可用于鋁箔包裝類產(chǎn)品的全金屬異物檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 可用于鋁箱包裝類產(chǎn)品的全金屬異物檢測裝置，涉及對鋁箱包裝類產(chǎn)品進(jìn)行全金 屬異物檢測技術(shù)，適用于對鋁箱包裝類產(chǎn)品與一般類產(chǎn)品進(jìn)行全金屬異物檢測。 技術(shù)背景
[0002] 現(xiàn)有的在食品生產(chǎn)過程中使用的金屬異物檢測器主要有兩種:一種是采用靜磁場 技術(shù)的檢測設(shè)備，這種設(shè)備只能檢測鐵磁材質(zhì)的金屬顆粒異物，而不能檢測銅、鋁等非鐵磁 或弱鐵磁材質(zhì)的金屬顆粒異物。另一種則是采用電磁場技術(shù)，這種設(shè)備雖然可用于檢測包 括鐵、不銹鋼、銅、鋁等全部金屬材質(zhì)的金屬顆粒異物，但是這種電磁場技術(shù)檢測設(shè)備中的 檢測信號接收和檢測信號處理的不足，使得其對采用鋁箱包裝類的產(chǎn)品檢測時，由于包裝 產(chǎn)品自身產(chǎn)生很大的"產(chǎn)品效應(yīng)"，而無法檢測采用鋁箱包裝的產(chǎn)品中是否混入了微小金屬 顆粒異物。
[0003] 而尤其在食品等行業(yè)中，越來越多的產(chǎn)品采用的是鋁箱類包裝，且生產(chǎn)過程中可 能出現(xiàn)的微小金屬顆粒異物主要是不銹鋼等非鐵磁或弱鐵磁材質(zhì)的金屬，上述兩種設(shè)備都 無法對采用鋁箱類包裝的產(chǎn)品進(jìn)行有效的全金屬異物檢測，使得生成的產(chǎn)品存在著很大的 安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有的金屬異物檢測設(shè)備的不足，本發(fā)明人經(jīng)過長期研究，提出了一種能夠 有效區(qū)分和排除鋁箱包裝類產(chǎn)品自身產(chǎn)生的"產(chǎn)品效應(yīng)"干擾，檢測的可靠性和靈敏度高的 鋁箱包裝類產(chǎn)品的全金屬異物檢測裝置，而且這種裝置還可用于非鋁箱包裝，但自身"產(chǎn)品 效應(yīng)"很大的產(chǎn)品及一般產(chǎn)品的全金屬異物檢測。
[0005] 本發(fā)明裝置由傳感器(探頭）、檢測信號接收模塊、檢測信號處理模塊、檢測信號激 勵模塊，基準(zhǔn)信號源、中央控制單元、10模塊、人機接口（HMI)和電源系統(tǒng)構(gòu)成。
[0006] 傳感器(探頭）主要由接收線圈1，接收線圈2和發(fā)射線圈組成，是生成檢測用電磁 場及檢測信號采集的裝置。
[0007] 檢測信號激勵模塊將基準(zhǔn)信號功率放大，以在探頭生成檢測用電磁場。
[0008] 檢測信號接收模塊接收傳感器采集到的檢測信號，通過由I-V轉(zhuǎn)換器、帶通濾波 器、移相器、幅值調(diào)節(jié)器、差動放大器、AD轉(zhuǎn)換器及中央控制單元組成的檢測信號自動平衡 電路，經(jīng)用濾波器篩選出有效的信號后，控制移相器和幅值調(diào)節(jié)器，對從接收線圈1和接收 線圈2上接收到的有效檢測信號自動平衡，使得接收線圈1和接收線圈2上的正弦波信號的 幅值和相位基本相等，提高信號檢測的可靠性、穩(wěn)定性和靈敏度。
[0009] 檢測信號處理模塊對從傳感器采集并經(jīng)過相應(yīng)轉(zhuǎn)換后的檢測信號通過乘法器、低 通濾波器、除法器、平方根運算器、信號放大器、AD轉(zhuǎn)換器及中央控制單元構(gòu)成的進(jìn)行相應(yīng) 的信號處理，對鋁箱包裝類產(chǎn)品中是否混有全金屬異物進(jìn)行準(zhǔn)確檢測。
[0010]基準(zhǔn)信號源模塊采用三塊ADI的AD9833來實現(xiàn)基準(zhǔn)信號的數(shù)字式控制。根據(jù)中央 控制單元的參數(shù)，生成系統(tǒng)所需的各種基準(zhǔn)信號。
[0011]中央控制單元采用TI的TMS320F28235數(shù)字信號處理器，控制各模塊及檢測算法運 行。
[0012] 10模塊是執(zhí)行機構(gòu)和控制機構(gòu)的輸入輸出模塊。
[0013] 人機接口（HMI)采用觸摸屏，可實現(xiàn)豐富人機界面的快速開發(fā)，接口通過相應(yīng)的通 訊協(xié)議與中央控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，接收操作員的操作指令，并呈現(xiàn)檢測信息。
[0014] 電源系統(tǒng)對整個裝置提供各種不同的電源。
[0015] 本發(fā)明檢測裝置工作時，基準(zhǔn)信號源根據(jù)中央控制單元設(shè)定的參數(shù)生成一個基準(zhǔn) 信號sin(c〇t)(co的值為幾十至幾百千赫茲）。檢測信號激勵模塊將此信號功率放大后，推 送到傳感器的發(fā)射線圈上，在傳感器的檢測空間生成電磁場，其中發(fā)射線圈中的信號為:A sin( ω t)。傳感器上的接收線圈1和接收線圈2上分別生成感應(yīng)信號aisin( ω t+w)和a2sin (ω t+a2)，通過調(diào)節(jié)接收線圈1、接收線圈2與發(fā)射線圈的位置，使ai ? a2，ai ? α2,合并后的接 收信號為asin( c〇t+a)(a和a均為較小的值）。
