食品金屬探測器

金屬探測器是一種專門用來探測金屬的儀器，除了用於探測有金屬外殼或金屬部件的地雷之外，還可以用來探測隱蔽在牆壁內的電線、埋在地下的水管和電纜，甚至能夠地下探寶，發現埋藏在地下的金屬物體。金屬探測器還可作為開展青少年國防教育和科普活動用具，當然也不失為一種有趣的娛樂玩具。專門用於肉類、菌類、糖果、飲料、糧食、果蔬、乳製品、水產品、保健品、添加劑和調味品等食品中鐵金屬以及非鐵金屬雜質檢測；化工原料、橡膠、塑膠、紡織品、皮革、化纖、玩具、醫藥、保健品、生物製品、化妝品、禮品、包裝、紙品中金屬雜質檢測。

基本介紹

• 中文名：食品金屬探測器
• 外文名：Food metal detector
• 原理：電磁感
• 功能：用於食品中鐵金屬檢測

概述

金屬檢測機有很多類型，最早的套用要追溯到第二次世界大戰期間，當時俗稱“探雷器”，利用地雷與周圍土壤的介電常數等物理特性的差異，引起探雷器輻射的微波電磁場發生畸變，通過檢測畸變場信號來判斷地雷的位置。

發展到今天，這類設備在各個不同領域發揮著作用，比如機場用的安檢門和手持的金屬探測裝置。

在工業上套用的金屬檢測機是一種用於排除金屬異物污染的精密檢測設備。

原理

食品金屬探測器套用電磁感原理來探測金屬。所有金屬包括鐵和非鐵都有很高的探測靈敏度。鐵磁類金屬進入探測區域將影響探測區域的磁力線分布，進而影響了固定範圍的磁通。非鐵磁類金屬進入探測區域將產生渦流效應，也會使探測區域的磁場分布發生變化。引發探測器發出鳴聲。探測器的精確性和可靠性取決於電磁發射器頻率的穩定性，一般使用從80 to 800 kHz的工作頻率。工作頻率越低，對鐵的檢測性能越好；工作頻率越高，對高碳鋼的檢測性能越好。檢測器的靈敏度隨著檢測範圍的增大而降低，感應信號大小取決於金屬粒子尺寸和導電性能。

工作原理

高頻振盪器由三極體VT1和高頻變壓器T1等組成，是一種變壓器反饋型LC振盪器。T1的初級線圈L1和電容器C1組成LC並聯振盪迴路，其振盪頻率約200kHz，由L1的電感量和C1的電容量決定。T1的次級線圈L2作為振盪器的反饋線圈，其“C”端接振盪管VT1的基極，“D”端接VD2。由於VD2處於正嚮導通狀態，對高頻信號來說，“D”端可視為接地。在高頻變壓器T1中，如果“A”和“D”端分別為初、次級線圈繞線方向的首端，則從“C”端輸入到振盪管VT1基極的反饋信號，能夠使電路形成正反饋而產生自激高頻振盪。振盪器反饋電壓的大小與線圈L1、L2的匝數比有關，匝數比過小，由於反饋太弱，不容易起振，過大引起振盪波形失真，還會使金屬探測器靈敏度大為降低。 振盪管VT1的偏置電路由R2和二極體VD2組成，R2為VD2的限流電阻。由於二極體正向閾值電壓恆定（約0.7V），通過次級線圈L2加到VT1的基極，以得到穩定的偏置電壓。

顯然，這種穩壓式的偏置電路能夠大大增強VT1高頻振盪器的穩定性。為了進一步提高金屬探測器的可靠性和靈敏度，高頻振盪器通過穩壓電路供電，其電路由穩壓二極體VD1、限流電阻器R6和去耦電容器C5組成。 振盪管VT1發射極與地之間接有兩個串聯的電位器，具有發射極電流負反饋作用，其電阻值越大，負反饋作用越強，VT1的放大能力也就越低，甚至於使電路停振。RP1為振盪器增益的粗調電位器，RP2為細調電位器。

