MDA0104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)Ξ
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 O453
1 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
Ξ收稿日期 1998-12-24
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
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;另一半用作比较器,改变Uref可调整检测灵敏度.IC7为施密特型的四2输入与非门,只用其一半接成双稳态触发器,⑥脚为触发输入,⑧脚为复位端,正常情况下,⑥为高电平,⑧也为高电平,输出⑩亦为高电平.当IC6⑥端输入变为低电平时,⑦端成为高电平,而①端输出低电平,于是IC7⑥端输入变成低电平,输出⑩端也变成低电平.
晶体管T1为输出开关,正常情况下,IC7输出⑩为高电平,D18处截止状态,T1基极为高电平,T1处截止状态输出为低电平.当IC7输出⑩变成低电平时,D18处击穿状态,T1基极电位降低变成饱和导通,输出变成高电平.并通过二极管D14、D20接至信号输出端S.
4 控制电路原理
控制电路由两部分组成,分别按装在稳压电源板NK0501和电源母板NK2701上,其电路如图2所示.前述的传感器及放大板NK4801共有6组,它们覆盖了长为1800mm整个探测区,它们的输出端都并接到NK0501板的(16)端,并与其中的指示灯H1等组成一或门,正常情况下,各放大板的输出皆为低电平,指示灯H1不亮,当有金属微粒进入探测区时,至少有一个放大器的输出变成高电平,指示灯H1点亮,同时使
T3饱和导通,T4截止,于是IC1的④端和IC2的①、②端都变成高电平.IC1
为双可重复触发的精密单稳态
图2 控制电路原理图
多谐振荡器,改变RW可调整延迟时间为0.5～3秒,故在经过0.5～3秒之后,输出端⑥变成高电平,经开关S1接至IC2(3)的①、②端,使其输出(11)端变成低电平,进而使T6截止,继电器断开,机器停车,并点亮报警指示灯.同时IC2(1)的输出③端变成低电平,经延时后送至IC2(2)的⑧、⑨端,使其输出端⑩变为高电平,进而使T4饱和导通,产生复位信号,令NK4801中的IC7复位,机器又开始正常运行,开关S1接至左侧时,上述自动控制停止,需通过按钮S2令其复位并重新工作.电容C1、C2,电阻R1～R2,二极管D3～D5及晶体管T1、T2等组成电源启动时的自动复位电路,正常工作后即失去作用.
MetalDetectorMDA0104ofSensorandMeasuring
andControllingCiruitousPhilosophy
ZhaoChunhua
BinzhouTeachersCollege,Binzhou,Shandong,256604
Abstract ThepaperintroducesMetalDetectorMDA0104ofSensorandMeasuringandcontrollingCircuitousconstructure,analyzestheirworkingtheory.
Keywords metaldetector,magneeic2suseeptor,circuleanalysis
MDA0104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)Ξ
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 O453
1 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
Ξ收稿日期 1998-12-24
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
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
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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;另一半用作比较器,改变Uref可调整检测灵敏度.IC7为施密特型的四2输入与非门,只用其一半接成双稳态触发器,⑥脚为触发输入,⑧脚为复位端,正常情况下,⑥为高电平,⑧也为高电平,输出⑩亦为高电平.当IC6⑥端输入变为低电平时,⑦端成为高电平,而①端输出低电平,于是IC7⑥端输入变成低电平,输出⑩端也变成低电平.
晶体管T1为输出开关,正常情况下,IC7输出⑩为高电平,D18处截止状态,T1基极为高电平,T1处截止状态输出为低电平.当IC7输出⑩变成低电平时,D18处击穿状态,T1基极电位降低变成饱和导通,输出变成高电平.并通过二极管D14、D20接至信号输出端S.
4 控制电路原理
控制电路由两部分组成,分别按装在稳压电源板NK0501和电源母板NK2701上,其电路如图2所示.前述的传感器及放大板NK4801共有6组,它们覆盖了长为1800mm整个探测区,它们的输出端都并接到NK0501板的(16)端,并与其中的指示灯H1等组成一或门,正常情况下,各放大板的输出皆为低电平,指示灯H1不亮,当有金属微粒进入探测区时,至少有一个放大器的输出变成高电平,指示灯H1点亮,同时使
T3饱和导通,T4截止,于是IC1的④端和IC2的①、②端都变成高电平.IC1
为双可重复触发的精密单稳态
图2 控制电路原理图
多谐振荡器,改变RW可调整延迟时间为0.5～3秒,故在经过0.5～3秒之后,输出端⑥变成高电平,经开关S1接至IC2(3)的①、②端,使其输出(11)端变成低电平,进而使T6截止,继电器断开,机器停车,并点亮报警指示灯.同时IC2(1)的输出③端变成低电平,经延时后送至IC2(2)的⑧、⑨端,使其输出端⑩变为高电平,进而使T4饱和导通,产生复位信号,令NK4801中的IC7复位,机器又开始正常运行,开关S1接至左侧时,上述自动控制停止,需通过按钮S2令其复位并重新工作.电容C1、C2,电阻R1～R2,二极管D3～D5及晶体管T1、T2等组成电源启动时的自动复位电路,正常工作后即失去作用.
MetalDetectorMDA0104ofSensorandMeasuring
andControllingCiruitousPhilosophy
ZhaoChunhua
BinzhouTeachersCollege,Binzhou,Shandong,256604
Abstract ThepaperintroducesMetalDetectorMDA0104ofSensorandMeasuringandcontrollingCircuitousconstructure,analyzestheirworkingtheory.
Keywords metaldetector,magneeic2suseeptor,circuleanalysis