CN111842205A - 一种金属材料无损分选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属材料无损分选方法，微控制器通过控制电流源控制模块，为探测线圈提供线性可控锯齿电流源，将待测金属放入探测线圈中，探测线圈在电流源的作用下产生感应电压，经信号处理模块将感应电压采集到微控制器中，并与事先存储在微控制器中的各类金属材料信息进行比较，把与其相符的信息在显示屏上显示出来，微控制器通过延时消隐时间实现前沿消隐。本发明通过改变锯齿电流的振幅提高金属分选仪器的精度，直接采集探测线圈的感应电压来提高金属分选仪器的分选效率，通过延时消隐时间提高金属分选仪器的分选准确度。本发明具有方法简单，分选精准度高，速度快等优点。
Description
技术领域
本发明涉及精密仪器仪表技术领域，特别是一种金属材料无损分选方法。
背景技术
随着科学技术的迅速发展，在机械制造，航空航天，交通工具等这些行业中，金属材料被广泛使用，金属材质与产品质量、生产安全等问题息息相关。因此金属材质的检测分选在工业领域中一直是极为重要的一个环节，而传统的金属材质检测方法如滴定法有着诸多不足，例如精确度差，效率低等，新型的检测方法操作较为复杂，不适用于工业流水线的快速准确检测。
在现有的实现金属材料分选的技术中，存在以下问题：如公开号CN1112678A的中国专利，采用两个探测线圈，大大增加了产品的工业成本，普通脉冲信号的加入大大降低了感应电压的稳定性和灵敏度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种金属材料无损分选方法，该分选方法通过调整线性可控锯齿电流源的参数调节探测线圈所测得的感应电压的精度，使感应电压的大小与金属材料表相匹配，从而提高金属分选仪器的精度。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
根据本发明提出的一种金属材料无损分选方法，采用金属材料分选装置进行分选，金属材料分选装置包括探测线圈、微控制器、信号处理模块、电流源控制模块和电源；其中，电流源控制模块与电源、探测线圈、微控制器分别连接，探测线圈、信号处理模块、微控制器依次顺序连接；金属材料分选装置进行分选的具体过程如下：
步骤一、设置不同金属材料和感应电压示数匹配网络表，将金属材料放入探测线圈中，进入下一步；
步骤二、微控制器调节锯齿脉冲给电流源控制模块，进入下一步；
步骤三、电流源控制模块将锯齿脉冲转换为线性可控的锯齿电流，进入下一步；
步骤四、探测线圈在锯齿电流的作用下产生感应电压，经信号处理模块将感应电压数据采集到微控制器，进入下一步；
步骤五：微控制器用于将感应电压数据与感应电压示数匹配网络表匹配，分选出金属材料的种类，返回步骤一；感应电压数据若超过量程，进入步骤二。
作为本发明所述的一种金属材料无损分选方法进一步优化方案，还包括与微控制器连接的显示屏，所述显示屏用于将微控制器采集到的信息显示出来。
作为本发明所述的一种金属材料无损分选方法进一步优化方案，所述探测线圈是电感量为300mH激励线圈，激励线圈采用螺线管式线圈，用铜丝按同一方向密绕。
作为本发明所述的一种金属材料无损分选方法进一步优化方案，所述电流源控制模块包括依次顺序连接的模拟开关、负载、运算放大器、直流稳压电源和三极管；模拟开关用于将微控制器产生的锯齿脉冲转换为锯齿脉冲电压，经运算放大器放大后，由三极管转换为线性可控锯齿电流。
作为本发明所述的一种金属材料无损分选方法进一步优化方案，所述探测线圈的感应电压
其中L为探测线圈的感应系数，
为电流对时间的变化率，当探测线圈中放入不同类型的金属材料后，探测线圈的感应系数不同，从而通过标定探测线圈的感应电压来实现不同类型的金属的分选；
通过微控制器改变电流源控制模块产生的锯齿电流的振幅来改变锯齿电流对时间的变化率来使感应电压在可测量范围内。
作为本发明所述的一种金属材料无损分选方法进一步优化方案，所述探测线圈的感应电压
f为激励信号频率,D为探测线圈的直径,n为探测线圈的匝数，μr为铁磁性材料的相对磁导率，μeff为铁磁性材料的有效磁导率，Hp为激励磁场强度。
作为本发明所述的一种金属材料无损分选方法进一步优化方案，当探测线圈通入频率为f的交流激励信号时，探测线圈会产生一个轴向的激励磁场,将金属材料放入探测线圈中，在激励磁场的作用下，金属材料会被磁化，与激励磁场耦合从而增强了原激励磁场；金属材料中的退磁场和材料内部因激励磁场产生的涡流从而形成的二次磁场之和，不同金属材料磁导率不同，由于金属材料的耦合作用，在耦合后的磁场下，探测线圈会产生感应电压E。
作为本发明所述的一种金属材料无损分选方法进一步优化方案，微控制器产生消隐控制脉冲来实现前沿消隐，最终通过延时消隐时间确保金属分选的准确性。
