專利名稱：數(shù)字化金屬檢測(cè)儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電磁式金屬檢測(cè)儀器，尤其是一種數(shù)字化金屬檢測(cè)儀器。
背景技術(shù)：
圖1為本申請(qǐng)人于2004年2月20日申請(qǐng)的一名稱為“高靈敏度檢針器”的實(shí)用新型(專利號(hào)200420020296.5)的部分組成，其中所示為檢測(cè)儀器的探頭部分，由若干個(gè)相同的磁鐵10和線圈11組成。但在使用過(guò)程中，這種結(jié)構(gòu)的檢針器普遍存在抗干擾能力弱的缺點(diǎn)；而且，由于各通道的參數(shù)不可能一致，從而還會(huì)導(dǎo)致各通道靈敏度不同，檢測(cè)定位不精確的問(wèn)題。第三，由于放大器的增益是固定的，通過(guò)設(shè)定比較器的方法來(lái)調(diào)節(jié)靈敏度，靈敏度的調(diào)節(jié)范圍非常小。第四，感應(yīng)指示燈的作用不大，在實(shí)際應(yīng)用中只顯示感應(yīng)信號(hào)，實(shí)際價(jià)值還沒(méi)充分發(fā)揮?？傊?，這種探頭結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)很明顯，被檢測(cè)物靠近線圈，感應(yīng)信號(hào)強(qiáng)，反之感應(yīng)信號(hào)就弱，也就形成了靈敏度不均勻的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種結(jié)構(gòu)改進(jìn)的數(shù)字化金屬檢測(cè)儀器，利用探測(cè)區(qū)內(nèi)不同的高度有不同的感應(yīng)電壓，而當(dāng)被檢測(cè)物越貼近線圈，最近的線圈與最遠(yuǎn)的線圈所感應(yīng)的電壓的值相差就越大，反之越小。根據(jù)該原理，實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型得到檢測(cè)儀器的良好靈敏度。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為，數(shù)字化金屬檢測(cè)儀器，包括若干組檢測(cè)通道，各組通道包括磁鐵和線圈構(gòu)成，用于感應(yīng)通過(guò)檢測(cè)儀器的信號(hào)；電子開(kāi)關(guān)，連接在所述若干組檢測(cè)通道的輸出端和控制單元之間，存放并取樣所述各組檢測(cè)通道的各個(gè)感應(yīng)信號(hào)；
A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)置在所述放大單元的輸出端與所述控制單元之間，將所述電子開(kāi)關(guān)的取樣值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到各個(gè)感應(yīng)信號(hào)的取樣數(shù)字值；控制單元，對(duì)所述電子開(kāi)關(guān)內(nèi)的感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行選通控制其取樣，并對(duì)各個(gè)通道的取樣數(shù)字值進(jìn)行排序，求得最大取樣數(shù)字值與任一取樣數(shù)字值之差，并判斷該差值是否大于設(shè)定值，根據(jù)判斷結(jié)果控制指示單元或重新取值判斷。
指示單元，由所述控制單元的判定結(jié)果進(jìn)行報(bào)警指示。


下面，參照附圖，對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員而言，從對(duì)本實(shí)用新型的詳細(xì)描述中，本實(shí)用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)。
圖1是現(xiàn)有探測(cè)器的局部示意圖；圖2是本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施例的框圖；圖3是圖2實(shí)施例的電路示意圖；圖4是圖2中控制單元的工作流程圖。
具體實(shí)施方式
圖2所示為本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施例的組成框圖，該數(shù)字化金屬檢測(cè)儀器由檢測(cè)通道21、濾波放大單元22、電子開(kāi)關(guān)23、控制單元24、放大單元25、A/D轉(zhuǎn)換器26和指示單元27依次連接構(gòu)成。具體的工作過(guò)程是，檢測(cè)通道21為若干組由圖1所示的磁鐵10和線圈11配對(duì)的通道組成，當(dāng)有被檢測(cè)金屬物通過(guò)該探測(cè)區(qū)時(shí)，各組通道均有感應(yīng)電壓產(chǎn)生，且由于與被檢測(cè)金屬物間隔位置不同，從而各組電壓不同。該各組通道中線圈11感應(yīng)的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波放大單元22，將所取得的信號(hào)進(jìn)行放大，然后再送入電子開(kāi)關(guān)23，由控制單元24對(duì)電子開(kāi)關(guān)23進(jìn)行選通控制，并通過(guò)控制單元24對(duì)電子開(kāi)關(guān)23的信號(hào)完成取樣，所得取樣信號(hào)再通過(guò)放大單元25進(jìn)行放大后送入A/D轉(zhuǎn)換器26，從而能得到各個(gè)通道的感應(yīng)信號(hào)。
