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目前广泛使用的金属检测器,其工作原理都是基于 “平衡线圈”系统,这种技术在19世纪就已经有人注册了专利,但一直到了1948年,第一台工业用的金属检测器才开始在英国出现。 随着科技的发展,金属检测技术在不断提高,灵敏度和稳定性都有了很大进步,使用更灵活,同时能够输出更多的信号种类,提供更多有用的信息。

平衡线圈系统工作原理

所有普通型金属检测头的工作原理,本质上都是一样的,依据的都是法拉第电磁感应定律。为了达到最好的检测效果,应当选用根据你具体的应用要求而设计的系统。

检测头结构典型的检测头,其主要部件被封装在一个金属箱体内,这个箱体为其内的线圈提供保护。通道的四周衬上非金属材料(通常是塑胶),为检测头的内部元件提供一个卫生、密闭的环境。

能否达到最佳的检测效果,通道尺寸与被检测产品的尺寸比例非常重要。检测精度是以通道的几何中心为标准测定的,这个点是灵敏度最低的一个点;能够达到的精度和通道尺寸的大小成反比例,主要是通道高度(即通道尺寸中较小的那一个 )影响着检测的精度。

箱体内有三个线圈系统,如下图:

平衡线圈示意图

发射线圈(Transmitter Coil)产生一个电磁场,非常类似无线电发射器,用来“照亮”金属微粒;第二、三线圈连接在一起,作为接收线圈(Receiver Coils),用来发现被“照亮”的金属微粒,它能给出的信号大小与金属的磁性和导电性有关。

发射线圈的频率太高或太低,都不能达到最满意的检测效果。要达到最好的检测精度,应根据具体的应用要求,选择与之相对应的最合适的频率。Loma IQ3发射线圈的频率是可以自动调整的。

控制系统与信号处理

控制系统和检测头可以是一体,也可以分离开来,这取决于系统设计和具体的使用要求。控制系统放在检测头的哪个位置,并不会影响系统的正常工作。

控制系统与检测头分离操作界面是人机对话的界面,用来设置和优化操作,可与其他的设备或应用程序协同工作。Loma的用户界面采用数字显示,也有图形界面可选择,使用起来直观而又方便。

信号处理器是高度精密的。当一个金属微粒被“照亮”时,接收线圈的信号值通常只有1伏特的百万分之一。这个信号先是用一个高性能RF放大器放大,然后向下调整为低频信号,提供相位和振幅的数据;最后将信号进行数字化处理,达到最佳的灵敏度。

微处理器的应用,拓宽了检测头的通讯接口,方便了统计分析和信息处理。Loma的网络模块(LomaNet)最多可使31台金属检测系统相连,然后连接到一台打印机或电脑上,极大地方便了整体操作和管理。

检测头类型

检测头可以有多样的结构。最常见的是输送带式,也称通道式,它装在一个速度固定或变速的传送装置上。当含有异物的产品被检测到时,会被自动剔除出来。

检测头也可以利用自由落体的机制工作,产品通过重力下落,通过检测头。自落式金属检测头通常适用于产品包装前的检测。

其它检测头设计包括:管道式(适用于管道传输的产品),重力驱动的小通道系统( 适合药品类的检测),等等。

用于铝箔包装的F探头

大体上,主流金属检测器可分为两大类:常用的普通检测头,可以检测出产品中的铁、非磁性金属和不锈钢;另一类系统使用的是ferrous-in foil的检测头(简称F探头),一般用来检测铝箔包装的产品,只检测铁磁类的金属异物。

用于检测铝箔包装的F探头,其检测原理与以上完全不同。它是通过一个置于强磁场内的通道来工作的,当磁性物体(例如含铁的金属碎片)经过这个通道时,物体被磁化;通道内设置了一系列线圈,被磁化的物体通过线圈时,会有电流产生,产生的电流经电子系统放大、处理,从而引发并输出一个检测信号。

任何导电性物体通过磁场时,都会产生信号,但与磁性金属所产生的信号相比,这个信号很小。因此一般来说,非铁磁性的金属或不锈钢异物,只有尺寸较大时,才能被检测到。在多数的应用中,F探头主要用于检测铁磁性金属异物。

 

法拉第与金属检测技术

迈克尔.法拉第

  • 英国的物理学家法拉第发现了电磁感应定律
  • 在牛津大学受过教育,创造了金属检测技术的原型
  • 现今我们在工厂或机场里所看到的金属检测系统,都来源于他的技术

金属检测简史

1881年,时任美国总统詹姆斯.加菲尔德遇刺。电话的发明者亚历山大.贝尔,在紧急情况下草制了一个金属检测装置,试图找出总统体内那颗致命子弹的位置。虽然未能发挥作用,这是有记录的第一台金属检测仪,贝尔称其为“感应平衡”(deduction balance)。

1925年,研发工程师杰哈德.菲舍接受了一项任务,为联邦电话公司和西部航空公司研究飞机测向装置。在工作过程中,他遇到了一些奇怪的错误,把问题解决以后,他将解决的方法转到了一个完全不相干的领域中,用于探测金属和矿山,并于1931年开始商业化生产。

上世纪四十年代末,英国一家很大的食品公司,其产品中的金属异物对一个儿童造成了伤害,生产厂家认为他们已尽到了责任,拒绝赔偿。此事引发了广泛的关注和讨论,并诉诸法律。法院的判决结果不得而知,但这家公司最终是以关门而大吉的。这个事件的另一个结果,就是金属检测机开始介入食品生产过程。

除了检测产品中的金属异物、探测埋藏在地下的矿石,金属检测装置还常用于安全目的,在机场、法庭、监狱、邮局等需要加强安保的地方,经常会看到它的身影,防止武器与刀具进入。在建筑行业它也大受欢迎,被用来定位管道、线缆等。考古学家则用它来寻找钱币等文物。

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