探測金屬

調節高頻振盪器的增益電位器，恰好使振盪器處於臨界振盪狀態，也就是說剛好使振盪器起振。當探測線圈L1靠近金屬物體時，由於電磁感應現像，會在金屬導體中產生渦電流，使振盪迴路中的能量損耗增大，正反饋減弱，處於臨界態的振盪器振盪減弱，甚至無法維持振盪所需的最低能量而停振。如果能檢測出這種變化，並轉換成聲音信號，根據聲音有無，就可以判定探測線圈下面是否有金屬物體了。振盪檢測器 振盪檢測器由三極體開關電路和濾波電路組成。開關電路由三極體VT2、二極體VD2等組成，濾波電路由濾波電阻器R3，濾波電容器C2、C3和C4組成。在開關電路中，VT2的基極與次級線圈L2的“C”端相連，當高頻振盪器工作時，經高頻變壓器T1耦合過來的振盪信號，正半周使VT2導通，VT2集電極輸出負脈衝信號，經過π型RC濾波器，在負載電阻器R4上輸出低電平信號。當高頻振盪器停振盪時，“C”端無振盪信號，又由於二極體VD2接在VT2發射極與地之間，VT2基極被反向偏置，VT2處於可靠的截止狀態，VT2集電極為高電平，經過濾波器，在R4上得到高電平信號。由此可見，當高頻振盪器正常工作時，在R4上得到低電平信號，停振時，為高電平，由此完成了對振盪器工作狀態的檢測。 音頻振盪器 音頻振盪器採用互補型多諧振盪器，由三極體VT3、VT4，電阻器R5、R7、R8和電容器C6組成。互補型多諧振盪器採用兩隻不同類型的三極體，其中VT3為NPN型三極體，VT4為PNP型三極體，連線成互補的、能夠強化正反饋的電路。在電路工作時，它們能夠交替地進入導通和截止狀態，產生音頻振盪。R7既是VT3負載電阻器，又是VT3導通時VT4基極限流電阻器。R8是VT4集電極負載電阻器，振盪脈衝信號由VT4集電極輸出。R5和C6等是反饋電阻器和電容器，其數值大小影響振盪頻率的高低。互補型多諧振盪器的工作原理 接通電源時，由於VT3基極接有偏置電阻器R1、R3而被正向偏置，假設VT3集電極電流處於上升階段，VT4基極電流隨之上升，導致VT4集電極電流劇增，VT4集電極電位隨之迅速升高，由VT4輸出的電流通過與之相連的R5向C6充電，流經VT3的基極入地，又導致VT3基極電流進一步升高。如此反覆循環，強烈的正反饋使得VT3、VT4迅速進入飽和導通狀態，VT4集電極處於高電平，使多諧振盪器進入第一個暫穩態過程。隨著電源通過飽和導通的VT4經R5向C6充電，當VT3基極電流下降到一定程度時，VT3退出飽和導通狀態，集電極電流開始減小，導致VT4集電極電流減小，VT4集電極電位下降，這一過程又進一步加劇了向C6充電電流迅速減小，VT3基極電位急劇降低而使VT3截止，VT4集電極迅速跌至低電平，多諧振盪器翻轉到第二個暫穩態。多諧振盪器剛進入第二暫穩態時，先前向C6充電的結果，其電容器右端為正，左端為負，C6右端對地為低電平，由於電容器C6兩端電壓不能躍變，故VT3基極被C6左端負電位強烈反向偏置，使兩隻三極體在較長時間繼續保持截止狀態。在C6放電時，電流從電容器右端流出，主要流經R5、（R8）、R9、VT5發射結入地，又經過電源、R6、R1、R3流回電容器C6左端。直到C6放電結束，電源繼續通過上述迴路開始對C6反向充電，C6左端為正。當C6兩端的電位上升至0.7V，VT3開始進入導通狀態，經過強烈正反饋，迅速進入飽和導通狀態，使電路再次發生翻轉，重複先前的暫穩態過程，如此周而復始，電路產生自激多諧振盪。從電路工作過程可以看出，向C6充電時，充電電阻器R5電阻值較小，因此充電過程較快，電路處在飽和導通狀態時間很短；而在C6放電時，需要流經許多有關電阻器，放電電阻器總的數值較大，因而放電過程較慢，也就是說電路處於截止時間較長。因此，從VT4集電極輸出波形占空比很大，正脈衝信號的脈寬很窄，其振盪頻率約330Hz 。功率放大器 功率放大器由三極體VT5、揚聲器BL等組成。從多諧振盪器輸出的正脈衝音頻信號經限流電阻器R9輸入到VT5的基極，使其導通，在BL產生瞬時較強的電流，驅動揚聲器發聲。由於VT5處於開關工作狀態，而導通時間又非常短，因此功率放大器非常省電，可以利用9V積層電池供電。

