CN201237577Y - 一种应用周期检测的lc振荡形式的工业金属探测器 - Google Patents

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赵天鹏
何德勇
王焕钦
徐军
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Abstract

本实用新型公开了一种应用周期检测的LC振荡形式的工业金属探测器，包括LC振荡器，波形周期检测电路，DSP信号处理电路以及电机控制和报警输出电路。LC振荡电路的振荡信号输出端和波形周期检测电路的信号输入端连接，波形周期检测电路的信号输出端和DSP信号处理电路的信号输入端连接，DSP信号处理电路的信号输出端和电机控制及报警输出电路的信号输入端连接。其特点是金属探测灵敏度高，探头制作工艺简单，成本低，可靠性高。是一种理想的工业金属探测装置，特别适用于食品医药工业领域。

Description

一种应用周期检测的LC振荡形式的工业金属探测器
技术领域
本实用新型属于工业检测技术领域，具体涉及一种应用周期检测的LC振荡形式的工业金属探测器。
背景技术
工业金属探测器主要包括食品金属探测器和药品金属探测器等。其主要技术特点是要求具有特别高的金属探测灵敏度和能够快速动态检测。传统的LC振荡形式的金属探测器的频率稳定度比较低，通常都采用检测频率变化的方法，因此这种类型金属探测器灵敏度较低，不能满足工业金属探测器高灵敏度的要求。目前国内外工业金属探测器主要使用双平衡线圈法，其优点是具有较高的金属探测灵敏度，其缺点是双平衡线圈探头加工工艺难度大，成品率低，成本高。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种金属探测灵敏度高、结构简单、成本低、性能可靠的应用周期检测的LC振荡形式的工业金属探测器。
本实用新型的具体技术解决方案如下：
LC振荡电路(1)的振荡信号输出端和波形周期检测电路(2)的信号输入端连接，波形周期检测电路(2)的信号输出端和DSP信号处理电路(3)的信号输入端连接，DSP信号处理电路(3)的信号输出端和电机控制及报警输出电路(4)的信号输入端连接。
LC振荡电路(1)中的振荡线圈L为用粗铜线绕制的矩形空心线圈，振荡电容为云母电容，振荡器电路形式为西勒振荡电路。LC振荡器具有较高的Q值和较高的短期频率稳定度，频率范围10kHz～800kHz。
波形周期检测电路(2)对LC振荡电路(1)产生的波形在1ms到500ms时间间隔内进行高分辨率的周期检测或者周期变化检测。波形周期检测电路包括三种方法：其一是用直接高频脉冲计数法(填脉冲法)，其二是差频高频脉冲计数法，其三是时间数字转换器TDC检测法。直接高频脉冲计数法(填脉冲法)是使用已有的通用电子学高频脉冲计数电路测量LC振荡电路(1)产生的波形信号周期的方法。差频高频脉冲计数法是采用通用的差频电路将LC振荡电路(1)产生的信号波形进行下差频变换，产生低中频信号，然后使用已有的通用电子学高频脉冲计数电路测量中频信号周期的方法。时间数字转换器TDC检测法采用现有的高分辨率的时间—数字转换器如TDC—GP1等芯片直接测量LC振荡电路(1)产生的信号波形周期。
DSP信号处理电路(3)采用通用DSP芯片对波形周期检测电路(2)的测量数据进行数字信号处理，得到LC振荡电路(1)产生的信号波形的周期变化，从而对金属进行探测并输出控制信号。
电机控制及报警输出电路(4)接收DSP信号处理电路(3)产生的输出控制信号，控制电机动作并给出声光报警。
本实用新型的积极效果是：与现有的工业金属探测器相比，本实用新型金属探灵敏度高，探头制作工艺简单，成本低，可靠性高，是一种理想的工业金属探测器，特别适用于食品、医药工业领域。
附图说明
图1为本实用新型的电路结构方框图。
具体实施方案
