金属检测范文第1篇

关键词：检测膨润土； 重金属； 兽用药品； 饲料添加剂

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2012）07-177-001

一、前言

随着对重金属元素给动植物和人体生理活动造成损害的研究进一步深入，兽用药品和饲料添加剂的安全问题逐步被广泛关注。检测原辅料中重金属的量对于制定合理的质控标准，进而控制和提高药物制剂的内在质量具有重要意义。

膨润土是一种以蒙脱石为主要组成的粘土，俗称白粘土。除含大量的硅铝化合物外，还含有磷、钾、钠、铜、镁、锌等十余种畜禽所需的矿物元素。这些元素是酶、激素等生物活性物质的组成成份，能使酶、激素的活性或免疫性能发生明显变化；膨润土可延缓饲料通过消化道的速度，从而使畜禽能更有效地利用养份，提高吸收率；它还是一种缓冲剂，加入到反刍动物育肥口粮中，可以控制由于喂高精料口粮引起的瘤胃内酸碱值降低的情况，改善瘤胃环境。所以，添加适量膨润土喂畜禽，对于增重、提高畜禽成活率和饲料利用率都有明显效果[1]。膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，目前主要作为一种饲料或兽药辅料使用，用量较大，《中国兽药典》2010版没有进行收录。为了保证产品的质量，本文作者参照《中国兽药典》2010版附录中重金属第一法，探索了膨润土重金属量的检测方法。利用这种方法能够较准确地测定试验条件下，与硫代乙酰胺或硫化钠作用显色的金属杂质的量。

二、实验部分

1.试剂与仪器

1.1样品来源：购于张家口的三批样品。梅特勒BP201S电子天平。25ml纳氏比色管、澄明度检测仪。硝酸、硝酸铅为分析纯，水为重蒸水。

2.实验方法

2.1膨润土的前处理：称取2.00g的膨润土两份，分别加入稀盐酸10ml，待反应完全后，再加人5ml的注射用水，放到电炉子上加热至沸腾1分钟后，取下，放冷。因所得溶液本身比较粘稠，不能直接用滤纸过滤，我们采取离心的方法对其进行分离（转速50转/分，10分钟）。取分离所得上清液过滤到25ml纳氏比色管中，加一滴酚酞指示剂，用氨试液调至溶液显淡粉红色，此时，出现絮状混悬物，用滤纸分别过滤到两个新的25ml纳氏比色管中作为乙管和丙管。

2.2标准铅溶液的制备：称取硝酸铅0.1599g，置1000ml容量瓶中，加硝酸5ml与水10ml溶解后，用水稀释至刻度，摇匀，作为储备液。临用前，精密量取储备液10ml置100ml容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，即得[2]。

2.3实验1：另取一25ml纳氏比色管作为甲管，分别在甲管和丙管中加入1ml标准铅溶液，在甲、乙、丙三管中分别加入2ml的醋酸盐缓冲液(PH3.5)。为了消除高铁盐的影响，在3管中分别加入维生素C0.5g，用水定容至25ml。最后在甲、乙、丙三管中分别加入2ml的硫代乙酰胺试液，摇匀，放置2分钟后同置白纸上自上而下透视。结果为丙管深于甲管，乙管也深于甲管，由此可知本批膨润土中重金属的量大于5ppm。

2.4实验2：根据上述方法，重新试验，不同的是在甲管和丙管中分别加入2ml标准铅溶液，结果为丙管深于甲管，乙管浅于甲管，由此可知本批膨润土中重金属的量小于10ppm。

2.5实验重现性：利用实验2检验方法，取采购的三批膨润土，每批取3个样，进行平行试验。结果均为丙管深于甲管，乙管浅于甲管。

三、结论

根据试验数据可以得出膨润土采用本实验方法可以较精确的定性膨润土中重金属的量在5ppm-10ppm之间。但膨润土的来源不同，本文作者未对其它产地的膨润土进行重金属限度检测，没有进行比较，不能确定其它产地膨润土的实际重金属限度，此作为今后一个研究项目进行开展。通过运用本文膨润土重金属检测方法进行检测，可以从生产的源头做好质量控制，更好地保证兽药和饲料药品的质量。

