围时，由于电磁感应会在金属内部产生感应电动势，金属中会产生涡流效应，涡流将会激发磁场，其与发射线圈产生的磁场相互叠加，增强或者减弱原来的激励磁场。由于金属目标离2个接收线圈的位置不同，2个接收线圈接收到的信号也不同，差分电路会输出一个反映金属大小和属性的电平信号。当金属目标的位置、大小、电导率以及磁导率不同时，2个接收线圈接收到的信号的幅度和相位也不同，通过对获得电平信号的幅度和相位信息来探测和区分金属颗粒。接收线圈的信号通过差分放大模块、信号处理模块、A/D采集与数据处理模块进行数据处理后分别输出给第一信号处理模块处理，处理后的信号输出给动作模块进行报警与标记动作，整个过程控制在3s内，动作过程中传送带停止运作，然后进入显示模块将数据处理的结果显示到LCD显示屏中，使工作人员更直观的进行检测。
闭合式矩形线圈尺寸的设计：
因为在绝缘纸板通过线圈内部时，金属颗粒较小，在相对于两个接收线圈时可能不在同一水平面上，导致相关计算与探测会有些许误差，因此通过仿真实验选择合理的矩形线圈尺寸，来达到更高的探测精度，尽力减少误差。传感器线圈模型如下图2所示。
将矩形线圈的长边分别设置为短边的1倍、2倍、4倍作为具体模型，将激励线圈等效为2条无限长的直导线的情况下作为理想模型，因为本发明所要求能检测绝缘纸板为1-8mm厚度，所以分析图2中的z等于2cm时(保证每个接收线圈与激励线圈中间距离最少为1cm)具体模型和理想模型中激励线圈在空间产生的磁场的变化情况，如图3a-3c所示。
由图3a-3c可以看出当矩形线圈的长边是短边的4倍以上时，可以将线圈等效为2条无限长的直导线，另外考虑到实际检测时的线圈尺寸问题，此时将传感器模型等效为理想模型。因此选择线圈为400mm*100mm的矩形线圈，能达到更好的传感器的探测精度。
闭合式矩形线圈线圈相对安装距离位置的设计：
两个接收线圈输出的差分电动势会受到金属颗粒所在位置的影响，下面将利用上述传感器线圈模型分析感应电动势分别在X，Y，Z三个方向上随金属颗粒位置的变化，分析出最佳相对位置。
1)水平位置的设计：
线圈尺寸取a＝40cm,b＝10cm、三个线圈之间总距离为z＝5cm.金属目标为铜，半径为0.1cm，F＝8.0×10^4Hz，x分别为0、15、30cm的差分电动势随着金属颗粒沿着y轴方向水平运动的变化。
在x方向上，当x＝0时，即金属沿着线圈中心运动时，感应电动势的幅值最大，灵敏度较高，越靠近边缘灵敏度越小；在y方向上，在靠近接收线圈内边界时幅值较大。
所以尽量选取x大于y的线圈，使y较短，金属颗粒刚进入时很高的灵敏度，减少y的长度来减少检测灵敏度较低的面积。
2)垂直位置的设计：
选择x＝0，y＝8，z分别为1，2，2.5，3，4cm，且金属颗粒通过下半部分激励线圈与接收线圈3之间的部分。结果表明，当z为2.5时，输出的感应电动势为0，说明当金属距离激励线圈距离为0时，金属颗粒与两个接受线圈完全对称，无法检测；当z为2与3时，即金属颗粒在Z轴方向的3/4处左右时，其输出感应电动势大大高于z为1与3时候的结果，说明金属颗粒越靠近线圈附近，输出的感应电动势越大，且感应电动势大的区域范围更加明显，因此能更好的缩小确定金属颗粒的范围，大大提高检测的灵敏度。
综上，在传感器线圈的位置选择方面，应尽量保证金属颗粒能够靠近激励线圈。考虑到尺寸与精度问题，选择矩形线圈长宽比例为4：1；因为本发明所要求检测绝缘纸板厚度为1-8mm，则以最大厚度8mm为基准，以3/4为比例设计激励线圈分别与接收线圈2、3之间的距离为1.2cm。实际设计图如上图4所示。
金属颗粒的检测与识别分析：
本部分主要对通过对金属颗粒的检测与识别进行分析，主要以当金属目标进入线圈的磁场范围后产生的涡流效应来进行金属颗粒是否存在于绝缘纸板内部的判别；金属颗粒进入线圈磁场范围内后，金属目标离2个接收线圈的位置不同，2个接收线圈接收到的附加感应电动势也不同，差分电路会输出一个反映金属大小和属性的电平信号，通过对获得电平信号的幅度和相位信息来探测并对比数据库数据区分金属颗粒。下面通过对传感器线圈的磁场及金属种类的电导率和磁导率等对感应电动势的影响来对传感器的特性进行分析。