作为本发明所述的一种金属材料无损分选方法进一步优化方案，所述微控制器采用STC单片机。
作为本发明所述的一种金属材料无损分选方法进一步优化方案，所述电源为40V直流电源，给电流源控制模块提供电源。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
该分选方法通过调整线性可控锯齿电流源的参数调节探测线圈所测得的感应电压的精度，使感应电压的大小与金属材料表相匹配，从而提高金属分选仪器的精度。
附图说明
图1为本发明装置的功能示意框图。
图2为本发明装置的系统流程图。
图3为前沿消隐波形示意图。
图4为一个实施例的连接方式示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
一种金属材料无损分选方法，包括:待测金属，探测线圈，微控制器，信号处理模块，电流源控制模块，显示屏，电源。所述探测线圈与电流源控制模块连接，给探测线圈提供线性可控的锯齿电流；所述信号处理模块与探测线圈和微控制器连接，将从探测线圈采集的感应电压信号给为控制器；所述显示屏与微控制器连接，将微控制器采集到的信息显示出来。
所述待测金属为铁，钢，合金等导磁性金属材料。
所述探测线圈是电感量为300mH激励线圈，激励线圈采用螺线管式线圈，用细铜丝按同一方向密绕。
所述电流源控制模块包括模拟开关，运算放大器，三极管，直流稳压电源，负载等组成；模拟开关将微控制器产生的锯齿脉冲转换为锯齿脉冲电压，经运算放大器放大后，由三极管转换为线性可控锯齿电流。
所述信号处理模块包括信号放大器，A/D转换芯片，具有将感应电压放大采集的作用。
所述微控制器采用STC单片机，所述微控制器通过探测线圈实时获取感应电压的大小，并将采集到的电压传送给显示屏终端。
所述显示屏为TFT液晶显示屏。
所述电源为40V直流电源，给电流源控制模块提供电源。
所述探测线圈的感应电压
其中L为探测线圈的感应系数，
为电流对时间的变化率，当放入不同类型的金属材料，探测线圈感应系数不同，从而通过标定探测线圈的感应电压来实现不同类型的金属的分选。同时，由于探测线圈感应电压幅值有限，当探测线圈的感应系数过小或过大时，通过改变线性可控锯齿电流源的振幅和频率来改变电流对时间的变化率来使感应电压在可测量范围内。
所述传感器的感应电压
f为激励信号频率,D为检测线圈的直径,n为检测线圈的匝数，μr为铁磁性材料的相对磁导率，μeff为铁磁性材料的有效磁导率，Hp为激励磁场强度。当探测线圈通入频率为f的交流激励信号时，探测线圈会产生一个轴向的激励磁场,将金属材料放入探测线圈中，在激励磁场的作用下，金属材料会被磁化，与激励磁场耦合从而增强了原激励磁场；金属材料中的退磁场和材料内部因激励磁场产生的涡流从而形成的二次磁场之和，不同金属材料磁导率不同，由于金属材料的耦合作用，在耦合后的磁场下，探测线圈会产生感应电压E。
U是实验原理，E是内部方法的原理，E更多的从原理上解释了金属材料放入探测线圈中的感应电压变化的原因。
一种金属无损分选的控制方法，包括如下步骤：
步骤一：设置不同金属材料和感应电压示数匹配网络表，将金属材料放入探测线圈中，进入下一步；
步骤二：微控制器经过内部程序编程调节锯齿脉冲给电流源控制模块，进入下一步；
步骤三：电流源控制模块将锯齿脉冲转换为锯齿电流，进入下一步；
步骤四：探测线圈在锯齿电流的作用下产生感应电压，经信号处理模块将感应电压数据采集到微控制器，进入下一步；
步骤五：电压示数与网络表匹配，分选出金属材料的种类，返回步骤一；感应电压示数超过量程，进入步骤二。
图1为本发明装置的功能示意框图，结合附图可见，微控制器通过控制电流源控制模块，为探测线圈提供线性可控锯齿电流源，将待测金属放入探测线圈中，探测线圈在电流源的作用下产生感应电压，经信号处理模块将感应电压采集到微控制器中，并与事先存储在微控制器中的各类金属材料信息进行比较，把与其相符的信息在显示屏上显示出来，
图2为本发明装置的系统流程图，结合附图可见，微控制器产生的锯齿脉冲电压经过电流源控制模块将锯齿脉冲电压转换为锯齿电流，为探测线圈提供持续的锯齿电流，将待测金属放入探测线圈中，通过微控制器采集探测线圈的感应电压，当感应电压超过微控制器量程范围内，微控制器通过调节锯齿电压源的振幅调节锯齿电流的大小，最终将感应电压调到量程范围内，最终输出材料名称。
图3为前沿消隐波形示意图，由于线性可控锯齿电流的前沿电流太小，导致测得的感应电压的前沿电压过低，微控制器通过内部编程产生消隐控制脉冲来实现前沿消隐，最终通过延时消隐时间确保金属分选的准确性。
图4为一个实施例的连接方式示意图，包括待测金属，探测线圈，电压脉冲源，模拟开关，运算放大器，三极管，直流稳压电源，负载。