参考文献：

金属检测范文第2篇

关键词：金属材料；物理性能检测；发展方向

金属材料是人类文明和社会发展过程中最重要的物质类原料，使用物理机能可以准确检测出由金属材料所制造出的产品的质量问题。新型金属材料被广泛应用于建筑工程的基础建设当中，由于金属材料具有的特殊性，导致金属材料在物理技能的检测中经常出现在特殊性的影响下导致检测结果的不准确，为了避免物理机能检测的影响，我们可以根据金属材料自身的特殊性，采取另一种科学范例内的测试方法，或者是使用另一个办法，直接对测试仪器进行检测，在对金属材料进行检测工作前，一定要确定检测仪器的完好，检测机器设备会直接影响金属材料的检测结果。

1金属材料发展现状及物理性能监测分析

1.1金属材料的发展现状

金属材料作为人类推动社会发展的重要载体之一，作为原料在人类的生产生活中已经被广泛应用，金属材料作为原料具有以下等特征，金属材料本身具备高弹性的模量，金属材料具有高强度的韧性，金属材料的强度硬度是其他同类原料所无法比拟的，在当代金属材料科学的不断成长下金属材料在所有材料的范畴中占据了非常非常重要的位置，在现实中，最常见的金属材料应用的领域有航天航空以及建筑工程等行业。在材料采购市场中，金属材料有着最为明显的优势和官阔的发展前景，在建筑工程产业未来的发展中，不论是政府部门还是科研机构都要对金属材料在今后发展中的重要地位又一个全新的认识，金属材料未来的发展会结合科研机构，教育事业和生产加工，在未来的发展中金属材料会更主动有关前沿技术的相关发展，提高生产效率和降低成本另一个具有特殊的社会效益和企业效益是废金属同收，废金属同收的最大特点是金属可以继续循环使用。

1.2利用拉伸实验进行金属材料的物理机能测试

拉伸实验是将高温、低温及室内温度当做辅助，利用温度展开对金属材料的物理机能测试，拉伸实验是物理机能测试过程中非常重要的一个测试过程，拉伸实验就是依靠由金属材料所制造的产品在温度相对稳定的条件下进行的检测实验，在实验中可以检测出金属材料的拉伸性质。

1.3利用力弯曲实验进行金属材料的物理机能测试

力弯曲实验也被叫做弯曲试验，这个实验主要针对金属材料疲劳性进行检测，在检测过程中，利用蛮力将金属材料拉扯至弯曲，然后再通过物理机能对已经弯曲的金属材料进行监测工作。

1.4利用硬度测试实验进行金属材料的物理机能测试

硬度测试实验相比以上两种实验来说操作相对简单，对金属材料的硬度进行测试通常这个过程都被放在弯曲实验的后面，测试的过程中，我们可以通过任何手段对金属材料的硬度进行检测，在测试后交由物理机能对硬度测试后的数据进行相应的分析。

1.5利用冲击测试实验进行金属材料的物理机能测试

测试的最后一步是同样依靠温度进行测试的冲击测试实验，冲击测试的方法同拉伸测试基本相同，同拉伸测试类似，冲击测试和拉伸测试都是通过改变温度来进行实验，金属材料的物理性能测试还有剪切测试及杯突试验。

2国内物性测试技术的现状

2.1密度测量

从学科性质来讲，物性测试是一个涉及广泛的领域，其各组成部分都是各自不同的以及其独有的理沦基础和测试原理，并有着自己的发展路线。下面将介绍国内物理性能检测技术。下面就是对这方面作一些简要的介绍密度是材料最基本的物理性质，材料的致密程度是产品质量或工艺考核的主要技术指标密度测量对粉末冶金制品更有着特殊重要的意义

2.2热膨

胀测量热膨胀系数测量的关键在于放大和检测微小的热膨胀量.有各种各样的方法，如:千分表法、机械杠杆法、光杠杆法等等。目前国内使用的膨胀仪主要有两种:光杠杆膨胀仪和差动变压器膨胀仪大多从国外引进的

