象和涡流损耗的作用效果会产生部分抵消 ,传统的依靠检测线圈电感参数变化来检测的方法 ,检测精度会受到一定限制。而食品中的金属体积较小 ,需要较大幅度提高探测器的精确度和灵敏度。

1、新型高频信号金属探测器的研制

  用图给出食品金属探测仪的基本模型。通过比较基准信号与接收信号的相似程度来判定食品中金属物体的体积。

1.1探测信号的选取

图 2是工频电压源作用下的基准信号和接收信号(0. 8mm铁磁物质 )。从图 2 (b)可以发现如果信号的频率较低 (采用工频 ) ,发生畸变并不明显 ,若采用频率较高的中频信号 (通常所说的高频金属探测器信号是频率较高的中频信号 ) ,则可以提高检测的效果。金属探测器模型

(a)工频时基准信号

(b)工频时接收信号 (有微量金属 )

工频电压源作用下的基准信号和接收信号紧密缠绕的 N 匝线圈等效电感的计算公式为:L =NΦi(1)式中 N 为线圈匝数 ,Φ为单匝线圈磁通量。线圈磁通量的大小为:Φ=BS,S为线圈包围的面积,而B可由式(2)来计算:B =μiD(2)式中μ为线圈的磁导率 , D为线圈的直径。由式 (1)与式 (2)可知:L=NBSi=π2Nμr(3)式中,r为线圈半径。可见,高频信号不会使线圈磁导率变化,即对探测线圈的等效电感不会产生较大影响。涡流损耗公式如下:Pc =W xf2m B2m(4)式中Wx为损耗因子,fm 为信号频率 , Bm 为磁感应强度幅值。涡流损耗和交变信号频率的平方成正比。增大探

测信号频率可以使线圈在有金属时,涡流损耗显著增强 ,使线圈的等效电阻会有较大幅度的增加。

图 3是食品金属探测仪在 20℃和绝对湿度条件下,频率为875kHz时的基准信号与接收信号从图可以看出线圈中的金属含量较少,但接收信号仍发生较大畸变。875kHz时的基准信号和接收信号

2.2检测电路的设计

高频信号发生器的信号经放大整形后分为三路:基准信号、探测信号和补偿信号，根据自动控制理论中的闭环负反馈控制原理 ,要保证输出信号受外界干扰减小,需要增加对自身输入信号的补偿 ,所以在这里增加一个补偿线圈 ,其信号是整流电路的直流分量。

2.3探测结果分析方法的选用

食品金属探测仪一般位于生产线的末端 ,分析方法选择恰当,可以有效提高测试系统的抗干扰能力,防止误操作。假设x( t)为干扰信号 , g0( t)为基准信号,g(t)为无干扰有金属时的响应信号,G(t)为接收信号,则:G (t)=g(t)+x(t)如果直接以G(t)与g0(t)相似性来判定金属含量 ,必将有一定的误差。理想的探测信号为正弦信号f(t),其双边频谱的计算公式为:f(t)=∑∞n = - ∞Fn ejnω1t(5)Fn =1T∫T0f(t)e-jnω1tdt (6)由于f(t)为正弦信号 ,因而直流分量 F0=0;由于周期信号的双边幅度频谱是一组关于纵轴对称的离散信号,且只有在ω= nω1(n=±1,±2……)时,Fn ≠0从上述探测信号的理想响应曲线的函数g(t)可知 ,高频信号的选取和线圈等效阻抗等参数发生变化 ,并不会使信号的周期性发生改变,因此其频谱图像也是对称并且离散的而干扰信号是随机信号,其频谱显然是不对称的 ,甚至在某个区域内是连续的 ,因此可以得

到G(t)的频谱函数G(ω),则G(ω)=g(ω)+x(ω)，因为得到的 G (ω)含有的噪音信号频谱不满足对称性,所以该点不作为判定的依据这样在使用频域法进行分析时可以去除干扰信号。