下面結(jié)合圖3給出的一個(gè)具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明。該實(shí)施例采用了由八個(gè)探頭組成的八路通道CH_1～CH_8(同樣可以適應(yīng)于其它通道數(shù))，其中以第一路通道CH_1為例給出了一個(gè)具體通道電路的構(gòu)成線圈S1構(gòu)成探頭傳感器31，運(yùn)算放大器U11-U14組成該通道的探頭濾波放大器32。圖示中的其它七個(gè)檢測(cè)通道CH_2～CH_8的組成與通道CH_1完全相同。上述檢測(cè)并完成放大后的八路通道信號(hào)進(jìn)入標(biāo)號(hào)為33的電子開(kāi)關(guān)U74，該電子開(kāi)關(guān)采用74HC4051B開(kāi)關(guān)。該電子開(kāi)關(guān)U74的工作過(guò)程由單片機(jī)U1控制，本實(shí)施例采用了C8051F020高速高精度單片機(jī)，該單片機(jī)U1內(nèi)包含控制器單元34和A/D轉(zhuǎn)換器單元36，單片機(jī)U1通過(guò)S0-S2控制選擇哪路通道。單片機(jī)U1進(jìn)行分時(shí)操作，因?yàn)楸粰z測(cè)信號(hào)的頻率在5Hz左右，該單片機(jī)U1(取樣時(shí)間小于20微秒)完全能在合適的時(shí)間內(nèi)把各通道取樣完成。電子開(kāi)關(guān)U74的八通道分時(shí)信號(hào)進(jìn)入一個(gè)由U172、U69組成的可控增益放大器35，其中U69是一個(gè)電子電位器，這里選用100K、99個(gè)觸點(diǎn)的型號(hào)為X9C104的電位器。電子電位器U69的低端和動(dòng)觸點(diǎn)相連構(gòu)成可變電阻，這個(gè)可變電阻作為放大器的反饋電阻，調(diào)節(jié)反饋電阻的值就能控制放大器35的增益。單片機(jī)U1通過(guò)電位器U69的INC，U/D，CS三條線就能控制電位器U69的電阻，從而控制整個(gè)放大器35的增益。電阻越大，增益越大，靈敏度越高。反之，靈敏度越低。電位器U69的輸出端進(jìn)入單片機(jī)U1內(nèi)部的中的12位A/D轉(zhuǎn)換器36，從而能得到各個(gè)通道的感應(yīng)信號(hào)。指示單元37由兩個(gè)HC164組成，控制器單元34對(duì)指示單元37進(jìn)行控制指示。
上述實(shí)施例中作為控制單元的單片機(jī)U1的內(nèi)部工作流程見(jiàn)圖4。
首先，進(jìn)入開(kāi)機(jī)初始化步驟S41，對(duì)單片機(jī)的資源進(jìn)行分配，然后在下一步驟S42中，調(diào)節(jié)并設(shè)定參考電壓Vset；步驟S43，設(shè)定靈敏度，根據(jù)用戶使用要求控制35放大單元；步驟S44，讀取A/D轉(zhuǎn)換器的取樣數(shù)字值，把八個(gè)通道的值讀入單片機(jī)中；步驟S45，排序，對(duì)八個(gè)通道的取樣數(shù)字值進(jìn)行排序；步驟S46，計(jì)算Vmax-Vx的值，其中Vmax是八個(gè)取樣數(shù)字值中最大數(shù)值，Vx是八個(gè)取樣數(shù)字值中任意一個(gè)數(shù)字值；將此差值送到步驟S47中通過(guò)指示單元37指示出來(lái)；步驟S48，判斷是否滿足Vmax-Vx＞Vset？如果滿足，就去報(bào)警處理，如果不滿足，又回到步驟S42。
再次需要說(shuō)明的是，這里的Vmax八個(gè)通道的取樣值中的最大值
Vx八個(gè)通道取樣值中的某一值，x＝1…8Vset電壓設(shè)定值，參考電壓如果是降序排列Vmax＝V1如果是升序排列Vmax＝V8其中，Vx在八個(gè)排序序列中的取值越接近Vmax時(shí)，檢測(cè)儀器的抗干擾能力越強(qiáng)，靈敏度會(huì)越低。反之抗干擾能力越低，靈敏度會(huì)越高。不同的探頭高度選用不同的Vx。
其中，(Vmax-Vx)的值還要送到感應(yīng)信號(hào)燈，讓客戶感知周圍環(huán)境的干擾情況。
感應(yīng)信號(hào)燈是一個(gè)水柱形設(shè)計(jì)的指示器，本例中總設(shè)有16個(gè)感應(yīng)燈，這些燈指示感應(yīng)信號(hào)的大小，信號(hào)越大，水柱形指示器的指示沖得越高，能讓客戶了解儀器的干擾狀況和被檢測(cè)物的體積大小，本設(shè)計(jì)中又在感應(yīng)信號(hào)燈上設(shè)計(jì)有靈敏度設(shè)定標(biāo)志燈，其值就是參考電壓Vset，一旦感應(yīng)燈的燈柱超過(guò)靈敏度設(shè)定標(biāo)志燈時(shí)，儀器就會(huì)報(bào)警。所以客戶能知道多少的干擾信號(hào)能破壞儀器的正常工作。
由于探頭中磁場(chǎng)的不均勻性，在整個(gè)探測(cè)區(qū)內(nèi)，不同的高度有不同的靈敏度，貼近線圈時(shí)靈敏度很高，往往有一點(diǎn)很小的雜物就產(chǎn)生干擾。
很明顯，被測(cè)物最接近的線圈所感應(yīng)的電壓最大，而且不同的高度八個(gè)線圈所感應(yīng)的電壓是不同的，但它們之間的電壓有一定聯(lián)系。被檢測(cè)物越貼近線圈，最近的線圈與最遠(yuǎn)的線圈所感應(yīng)的電壓的值相差就越大，反之越小。所以在本設(shè)計(jì)中，采用了如下方法。
