基于平衡线圈技术的金属探测器设计

论文摘要

金属探测器是一种金属检出设备,它利用电磁、射线等物理原理,对混合物品或人体中的金属物质(如铁、铜、不锈钢等)产生感应信号,来达到剔除或报警作用。金属探测器在现代社会生活中的应用越来越广泛,从最初应用到探雷和探测地下金属到现在的食品、橡胶、木材加工等方面的质量安全检测,它的作用越来越凸现,与此同时功能上的提高和完善也受到广大客户的关注。目前,高精度金属探测器主要依赖进口,虽然性能较高,但是价格昂贵。随着现代工业生产向着高精度、高品质方向发展,高精度的金属探测器市场将会十分广阔。因此,研发一种高精度且成本相对较低的金属探测器,具有非常可观的经济效益。本文介绍了金属探测器的研究现状,对于目前国内外探测器的设计开发原理及优缺点进行了阐述。依据通电线圈磁场基本电磁特性,本文分析和总结了常规平衡线圈的磁场分布情况,推导出金属进入线圈前后磁场的变化规律,并结合本课题要求,改变线圈排列方式,设计了一种矩形平衡线圈模型,来提高检测精度。以此为理论基础,本文设计了一种由控制电路、探头、单片机、传动系统等构成的灵敏度可调的智能型金属探测器的实现方案。核心部分是控制电路和探头的设计。控制电路部分,经过频率整定、滤波、放大等环节,生成的正弦波信号应具备频率稳定,波形好,功率较大的特点；经过滤波、放大、信号调理、峰值保持等环节,所获得的信号应能够准确反应接收信号的特征参数,稳定性好,并能排除干扰。探头部分,对发射线圈和接收线圈的大小和相对位置进行精确的设计,保证探头的可靠和稳定。本文对上述环节的电路原理及注意事项等进行了详细说明,并给出了相关的原理图和部分参数。软件部分主要实现了检测数据的分析、参数的设定和存储、显示部分的控制以及报警信号的产生,而其数字滤波部分,则是对硬件部分的有益补充。本文给出了上述各个模块的实现过程及流程以及整个系统的流程图。此外,本文对于金属探测器其它部分即电源部分和传动部分的设计等也进行了阐述。通过实验展示了本课题设计的金属探测器的检测效果以及功能特点,并提出了部分改进措施。最后,展望了金属探测器未来的发展趋势,以及新技术在探测器中的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.1.1 金属探测器的发展现状
• 1.1.2 金属探测器的应用
• 1.2 研究现状与发展
• 1.2.1 金属探测器的研究现状
• 1.2.2 金属探测器的发展趋势
• 1.3 本课题的主要研究工作
• 第2章 平衡线圈磁场分析
• 2.1 通电线圈磁场的分布
• 2.1.1 圆形线圈的磁场分布
• 2.1.2 矩形线圈的磁场分布
• 2.2 金属与线圈磁场系统分析
• 2.3 平衡线圈磁场分析
• 2.3.1 圆形平衡线圈磁场分析
• 2.3.2 矩形平衡线圈磁场分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 检测原理及系统结构
• 3.1 基本原理
• 3.2 系统构成
• 3.3 本章小结
• 第4章 金属探测器总体设计
• 4.1 控制电路硬件设计
• 4.1.1 正弦信号产生
• 4.1.2 功率放大电路
• 4.1.3 变压器扩流
• 4.1.4 接收信号放大电路
• 4.1.5 峰值保持电路
• 4.1.6 信号调整
• 4.1.7 相位检测电路
• 4.1.8 AD转换
• 4.1.9 单片机外围电路设计
• 4.1.10 数字滤波
• 4.1.11 显示电路
• 4.1.12 电源和接地系统设计
• 4.2 控制电路软件设计
• 4.3 探头设计
• 4.4 传动系统设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验和分析
• 5.1 探测器设备制作
• 5.1.1 控制电路
• 5.1.2 探头和支架
• 5.2 抗干扰设计
• 5.3 试验结果及分析
• 5.3.1 信号的波形
• 5.3.2 检测信号的波形
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 前景展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表