根据LC振荡形式的金属探测器原理可知，LC振荡器的Q值越高，则其频率的短期稳定度越高，其金属探测的灵敏度越高。理论上，LC振荡电路的Q＝2πfL/R，其中f为LC振荡器频率，L为振荡器电感，R为电感的损耗电阻。对于传统的LC金属探测器，f等于几十kHz到几百kHz，Q值一般为几十到几百。本实用新型采用粗铜线制作线圈，使R降到0.5Ω以下。取R＝0.5Ω，L＝0.5mH，振荡器工作频率f为150kHz左右，则理论上Q＝2πfL/R＝(2π×150×103×0.5×10-3)/0.5＝942。实验结果表明，对于20ms内的短期频率稳定度高达1.0×10-7，可以明显提高金属探测灵敏度。传统的LC金属探测器一般都采用差频频率检测方法，不能满足高灵敏度金属探测的检测需要。本发明采用波形周期检测法解决了这一问题，明显提高了金属检测灵敏度，可以满足工业金属探测的需要。
本实用新型的LC振荡波形周期检测工业金属探测器的结构如图1所示，包括LC振荡器1，波形周期检测电路2，DSP信号处理电路3以及电机控制和报警输出电路4。
LC振荡电路采用常用的标准电子学LC振荡电路，其特点是用粗铜线制作线圈L，以减小其损耗电阻提高Q值。波形周期检测电路可采用多种形式，如直接高频脉冲计数法(填脉冲法)，差频高频脉冲计数法(差频填脉冲法)，时间数字转换器TDC检测法等。DSP信号处理电路和电机控制及报警输出为通用技术。
实施例1：
LC振荡的线圈形状为400mm×100mm矩形，线圈用直径为2mm的铜线绕40匝，实测R＝0.5Ω，L＝0.5mH，使用C＝2200p的云母电容作为振荡电容，振荡器工作频率f＝150kHz，理论计算Q＝2πfL/R＝(2π×150×103×5×10-4)/0.5＝942，实际测量Q值约为500。LC振荡电路为通用的西勒振荡电路。采用8MHz有源晶体振荡器数字分频后产生160kHz本振信号频率，差频后得到频率为10kHz的中频信号。波形周期检测是在20ms时间内通过50MHz的计数脉冲对差频后的10kHz中频信号进行周期检测。DSP信号处理电路使用TMS320F2812芯片进行数字信号处理，通过光耦隔离控制电机开关以及LED发光、音频报警输出。
本实施例的指标如下：在检测时间20ms的条件下，金属探测灵敏度为铁直径0.8mm，铜直径1.5mm。
实施例2：
LC振荡器、DSP信号处理电路及电机控制和报警电路同实施例1。
波形周期检测是在20ms时间内采用500MHz的计数脉冲直接对150kHz的波形周期进行高分辨率检测。
本实施例的指标如下：在检测时间20ms的条件下，金属探测灵敏度为铁直径0.8mm，铜直径1.5mm。
实施例3：
LC振荡器、DSP信号处理电路及电机控制和报警电路同实施例1。
波形周期检测是在20ms时间内采用时间—数字转换芯片TDC-GP1对150kHz的波形直接进行高分辨率周期测量。
本实施例的指标如下：在检测时间20ms的条件下，金属探测灵敏度为铁直径0.8mm，铜直径1.5mm。

Claims (2)

1、一种应用周期检测的LC振荡形式的工业金属探测器，其特征在于：LC振荡电路(1)的振荡信号输出端和波形周期检测电路(2)的信号输入端连接，波形周期检测电路(2)的信号输出端和DSP信号处理电路(3)的信号输入端连接，DSP信号处理电路(3)的信号输出端和电机控制及报警输出电路(4)的信号输入端连接。
2、权利要求1所说的一种应用周期检测的LC振荡形式的工业金属探测器，其特征是：LC振荡电路(1)中的振荡线圈L为用粗铜线绕制的矩形空心线圈，振荡电容C为云母电容，振荡电路模式为西勒振荡电路；
LC振荡电路中矩形空心振荡线圈的尺寸为400mm×100mm，粗铜线直径为2mm，绕制圈数为40匝，振荡电容C的容量为2200p，振荡频率f为150khz；
DSP信号处理电路(3)采用TMS320F2812芯片进行数字信号处理。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104635271A (zh) * 2015-03-13 2015-05-20 陈蔼珊 一种基于移动终端的金属探测方法及系统
CN106645941A (zh) * 2017-02-28 2017-05-10 上海嘉奕医学科技有限公司 一种模拟除颤仪贴片位置识别系统

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