結構組成

典型的金屬檢測系統由下列四種主要部件構成：

檢測頭

檢測機線圈或者稱為檢測頭，內置“平衡式線圈”，三個線圈纏繞在非金屬框架或成型器上，各線圈之間完全平行，中間的線圈（發射線圈）通高頻電流產生磁場。位於中間線圈兩側的兩個線圈為接收線圈。由於這兩個線圈完全相同，並且與發射器保持相同間距，因此其感應電動勢完全相同。當這些線圈反向連線時，電動勢相互抵消，從而形成“零輸出”，即達到平衡狀態。然後用水泥灌注，確保在沒有產品通過時，磁場屬於動態平衡的狀態，而不受比如溫度變化、振動、電磁干擾等外部環境的影響。檢測時產品相繼穿過三個線圈，如果包含金屬異物，磁場的平衡將被打破，產生感應電流，從而檢測各種金屬異物。

控制臺

用戶界面/控制臺，常見的包括觸控螢幕式和按鍵式，一般直接安裝在檢測頭上。但是，如果檢測頭過小，或被安裝在交通不便或無法進入的地點時，可使用連線電纜遠程安裝。

傳輸系統

傳輸系統，用於使產品通過開口，最為常用的傳輸裝置為水平傳送帶式，同時針對不同的產品套用，可以選擇重力下落式（管道中傳輸的粉末或者顆粒）、水平管道式（液態和流體）以及製藥行業常用的塑膠導槽。

自動剔除系統

自動剔除系統，用於將任何受感染的產品剔除出生產線，通常安裝在傳輸系統上。有多種不同類型，包括吹氣式、推桿式、翻板式等。剔除系統的類型將取決於需要檢測的產品。

套用

主要用於:醬料、香腸、水餃、火腿、湯料、糖果、醃製食品、鹽漬食品、快餐食品、食品添加劑、澱粉、葡萄糖、菸草、鮮肉、奶製品等行業，適合具有較強的產品效應的產品檢測及對探測靈敏度、抗干擾能力及防水要求極高的其他行業，用於檢測夾雜或失落於食品、原料或產品中的斷針、鐵絲或鉛、銅、鋁、錫、不鏽鋼等各種金屬。

調試與操作

金屬探測器電路除了靈敏度調節電位器外，沒有調整部分，只要焊接無誤，電路就能正常工作。整機在靜態，也就是揚聲器不發聲時，總電流約為10mA，探測到金屬揚聲器發出聲音時，整機電流上升到20mA。一個新的積層電池可以工作20～30小時。

新焊接的金屬探測器如果不能正常工作，首先要檢查電路板上各元器件、接線焊接是否有誤，再測量電池電壓及供電迴路是否正常，穩壓二極體VD1穩定電壓5.5～6.5V之間，VD2極性不要焊反。探測碟內振盪線圈初次級及首尾端不要焊錯。 金屬探測器使用前，需要調整探測桿的長度，只要將黑膠通旋鬆，推拉膠通套管至適宜的長度，再旋轉膠內通管，使電纜線繞緊，並使手柄尖端朝上，最後將黑膠通旋緊，鎖住膠通套管。這樣，手握探測器手柄時，大拇指正好緊挨靈敏度調節電位器。

調整金屬探測器靈敏度時，探測盤（振盪線圈）要遠離金屬，包括帶鋁箔的紙張，然後旋轉靈敏度細調電位器旋鈕（FINE TUNING）打開電源開關，並旋轉到一半的位置，再調節粗調電位器旋鈕（TUNING），使揚聲器音頻叫聲停止，最後再微調細調電位器，使揚聲器叫聲剛好停止，這時金屬探測器的靈敏度最高。用金屬探測器探測金屬時，只要探測碟靠近任何金屬，揚聲器便會發出聲音，遠離到一定位置叫聲自動停止。