得到八個(gè)通道的電壓值，因?yàn)楦袘?yīng)的電壓與距離的平方成反比，所以再對(duì)八個(gè)通道的值進(jìn)行平方根計(jì)算，最大值和其余某一通道值Vx的商的平方根R。
R＝(Vmax/Vx)1/2當(dāng)越靠近線圈，R越大。
要獲得均勻的靈敏度，必須滿足R＜Rset
其中，Rset是根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的一個(gè)設(shè)定值，使用發(fā)現(xiàn)4～6的數(shù)據(jù)最合適。
如果有檢測(cè)物貼近線圈時(shí)，(Vmax-Vx)很大，但R＞Rset，不能滿足R＜Rset的要求，也不會(huì)報(bào)警。
設(shè)定合適的R值，就能控制被測(cè)物在整個(gè)區(qū)間內(nèi)有實(shí)用的均勻靈敏度，從而也解決了細(xì)小雜物對(duì)儀器造成的干擾。
本實(shí)用新型適合于任何通道數(shù)的電磁式金屬檢測(cè)儀器。
本實(shí)用新型在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果，也使電磁式金屬檢測(cè)儀器進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代。
以上諸實(shí)施例僅供說(shuō)明本實(shí)用新型之用，而非對(duì)本實(shí)用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本實(shí)用新型的范疇?wèi)?yīng)由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1.數(shù)字化金屬檢測(cè)儀器，其特征在于，包括若干組檢測(cè)通道，各組通道包括磁鐵和線圈構(gòu)成，用于感應(yīng)通過(guò)檢測(cè)儀器的信號(hào)；電子開(kāi)關(guān)，連接在所述若干組檢測(cè)通道的輸出端和控制單元之間，存放并取樣所述各組檢測(cè)通道的各個(gè)感應(yīng)信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)置在所述放大單元的輸出端與所述控制單元之間，將所述電子開(kāi)關(guān)的取樣值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到各個(gè)感應(yīng)信號(hào)的取樣數(shù)字值；控制單元，對(duì)所述電子開(kāi)關(guān)內(nèi)的感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行選通控制其取樣，并對(duì)各個(gè)通道的取樣數(shù)字值進(jìn)行排序，求得最大取樣數(shù)字值與任一取樣數(shù)字值之差，并判斷該差值是否大于設(shè)定值，根據(jù)判斷結(jié)果控制指示單元或重新取值判斷。指示單元，由所述控制單元的判定結(jié)果進(jìn)行報(bào)警指示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化金屬檢測(cè)儀器，其特征在于，所述檢測(cè)儀器進(jìn)一步包括濾波放大電路，設(shè)置在所述若干組檢測(cè)通道和電子開(kāi)關(guān)之間；放大單元，設(shè)置在所述電子開(kāi)關(guān)的輸出端，并由所述控制單元控制其增益。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了數(shù)字化金屬檢測(cè)儀器，包括若干組檢測(cè)通道，各組通道包括磁鐵和線圈構(gòu)成，用于感應(yīng)通過(guò)檢測(cè)儀器的信號(hào)；電子開(kāi)關(guān)，連接在所述若干組檢測(cè)通道的輸出端和控制單元之間，存放并取樣所述各組檢測(cè)通道的各個(gè)感應(yīng)信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)置在所述放大單元的輸出端與所述控制單元之間，將所述電子開(kāi)關(guān)的取樣值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到各個(gè)感應(yīng)信號(hào)的取樣數(shù)字值；控制單元，對(duì)所述電子開(kāi)關(guān)內(nèi)的感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行選通控制其取樣，并對(duì)各個(gè)通道的取樣數(shù)字值進(jìn)行排序，求得最大取樣數(shù)字值與任一取樣數(shù)字值之差，并判斷該差值是否大于設(shè)定值，根據(jù)判斷結(jié)果控制指示單元或重新取值判斷。指示單元，由所述控制單元的判定結(jié)果進(jìn)行報(bào)警指示。
文檔編號(hào)G01N27/00GK2826417SQ20052004108
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2005年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月22日
發(fā)明者張永其 申請(qǐng)人:張永其