2.3热容测量

测量热容量是滴水型卡计法的经典方法，样品被加热到一个温度测量，稳定性，突然下降到低于在热炉冷却过程中，将热量传递给被加热介质。如果介质受热后的反应样品的释放可以根据反应得到。的热量并计算热容.目前最可靠、最通用的中最薄弱的环节之一。也仍然是这个方法只是在技术上有了很大的改进

3物性测试的发展动向

3.1加强方法对试样规格的适应性

材料的发展过程中研发人员不断地对金属物理实验技术提出新的要求，而当代物理学的发展更是体现出了这种研究方向，适当提高物理测试中金属的灵敏值以及精准度可以使测试方法变得更加高效，打个比方：横担材料通常被用在机械的滤波器中，在滤波器中时横担通常能达到温度的4-8/K量级，横担通常都是采用共振发进行温度的测量。我们假设用作测试用的横担共振的频率为106-109Hz量级，温度变化为五十度，则可以得出最终的变化至少零点几赫，因此，国内精密合金系统通常选用抗干扰能力特别强的静电法，并根据静电法研制出了与之相对应的测试仪，最终让检测所得出的数据拥有足够的有信服力度。

3.2测试技术的徽机化工业检测要求

提高测试效率，材料研究常常要求按一定程序控制试验过程。现代计算机技术的应用，使这些成为可能一些优势。不仅仅是在物性测试技术中使用微机还有着深远的意义:目前大部分测试方法，为了得到一个简明的计算公式，对物理模型提出了苛刻的要求，比如说传热测量，为了形成一定的热流图象，往往给装置设计、条件控制和操作技术带来了一系列的难题。现代计算机技术的应用的不断发展，使得了过去很多人们觉得不可能处理的数学问题成为可能，因而有可能降低简化物理模型的要求。

4结论

金属材料的发展和应用带动着我国社会和经济的双面发展，可是，由于金属材料中具有不确定因素的特殊性，因此，利用物理机制对金属材料进行考核般的检测是保证金属材料产品质量的一个必要手段。为检测金属材料，保障金属材料的质量问题，在金属材料未来的发展中我们要为其建立一个具有完善措施的检测标准体系，并不断针对金属材料的检测工作进行研究，不断提升金属材料的检测水平，保证检测方式的科学有效，并确保检测结果的准确。

参考文献

[1]申文君，蒋敬，刘海林.纳米材料的无酶催化放大策略在电化学生物传感器中的应用研究[D].重庆：西南大学,2016(9).

[2]马丽霞，董俊伟，陈红.建筑工程材料试验检测技术的重要性和具体措施探讨[J].建筑工程技术与设计,2016(6).

金属检测范文第3篇

【关键词】食品；重金属；检测；方法探讨

重金属已成为人们长期广泛关注的环境污染物。重金属污染有隐蔽性、长期性和累积性等特性，重金属不但在环境中长期存在，而且还能通过食物链累积并贮存于生物体内，从而严重影响人畜健康，且毒害效应难以察觉。因此，快速测定生物体、食品及各种环境介质中的痕量重金属显得尤为重要。

1 样品前处理

在样品中，重金属一般以化合态形式存在。因此，在检测时需要对样品进行前处理使重金属以离子状态存在于试液中才能进行客观准确地分析。此外，样品的前处理是为了去除干扰因素，保留完整的被测组分，或使被测组分浓缩。传统的方法主要有湿法消化和干法灰化。湿法消化是在适量的食品样品中加入硝酸、高氯酸、硫酸等氧化性强酸，结合加热来破坏有机物。干法灰化是在高温灼烧下使有机物氧化分解，剩余的无机物供测定。二者虽到可以达到一定的效果，但也各有缺陷。

微波消解作为样品分析的新技术，由于具有消化样品能力强、速度快、消耗化学试剂少、金属元素不易挥发损失、污染小及空白值低等优势，一次样品处理后就可同时测定几种元素。通常取很少量即可达到分析的灵敏度。现在已经被广泛应运于检测技术当中。