如图2所示传感器线圈模型，激励线圈通有角频率为ω的交变电流I1＝Im sinωt。由法拉第电磁感应定律可知发射线圈1的磁场分别对接收线圈2、3产生的感应电动势为e12，e13，若没有金属颗粒的情况下，e12＝e13，差分输出为0。当存在金属颗粒且沿着Z轴方向移动时，金属颗粒会产生涡流，这里将金属颗粒等效为半径为rω，通有电流iω的圆形线圈W。则线圈W在接收线圈2和3中产生的附加感生电动势eω2，eω3分别为：
上式中，M2W，M3W分别为接收线圈2和3与金属圆形线圈W的互感。则接收线圈2和3上产生的差分感应电动势之差为：
e＝ew2-ew3
当e值改变时，可以由此判断检测出是否有金属通过，此时通过输出模块输出高低电平1或0来进行区分。
而接收线圈差分感应电动势的值的大小与金属的材质有关，下面采用3种常见的材料(铜，铅，铁)来分析被测材料参数对传感器差分感应电动势的影响。选取激励信号频率为f＝8.0×104Hz，空气中的磁导率为μ0＝4π*10-7H/m，激励线圈中的电流为I1＝Im sinωt，Im＝1.0。线圈的长宽分别为8cm与2cm，满足上述方案中的4：1尺寸，金属目标的半径为Rs＝0.01*2cm，两线圈的距离s＝2cm。分析不同材料对差分感应电动势的影响。如下表1所示。
表1三种材料下累计差分电动势的值
| 材料名称 | 电导率/(*10^7S/m) | 相对磁导率 | 累计电动势(V) |
| 铜 | 5.8 | 1 | 6.58E-06 |
| 铝 | 3.82 | 1 | 6.38E-06 |
| 铁 | 1.03 | 1000 | 1.49E-05 |
由表1可以看出，闭合式矩形线圈的电磁感应传感器对被测材料非常敏感，不同的材料的测量结果却别很大。即金属种类对输出的感应电动势有影响，即电导率和磁导率对输出的差分感应电动势有影响。在其他参数一定下，当电导率相同时，检测材料的相对磁导率越小，感应电动势的值越小；当相对磁导率相同时，检测材料的电导率越大，感应电动势的值越大，但影响效果不明显。
如图4所示，本发明还公开了一种应用所述金属探测传感器的绝缘纸检测装置，包括传输装置、标记装置、金属探测传感器、第一至第二信号处理模块以及显示模块。所述传输装置用于驱动待检测的绝缘纸运动，所述金属探测传感器为前述金属探测传感器，所述金属探测传感器一字排开，位于所述传输装置的正上方，使金属探测传感器的探测范围大于或等于传输装置的宽度，所述标记装置位于所述传输装置的正上方；所述金属探测传感器的信号输出端分别与所述第一至第二信号处理模块的输入端连接，所述第一信号处理模块的输出端与所述传输装置以及标记装置的控制端连接，第一信号处理模块根据金属探测传感器感应的信息控制所述传输装置以及标记装置动作；所述第二信号处理模块的输出端与所述显示模块的输入端连接，显示模块用于显示第二信号处理模块的输出信息。
进一步的，如图4-6所示，所述传送装置包括传送带和驱动传送带转动的传送带驱动电机，所述传送带驱动电机受控于所述第一信号处理模块。所述标记装置包括与所述与所述金属探测传感器个数相同的标记单元，所述标记单元包括丝杠驱动装置、丝杠和标记笔，所述丝杆与所述传送装置垂直设置，所述丝杠驱动装置与丝杆配合，用于驱动所述丝杠升降，所述标记笔固定在所述丝杠的下端，所述丝杠驱动装置受控于所述第一信号处理模块。
传输装置与标记装置设计：
传输装置与标记装置部分的俯视图及左视图如下图5和图6所示。传输装置中的传送带宽度为2000mm，满足最大面积2000*2000mm2的绝缘纸板的传输。金属探测区域分为5个400mm*100mm等面积区域，每个区域对应一个金属探测传感器，每一个金属探测传感器的旁对应一个标记装置，标记装置中的标记笔与丝杠连接，丝杆在驱动装置的驱动下实现升降。当传送装置以匀速输送绝缘纸板进入探测区域内时，若检测到金属颗粒，将信号通过传感器传输出去，直到动作模块动作，停止传输带运动并控制丝杆带动标记笔升降对绝缘纸板所检测到的位置进行标记，控制时间为3s，恢复传输带继续动作。