[0016] 同時基準(zhǔn)信號還生成兩個基準(zhǔn)信號sin(c〇t+i3)和C〇S(c〇t+i3)用于后續(xù)的接收信 號的檢測處理，其中m直則根據(jù)檢測需要進(jìn)行調(diào)整。
[0017]由于鋁箱包裝類產(chǎn)品的全金屬檢測，對接收型號要求較高，要求a? 0，a?0。但是 在實際檢測過程中，因機械、電氣的誤差，以及時間變化等因素的影響，很難用手動的方式 做到a ? 0，α ? 0,因此采用電子的方式對接收信號進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。接收信號1與接收信號2分 別通過I-V轉(zhuǎn)換器，將信號由電流型轉(zhuǎn)換為電壓型，通過帶通濾波器，移相器和幅值調(diào)節(jié)器， 經(jīng)過上述處理的接收信號1與接收信號2送入一個可控制增益的差動放大器，得到后續(xù)模塊 (檢測信號處理模塊）的輸入;此信號同時經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后送到中央控制單元，中央控制單元則 通過控制移相器、幅值調(diào)節(jié)器和差動放大器增益的參數(shù)，使得經(jīng)差動放大后的信號的參數(shù) 符合a ? 0，α ? 0〇
[0018] 接收信號通過自動調(diào)節(jié)后，傳入到后續(xù)的檢測信號處理模塊，通過乘法器、低通濾 波器、除法器、平方根運算、信號放大器、AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號處理，對鋁箱包裝類產(chǎn)品進(jìn)行全 金屬異物檢測。
[0019] 當(dāng)有鋁箱包裝類產(chǎn)品通過傳感器(探頭)檢測區(qū)域時，設(shè)鋁箱包裝類產(chǎn)品通過傳感 器(探頭)檢測區(qū)域時，經(jīng)檢測信號接收模塊處理后的接收信號Sb 1Sin( ω t+ΘΟ。
[0020] 此時，接收信號與兩個基準(zhǔn)信號進(jìn)行乘法運算，其表達(dá)式分別為AisiWcot+eOX 8；[11(0丨+0)和1318；[11(0丨+ 91)\008(0丨+0)。上述表達(dá)式進(jìn)行三角積化和差變換后，得到：
[0021] 通過低通濾波模塊后，保留了上式中的低頻部分的信號：幻和
子別通過除法器和平方根運算后，得到信號 表達(dá)式分別為tanO^)和|。我們可以預(yù)先調(diào)整β，使得tanOd) ? 〇,并將$的值預(yù)先存 儲在中央控制單元中。
[0022] 因為鋁箱包裝本身有很大的"產(chǎn)品效應(yīng)"，所【
1至 少有一路信號經(jīng)過信號放大后的值會很大(甚至超AD轉(zhuǎn)換的量程），這樣中央控制單元通過 AD模塊采集的數(shù)據(jù)就可以知道此時有產(chǎn)品通過檢測區(qū)域。
[0023] 而中央控制單元從除法器通道得到的值tanO^P) ? 〇,平方根運算通道得到的值 約等于中央控制單元之前預(yù)先存儲的值|。此時，系統(tǒng)認(rèn)為產(chǎn)品中沒有混入金屬異物，不產(chǎn) 生報警信號，將產(chǎn)品放行。
[0024] 當(dāng)混有金屬顆粒異物的產(chǎn)品通過探頭檢測區(qū)域時，經(jīng)檢測信號接收模塊處理后的 接收信號為(bi+b2)sin( ω ?+θι+θ2)。
[0025] 此時，接收信號與兩個基準(zhǔn)信號進(jìn)行乘法運算，其表達(dá)式分別為:（Μ+?32)Μη(ω?+θ1+ Θ2) Xsin( ω t+β)和(bi+b2)sin( ω?+θχ+θ〗）Xcos( ω t+β);上述表達(dá)式進(jìn)行三角積化和差變換 后，得到

[0026] 通過低通濾波模塊后，保留了上式中的低頻部分的信號：% - ?和
中至少有一路信號 經(jīng)過信號放大后的值會很大，這樣中央控制單元通過AD模塊采集的數(shù)據(jù)就可以知道此時有 產(chǎn)品通過檢測區(qū)域。
[0027] 這時，除法器通道和平方根通道中信號的表達(dá)式分別為：?&η(θ1+θ2-β)和^從 之前的描述可知道tan(01+02-0)矣〇或者此時，裝置識別出鋁箱包裝的產(chǎn)品中混 有金屬異物，于是產(chǎn)生報警信號，檢出混入有金屬顆粒異物的鋁箱包裝類產(chǎn)品。
[0028] 本發(fā)明的特點是:對檢測信號通過數(shù)字電位器控制的移相器和幅值調(diào)節(jié)器，對接 收到的檢測信號進(jìn)行自動平衡，提高了檢測信號的可靠性，經(jīng)自動平衡的檢測信號通過檢 測信號處理模塊的乘法器、低通濾波器、除法器、平方根運算器、信號放大器、AD轉(zhuǎn)換器相應(yīng) 的信號處理，有效提高了本發(fā)明檢測裝置對鋁箱包裝類產(chǎn)品全金屬異物檢測的準(zhǔn)確性。本 發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，操作方便，檢測效果好，不僅能夠?qū)︿X箱包裝類產(chǎn)品的全金屬異物檢測，而 且還可用于對