2 检测方法

2.1 新型检测技术

2.2.1 酶抑制法

酶抑制法测定重金属的基本原理就是重金属离子与形成酶活性中心的巯基或甲巯基结合后，改变了酶活性中心的结构与性质，引起酶活力下降，从而使底物―酶系统中的显色剂颜色、pH、电导率和吸光度等发生变化，这些变化可直接通过肉眼或借助于电信号、光信号等加以区别。与传统的重金属分析方法相比，酶抑制法具有快速、简便、对所分析的样品需要量少等优点，受到国内外学者的关注。目前用于痕量重金属测定的常用酶有脲酶、过氧化物酶、黄嘌呤氧化酶、葡萄糖氧化酶、丁肽胆碱脂酶和异柠檬酸脱氢酶等。由于脲酶廉价易得，故使用最广泛。

2.2.2 免疫分析法

免疫分析法是一种具有高度特异性和灵敏度的分析方法， 重金属离子的免疫检测按照抗体的种类，可分为多克隆抗体免疫检测和单克隆抗体免疫检测，后者又有间接竞争性ELISA一步法免疫检测。

用免疫分析法对重金属离子进行分析，首先必须进行两方面的工作：第一是选用合适的络合物或其它化合物与金属离子结合，使其获得一定空间结构，从而产生反应原性；第二是将结合了金属离子的化合物连接到载体蛋白上，产生免疫原性，其中与金属离子结合的化合物的选择是能否制备出特异性抗体的关键。Wiley DE等最先用谷胱甘肽-Hg复合物免疫小鼠制备了2株对Hg（Ⅱ）有特异性的单克隆抗体4A10和1F10。酶联免疫吸附实验（ELISA）表明，对两株抗体汞的解离常数分别为2.3nmol/ L和3.7nmol/L ，谷胱甘肽、其它金属阳离子和抗体均不发生交叉反应。Blake DA等发现，金属络合物也可以被用来作免疫动物制备金属的特异性抗体，因此只需要少数几种络和剂就可完成多数重金属离子单克隆抗体的制备和样品的免疫分析。但是，金属离子单克隆抗体的制备非常困难，而较容易制备的多克隆抗体又难以满足对金属离子的特异性要求，这在很大程度上限制了汞等重金属离子的免疫分析方法的研究与发展。

但是，免疫分析法检测速度快、灵敏度高、选择性强，可作为重金属快速检测的方法。近年来，重组单克隆抗体建构技术的进步为免疫法提供了广阔的应用前景。筛选特异性好的新型螯合剂、单克隆抗体都将是今后的发展方向。

2.2.3 生物化学传感器

生物传感器利用生物识别物质与待测物质结合，通过信号转换器转变为可输出的光、电等信号。它可分为酶传感器、微生物传感器、特异性蛋白生物传感器。

（1）酶传感器。如Tadeusz等将脲酶包埋在pH敏感铱氧化电极表面的PVC膜上，通过将反应系统电势下降的初始速率（与酶初始反应速率成正比）转化为抑制率来检测汞和其它重金属离子。不同形态的汞离子如Hg（NO3）2、HgCl2、PhHgCI、Hg2（NO3）2等抑制效应不同，其中无机汞的检测范围可达0.05-1.0umol/L。

（2）微生物传感器。最近科学家们在污染区分离出一种能够发荧光的细菌，此种细菌含有荧光基因，在污染源的刺激下能够产生荧光蛋白，从而发出荧光。随着发酵工程和微生物固定化技术的发展，可通过遗传工程的方法将这种基因导入合适的细菌内制成微生物传感器，用于环境重金属监测。目前已经成功设计了一个完整的、基于固定化微生物和生物体发光测量技术上的重金属离子生物有效性测定的监测和分析系统，将弧菌属细菌体内的一个操纵子在一个铜诱导启动子的控制下导入产碱杆菌属细菌中，细菌在铜离子的诱导下发光，发光程度与离子浓度成正比；将微生物和光纤一起包埋在聚合物基质中，可获得灵敏度高、选择性好、测量范围广、储藏稳定性强的生物传感器。