进一步的，如图7所示，所述第一信号处理模块包括第一信号处理单元、正弦波振荡器、频率-电压变换器和A/D转换电路，所述第一信号处理单元接收金属探测传感器输出的信号，所述第一信号处理单元的输出端依次经所述正弦波振荡器以及频率-电压变换器与所述A/D转换电路的信号输入端连接，所述A/D转换电路的输出端与工控机处理模块进行连接，工控机处理模块用于控制相应的器件进行报警控制、传输动作以及标记动作；所述第二信号处理模块包括第二信号处理单元、滤波电路、信号隔离放大电路以及数据库对比模块，所述第二信号处理单元接收金属探测传感器输出的信号，所述第二信号处理单元的输出端经所述滤波电路与所述信号隔离放大电路的输入端连接，所述信号隔离放大电路的输出端经数据库对比模块对比后输出给显示模块进行显示。
如图7所示，第一信号处理单元为涡流效应处理单元，当由于金属颗粒的出现产生涡流效应时，线圈检测到信号，通过正弦波振荡器与频率-电压变换器将信号转换为电压信号，当电压信号改变时，通过判断模块将信号输入至A/D转换电路输出工控机可以处理的电压数值至动作模块，通过动作电路系统来操作警报器与控制标记笔的丝杆的升降以及传送装置的动作。
第二信号处理单元主要功能是接收两个接收线圈的输出信号，由于两个接收线圈是差动连接的，将会输出一个感应电动势的差值信号，通过滤波电路和信号隔离放大电路，输出一个特定的信号来区别不同的金属颗粒，并将检测到的信号与对比结果输出显示。
传统的绝缘纸板的金属颗粒探测器主要依靠传送带来进行单一探测或者通过遥控金属探头动作进行范围式扫描，难免出现探测遗漏的区域，本发明设计一种等分区域多探测传感器同时检测，满足最大2000mm*2000mm绝缘纸板的扫描式探测，减少因传统的传感器探头移动可能造成的不良影响，具有更好的探测稳定性。
本发明设计了一种平衡差动式闭合矩形线圈金属探测传感器，探头部分选择闭合式矩形线圈，通过选择合理较好的线圈尺寸比例来更好的提高探测灵敏度；由于当金属颗粒进入传感器探测区域内时，由于金属颗粒与两接收线圈之间的互感原因产生的不同金属颗粒在两接收线圈上产生的感应电动势的差值不同，通过信号输出来对不同金属颗粒进行检测与识别并进行标记，最终在显示屏上更直观的观察到检测结果。可以为改善绝缘纸板的生产加工过程提供数据参考并采取预防性措施。
Claims (4)
1.一种绝缘纸检测装置，其特征在于：包括传输装置、标记装置、金属探测传感器、第一至第二信号处理模块以及显示模块，所述传输装置用于驱动待检测的绝缘纸运动，所述金属探测传感器包括封闭式矩形线圈组件、正弦激励模块、差分放大模块、信号处理模块、A/D处理模块和数据处理模块，所述封闭式矩形线圈组件包括两个结构相同的接收线圈和一个发射线圈，两个接收线圈对称的设置于所述发射线圈的两侧，所述正弦激励模块的信号输出端与所述发射线圈连接；两个接收线圈分别与所述差分放大模块的两个输入端连接，所述差分放大模块的输出端依次经信号处理模块、A/D处理模块与所述数据处理模块的输入端连接，当没有感应到金属时，两个接收线圈接收到的电磁信号相同时，电磁场处于平衡状态，所述数据处理模块不输出信号，当感应到金属时，两个接收线圈接收到的电磁信号不同时，电磁场处于不平衡状态，所述数据处理模块输出信号；所述金属探测传感器一字排开，位于所述传输装置的正上方，使金属探测传感器的探测范围大于或等于传输装置的宽度，所述标记装置位于所述传输装置的正上方；所述金属探测传感器的信号输出端分别与所述第一至第二信号处理模块的输入端连接，第一信号处理模块的输出端与所述传输装置以及标记装置的控制端连接，第一信号处理模块根据金属探测传感器感应的信息控制所述传输装置以及标记装置动作，第一信号处理模块包括第一信号处理单元、正弦波振荡器、频率-电压变换器和A/D转换电路，所述第一信号处理单元接收金属探测传感器输出的信号，所述第一信号处理单元的输出端依次经所述正弦波振荡器以及频率-电压变换器与所述A/D转换电路的信号输入端连接，所述A/D转换电路的输出端与工控机处理模块进行连接，工控机处理模块用于控制相应的器件进行报警控制、传输动作以及标记动作；第二信号处理模块的输出端与所述显示模块的输入端连接，第二信号处理模块包括第二信号处理单元、滤波电路、信号隔离放大电路以及数据库对比模块，所述第二信号处理单元接收金属探测传感器输出的信号，所述第二信号处理单元的输出端经所述滤波电路与所述信号隔离放大电路的输入端连接，所述信号隔离放大电路的输出端经数据库对比模块对比后输出给显示模块进行显示；所述显示模块用于显示第二信号处理模块的输出信息。