所述待测金属为铁，钢，合金等导磁性金属材料。
所述探测线圈是电感量为300mH激励线圈，激励线圈采用螺线管式线圈，用细铜丝按同一方向密绕。
所述电压脉冲源分别为一个周期为5ms，电压振幅在50mV的锯齿电压信号源与一个周期为10ms，初始值为0V，脉冲值为5V的方波电压信号源；
所述模拟保护开关为AD7510DI，其具有信号切换功能，将锯齿电压信号和方波电压信号转换成锯齿脉冲电压信号；
所述运算放大器为OPA735，其为单极性运放放大器，将锯齿脉冲电压信号转换为0-800mV的锯齿脉冲电流信号,同时通过反向输入端将锯齿脉冲信号反馈给输出；
所述三极管为三极管2N2714，其为低功率三极管，即低压导通管。
所述电源为40V直流电源，给电流源控制模块提供电源。
一种金属材料无损分选方法，包括如下步骤：
步骤一：设置不同金属材料和感应电压示数匹配网络表，将金属材料放入探测线圈中，进入下一步；
步骤二：调节电压脉冲源的频率与振幅，进入下一步；
步骤三：模拟开关将将锯齿电压信号和方波电压信号转换成锯齿脉冲电压信号，进入下一步；
步骤四：锯齿脉冲电压信号经过放大器和三级管转换为锯齿脉冲电流，进入下一步；
步骤五：探测线圈在锯齿脉冲电流中产生感应电压，进入下一步；
步骤六：电压示数与网络表匹配，分选出金属材料的种类，返回步骤一；感应电压示数超过量程，进入步骤二。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种金属材料无损分选方法，其特征在于，采用金属材料分选装置进行分选，金属材料分选装置包括探测线圈、微控制器、信号处理模块、电流源控制模块和电源；其中，电流源控制模块与电源、探测线圈、微控制器分别连接，探测线圈、信号处理模块、微控制器依次顺序连接；金属材料分选装置进行分选的具体过程如下：
步骤一、设置不同金属材料和感应电压示数匹配网络表，将金属材料放入探测线圈中，进入下一步；
步骤二、微控制器调节锯齿脉冲给电流源控制模块，进入下一步；
步骤三、电流源控制模块将锯齿脉冲转换为线性可控的锯齿电流，进入下一步；
步骤四、探测线圈在锯齿电流的作用下产生感应电压，经信号处理模块将感应电压数据采集到微控制器，进入下一步；
步骤五：微控制器用于将感应电压数据与感应电压示数匹配网络表匹配，分选出金属材料的种类，返回步骤一；感应电压数据若超过量程，进入步骤二。
2.根据权利要求1所述的一种金属材料无损分选方法，其特征在于，还包括与微控制器连接的显示屏，所述显示屏用于将微控制器采集到的信息显示出来。
3.根据权利要求1所述的一种金属材料无损分选方法，其特征在于，所述探测线圈是电感量为300mH激励线圈，激励线圈采用螺线管式线圈，用铜丝按同一方向密绕。
4.根据权利要求1所述的一种金属材料无损分选方法，其特征在于，所述电流源控制模块包括依次顺序连接的模拟开关、负载、运算放大器、直流稳压电源和三极管；模拟开关用于将微控制器产生的锯齿脉冲转换为锯齿脉冲电压，经运算放大器放大后，由三极管转换为线性可控锯齿电流。
5.根据权利要求1所述的一种金属材料无损分选方法，其特征在于，所述探测线圈的感应电压
其中L为探测线圈的感应系数，
为电流对时间的变化率，当探测线圈中放入不同类型的金属材料后，探测线圈的感应系数不同，从而通过标定探测线圈的感应电压来实现不同类型的金属的分选；
通过微控制器改变电流源控制模块产生的锯齿电流的振幅来改变锯齿电流对时间的变化率来使感应电压在可测量范围内。
6.根据权利要求1所述的一种金属材料无损分选方法，其特征在于，所述探测线圈的感应电压
f为激励信号频率,D为探测线圈的直径,n为探测线圈的匝数，μr为铁磁性材料的相对磁导率，μeff为铁磁性材料的有效磁导率，Hp为激励磁场强度。
7.根据权利要求1所述的一种金属材料无损分选方法，其特征在于，当探测线圈通入频率为f的交流激励信号时，探测线圈会产生一个轴向的激励磁场,将金属材料放入探测线圈中，在激励磁场的作用下，金属材料会被磁化，与激励磁场耦合从而增强了原激励磁场；金属材料中的退磁场和材料内部因激励磁场产生的涡流从而形成的二次磁场之和，不同金属材料磁导率不同，由于金属材料的耦合作用，在耦合后的磁场下，探测线圈会产生感应电压E。
8.根据权利要求1所述的一种金属材料无损分选方法，其特征在于，微控制器产生消隐控制脉冲来实现前沿消隐，最终通过延时消隐时间确保金属分选的准确性。
9.根据权利要求1所述的一种金属材料无损分选方法，其特征在于，所述微控制器采用STC单片机。
10.根据权利要求1所述的一种金属材料无损分选方法，其特征在于，所述电源为40V直流电源，给电流源控制模块提供电源。
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