（3）特异性蛋白生物传感器。金属离子与固定在电极材料上的特异性蛋白结合后，蛋白构象发生变化，通过灵敏的电容信号传感器可以定量检测这种变化。这就是特异性蛋白生物传感器的基本工作原理。如汞离子可与特异性的汞离子结合调控蛋白MerR。此外，汞、铜、镉、锌、铅等重金属离子可与金属硫因SmtA结合。Bontidean I等利用蛋白质工程技术在大肠杆菌中过量表达了MerR和GST-SmtA蛋白。纯化后的蛋白固定在以自组织形式化学修饰了硫醇的金电极表面，作为工作电极。通过一个流动分析系统，对样品中的金属离子进行了检测。

2.3 试纸法

在重金属检测的方法中，化学显色反应应用较为广泛，主要通过重金属离子与显色剂发生显色反应进行重金属含量的检测。这些方法与试纸、检测管、试剂盒等结合后，可对重金属进行快速检测。

利用重金属与试剂发生化学反应的原理，用纤维类滤纸作为反应载体，可由试纸上的颜色变化分析重金属含量。目前，应运于食品中的试纸主要有镉试剂试纸法，可以用来检测食品中镉的含量。

3 小结

近年来重金属快速检测的方法发展迅速，在重金属快速检测与筛查方面发挥了很大的作用，但还需进一步改进和完善。目前，重金属检测仍然存在以下不足：①忽略了对有益重金属的测定。比如锗能提高人体免疫力，可治疗癌症和心血管疾病，还具有抗衰老的作用。在日后工作中应做到二者兼顾。②忽略了对重金属元素的不同价态分别进行测定。如三价砷虽有毒，但一定剂量的三氧化二砷可以用于治疗急性早幼粒细胞白血病，对慢性白血病、恶性淋巴瘤、多发性骨位瘤、神经母细胞瘤及各种实体肿瘤都有显著疗效，这方面的工作还有待进一步的研究。③不容忽视样品中其它物质对测定的影响。因此，也应该建立相应的防治政策。如：建立食品安全监测、管理监督和应急机制；开展重金属低积累蔬菜品种筛选；建立快速、高效、高灵敏检测方法。

重金属检测是一项长期的工作，需要我们每一个人的努力，才能尽可能减少重金属的污染问题。

【参考文献】

[1]吕彩云.重金属检测方法研究综述[J].资源开发与市场，2008，24（10）：887-890.

[2]杨一刚.食品中重金属元素检测方法的研究[J].科技情报开发与经济，2008，31（18）：217-218.

[3]翟慧泉，金星龙，岳俊杰，等.重金属快速检测方法的研究进展[J].湖北农业科学，2010，49（8）：1995-1997.

金属检测范文第4篇

【关键词】磁性矿物；金属检测；自动除铁；技术；系统；工作原理；结构

在选矿厂的发展中，各种新技术得到了广泛地应用，并取得了显著的成效，特别是对于非磁性矿物中混入的铁件的清除技术日趋成熟，但是对于磁性矿物中的金属检测以及自动除铁成为选矿厂发展的瓶颈，因此需要借助先进的技术对磁性矿物的金属检测以及自动除铁进行研究，进而为选矿厂的发展提供有力的技术支持和保证，进而提高选矿厂的经济效益。在不断的实践中，出现一系列的金属检测和自动除铁的装置，对于除铁起到了积极的促进作用。

1 金属检测和自动除铁装置

在选矿厂的发展中，应用比较广泛的是平行回收式除铁器，该装置的显著优点是将吸铁、分离、回收、弃铁等环节的工作融于一体，进而提高了工作的连续性，并且提高了工作的效率。

1.1 工作原理分析

在平行回收式除铁器的金属探测器是借助传感线圈进行工作，直流电源转换为高频的电流，进而提供了一个高频的磁场。在高频磁场中，一旦有金属通过，就会产生漩涡，进而消耗高频磁场的能量增加了高频电流。与此同时，直流电流也会随着高频电流的增加而增加，并在导致了电阻的压降，压降信号被时间微分，处理电路仅使变化的成份在放大回路中放大，被放大的输出信号送到控制回路，