2.如权利要求1所述的绝缘纸检测装置，其特征在于：所述传输装置包括传送带和驱动传送带转动的传送带驱动电机，所述传送带驱动电机受控于所述第一信号处理模块。
3.如权利要求1所述的绝缘纸检测装置，其特征在于：所述标记装置包括与所述金属探测传感器个数相同的标记单元，所述标记单元包括丝杠驱动装置、丝杠和标记笔，所述丝杠与所述传输装置垂直设置，所述丝杠驱动装置与丝杠配合，用于驱动所述丝杠升降，所述标记笔固定在所述丝杠的下端，所述丝杠驱动装置受控于第一信号处理模块。
4.如权利要求1所述的绝缘纸检测装置，其特征在于：所述传输装置的宽度为2000mm，所述金属探测传感器设有五个。
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| CN109631955A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-04-16 | 中国铁道科学研究院集团有限公司 | 地面标志传感器、检测装置及系统 |
| CN111273359B (zh) * | 2020-02-17 | 2021-05-11 | 北京航空航天大学 | 高信噪比差分式金属收发探测器的线圈结构及其探测器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101963570A (zh) * | 2010-05-17 | 2011-02-02 | 深圳市亚泰光电技术有限公司 | 快速检测润滑油中铁磁磨粒的装置和检测方法以及信号处理电路 |
| CN203807886U (zh) * | 2014-04-02 | 2014-09-03 | 广东华凯特种纤维板科技有限公司 | 一种制造厚形电绝缘纸板的设备 |
| CN203849427U (zh) * | 2014-03-11 | 2014-09-24 | 河北省电力建设调整试验所 | 磁性金属探测仪 |
| CN204214809U (zh) * | 2014-10-31 | 2015-03-18 | 泰州魏德曼高压绝缘有限公司 | 变压器绝缘纸板内金属异物在线检测装置 |
| CN205720712U (zh) * | 2016-05-03 | 2016-11-23 | 东北大学 | 一种基于tm4c123gh6pm微处理器的金属微颗粒探测系统 |
Family Cites Families (1)
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|---|---|---|---|---|
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-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN203849427U (zh) * | 2014-03-11 | 2014-09-24 | 河北省电力建设调整试验所 | 磁性金属探测仪 |
| CN203807886U (zh) * | 2014-04-02 | 2014-09-03 | 广东华凯特种纤维板科技有限公司 | 一种制造厚形电绝缘纸板的设备 |
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 一种改进的高灵敏度金属检测系统;杨勇，等;《硬件纵横》;20141231;第23、24页 |
| 基于有限元仿真的金属探测器平衡线圈研究;刘晓东，等;《研究 开发》;20141231;第35-37页 |
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