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1、第15卷第2期滨州师专学报1999年6月Vol.15,No.2JournalofBinzhouTeachersCollegeJun.,1999XMDA0104金属探测器传感及测控电路原理赵春华(滨州师专,山东滨州256604)摘要介绍了MDA0104金属探测器的传感器和检测、控制电路的结构,分析了它们的工作原理.关键词金属探测器 磁传感器 电路分析分类号O4531 概 况MDA0104金属探测器是德国KUSTERS压光机的重要配件,其作用是检测纺织产品上的附着金属微粒,以保护造价昂贵的尼龙压光辊.根据电磁相互作用原理:稳定的谐变
2、电流可以产生稳定的谐变电磁场;进入该电磁场的金属微粒,因产生涡流而消耗电磁场的能量,从而使电磁场衰减;用置于电磁场中的线圈可以检测其场强的变化.这就是用线圈型磁传感器探测金属的原理.MDA0104金属探测器的特点是检测灵敏度高和全自动化的控制,因而适合在高度自动化连续生产的印染行业应用.它可以检测出任何以每分0.5～400米的速度通过的铜、铁、铝、不锈钢等各种金属微粒,而与织物的干湿、厚度、质地、织法和结构无关,其检测灵敏度仅决定于金属微粒的种类、重量、外形和距传感器的距离等自然因素(最高灵敏度为2mg).该金属探测器由两部分组
3、成,一是控制单元SG1030,其上有红色指示灯和控制按钮,内有电源母板NK2701;二是探测器MD1003,为2200×130×125mm的长方体,内部有长1800mm的传感信号区,分布有6组磁传感器及放大器板VK4802;有产生200kHZ电磁振荡的振荡器板OK1201和辐射器板OK1301,还有稳压电源板NK0501.笔者根据实物画出了上述各电路板的电路图,分析了它们的工作原理,由于磁传感器是不可拆的,根据测得其直流电阻和可见的调节铜芯,判定为谐振线圈型的磁传感器,并根据上述分析,推断出其连接方法,并通过实验,验证了上述推断
4、的正确性.2 磁传感器的构造及工作原理每组磁传感器由4只传感线圈及与其并联的电容组成,它们谐振于辐射电磁波频率200kHZ,纵向排列的两只线圈,反向串联作为一路,传感线圈均匀分布在辐射器限定的长为1800mm检测区内,各线圈必需略有重叠而不能留有空隙,线圈的形状和位置都必须用树脂封固,每个线圈都必需通过仔细调整其内置的磁芯或铜芯,使其准确谐振于200kHZ.这样任何一只线圈内有金属微粒时,都会因涡流作用而使电磁场衰减,检测线圈产生的感生电压就会减少,但在金属微粒较小时,感生电压的相对变化量很小.然而,将两只线圈反向串联后,它们的
5、感生电压相互抵消,净感应电压应为零,实际上,要使它们完全抵消是很困难的,但可以做到使它们的差很小.当其中任何一只线圈内有金属微粒时,由于第二路产生的信号则因金属X收稿日期 1998-12-24©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第2期 赵春华 MDA0104金属探测器传感及测控电路原理 51微粒通过的时间晚而略有滞后.总的输出电压都会明显增大.所以,这种接法极大地提高了检测灵敏度.3 放大板VK4802的工作原理
6、放大板VK4802由7块集成块及1只三极管组成,见图1,其中IC1、IC2用作一路信号的放大和检测,图1 放大极VK4802电路图L1、L2为反向串联的两个磁传感线圈,C1、C2为它们的谐振电容,C3为补偿电容;二极管D1～D6用作双向限幅,一方面为保护运放,另一方面防止输入信号过大而发生阻塞;IC1为双集成运放,一半用作同相放大,另一半作宽带线性半波整流;单运放IC2组成二阶有源低通滤波.IC3、IC4用于另一路的放大整流和滤波.单运放IC5为差动微分运算放大,两路信号分别送入IC5的②、③脚,无金属微粒靠近传感器时,前、后两
7、路的信号都为200kHZ的等幅波,经整流滤波后,变为恒定的直流,因而微分器的输出为零,但通过调整RW1使同相端③的电压稍大于反相端②,输出端⑥即为高电平.当有金属微粒进入检测区时,由于涡流而消耗电磁场的能量,检测线圈的感应信号减小,但整个传感器的输出却是增大的,也就是说传感器输出信号变成了调幅波,由于探测器的宽度为130mm,辐射场的宽度仅为40mm,因而当金属微粒以0.5～400米/分的速度通过检测区时,传感器检出的调幅波的调制信号频率仅为0.42～333HZ,经线性整流和滤波后,即可检出该调制信号,差动微分放大级检出前后两路
8、信号的时间差,其输出端⑥先变成低电平,再恢复为高电平,从而产生报警控制信号.实际上,由于压光机的运行车速为5～40米/分,故实际调制信号频率范围为4.2～33.3HZ,可见该检测器有足够宽的频宽.IC6为双运放,其一半用作反相比例放大,改变RW2可调整其放大倍数