产生控制信号。控制信号控制驱动电路输出，使本机报警指示输出、外接输出同时动作。

该装置主要是用于选矿厂的金属检测以及自动除铁，因此主要包括金属检测器、自动除铁器以及自卸式弃铁料等组成。

1.2 工作流程分析

在借助平行回收式除铁器的过程中，当有铁件进入时，金属检测器便会发出相应的信号，然后其他除铁装置就会进入运作，进而从事除铁的工作，主要步骤如下：在除铁装置的前方有一个强磁区，可以对材料中混入的钢铁件进行吸附，然后借助外部的循环传动皮带将吸附的铁件和磁性材料带到弱磁区，进而实现磁性物质与铁件的分离，这样导磁性差的物质便会受到弱磁性、振动力以及重力的综合作用下，掉落到传动皮带上。然后钢铁件在传动皮带的带动下，进入到后部的辊筒，铁件在失去磁性的情况下，进入到倾斜的自卸式弃铁料斗，除铁工作完成。从平行回收式除铁器的工作流程来看，每一个环节的工作是环环相扣的，有着很大的连续性，只要是保证铁件存在，便可以进行连续的除铁工作，大大地提供了除铁工作的效率和自动化。

2 磁性矿物金属检测和自动除铁新技术的应用

鉴于磁性矿物金属检测和自动除铁技术对于选矿厂的发展起着不可忽视的作用，因此需要加强对技术的研究，根据选矿厂的实际，按照一定的规范，进行技术的应用，为选矿厂的发展奠定技术支持。

2.1 金属检测和除铁装置的正确安装

对除铁装置的正确安装是选矿厂进行除铁工作的基础和前提，因此需要安装一定的规范进行安装。就金属探测器的安装而言，需要与除铁器保持一定的距离，进而确保金属探测器发出信号到金属块到达除铁器前电磁铁位置时，除铁器前电磁铁达到最大磁场强度，同时保证除铁器能够有足够的磁性对检测到的铁件进行吸附。与此同时，金属探测器还要安装在两个槽型托辊中间，并且将其与前后托辊控制在6米的间距，并保持金属探测器工作过程中的振动影响降到最低，因此需要借助金属探测器的控制箱，最大限度的缩短传感器的信号电缆。对于除铁器的安装，需要控制电磁铁底部和皮带底部的有效距离，同时要结合区磁场的强度来进行合理的设计，因为磁场强度对除铁效果有着较大的影响，必须确保除铁的效率的最大化。

2.2 控制设计和改进

为了提高磁性矿物金属探测以及自动除铁技术的利用率，需要依靠一定的控制系统，即电气连接和控制接口、除铁器控制接口。因此在对控制系统进行设计时，要加强对强度回路控制、手自动切换、漏电检测保护、电磁铁线圈保护等多个系统，同时还要根据磁性矿物的粒度以及其矿物特征，对微处理器的控制软件进行设计，进而对工作环节进行有效的精确度控制。在对技术进行系统控制时，需要加强对除铁器的有效控制，一般而言要根据磁性矿的特征，借助微处理器的单片机进行控制。 其次，要对控制软件进行不断的调试和修正，进而达到修改的目的，这样当金属探测器检测到铁件时，可以对除铁器的运作情况进行全面的把握。在除铁器所携带的矿量最少时，若金属探测器的错误动作增多，控制系统会对系统的运行情况进行警告，这样工作人员就会对金属检测器的灵敏度进行检验，进而对数值进行重新的设定，进而满足矿石除铁的需求。可见，通过借助控制软件的设计，可以对装置的运行情况进行全面的了解，及时对参数进行设定，大大的提高了工作的准确度和效率，在选矿厂得到了广泛的应用，发挥了重要的作用。

3 结束语

在金属探测和自动除铁技术的应用中，已经逐渐形成一个完善的系统，大大地提高了对金属探测的准确性和除铁的效率，因此对选矿厂的发展起到了积极的促进作用。凭借着金属探测和自动除铁技术的优势，特别是应用的合理性、准确性、可靠性和可操作性等优势，进而实现了对除铁设备的保护，这样就大大的降低了除铁和金属检测的成本，提高了工作的效率，同时也使得工人的劳动强度也很大程度的降低，进而推动了选矿厂的可持续发展。

参考文献：

[1]李长利，王博，叶正文，陈海宗.平行回收式除铁系统在炼铁厂的应用[J].冶金设备，2009（03）.

金属检测范文第5篇

关键词:金属检测;单片机;数据采集;A/D转换;抗干扰

中图分类号:TP368.1文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)04-183-04

Research on Metal Detector System of Single chip Microcomputer

YIN Jianguo

(Hefei General Machine Institute,Hefei,230031,China)

Abstract:Simulation circuit and numeric circuit are often used for conventional metal detector system to process simulating and numeral converting,the interference signal appears in the following processing circuit when gathering data,which shows the poor feature for anti-interference of this system.However,A/D data acquisition system that controlled by single chip microcomputer can eliminate the affection caused by interference effectively,decrease times that metal detector make alarming,and enhance the metal detector sensitive.This circuit has been utilized well in metal detective devices.Now,metal detector has been the key important device in the industries such as airport,food,medicine,wood,tobacco,plastic,rag trade and chemistry and son on.

Keywords:metal detection;single chip microcomputer;data acquisition;A/D conversion;anti-interference

收稿日期:2009-09-24

0 引 言

金属检测器最早是由探雷器等军用设备发展而来,现代很多工业生产加工企业,如食品、医药、木材、烟草、橡胶、塑料、化工等,其加工的原材料中不允许混杂有金属杂物,否则会危及人体健康、降低产品质量,损坏机器设备。金属检测器就是用于检测各种非金属不导电材料中的金属杂物,从而保证生产加工产品的质量和保护机器设备及人身的安全。早期的军用探雷器是通过声音来判断地下是否有金属,这种方法必须要有非常专业的人员来做出判断,不是很直观;现在金属检测器是直接判断有或没有金属且灵敏度可调,这两者之间就有本质的区别。

1 金属检测器系统概述

金属检测器是利用控制器内部的振荡器向传感器发送一定频率的交流电压,使传感器检测窗口内产生一个中频稳幅磁场。当移动金属通过传感器检测窗口时,稳幅磁场受到金属扰动,于是产生一个微弱的变化信号,经过控制器内部电路采集放大、A/D变换、CPU处理,判断是金属后,发出报警信号同时CPU通过驱动电路对输送机发出停止指令,达到检测金属杂物的目的。

采用单片机控制的A/D数据采集电路能有效的排除干扰信号带来的影响,减少了金属检测器误报警的次数,提高金属检测器的灵敏度。该套电路已在实际应用中得到了很好的证实。

金属检测器系统由下列部分组成,如图1所示。信号发射放大单元、信号接收单元、A/D数据采集、CPU信号处理单元、输出单元、驱动单元。

图1 金属检测器系统的组成

信号发射是由石英晶体正弦波震荡电路发出一定频率的信号经过一系列的放大处理输送到传感器内部形成一个中频稳幅磁场。信号接收是通过传感器内部线圈接收到这个电磁场信号经过A/D数据采集转化成一个电压信号,送入CPU处理。当此电压信号有变化时,CPU立即启动判断程序,判断是否有金属通过,如是金属CPU将输出信号到驱动单元,让输送机停止输送或启动剔除装置进行剔除金属作业;如不是金属CPU将继续等待下一个电压信号变化。通过事先编制好的程序,区别金属信号和干扰信号的特点,就能有效区分是金属信号还是干扰信号。

2 A/D数据采集

由CPU控制的A/D数据采集是该套检测系统中的核心,其作用就是将从接收单元接接收到的电磁场信号由模拟信号转换成适合于数字处理的二进制数。系统中CPU采用Atmel公司生产的AT89C52芯片实现A/D转换系统。AT89C52与MCS-51单片机完全兼容,采用静态时钟方式,可以降低耗电量。其内部有FLASH存储器,在系统开发时可以十分容易地进行程序修改。而且在系统工作中,突然掉电也能有效地保存一些数据信息[1]。

A/D数据采集采用美国MAXIM近年的新产品MAX197芯片。MAX197是一款新型A/D转换芯片,采用逐次逼近工作方式,有标准的微机接口;12位高精度的A/D转换;转换时间为6 μs,100 KB/s采样速率;三态数据I/O口用作8位数据总线,数据总线的时序与大多数通用的微处理器兼容;全部逻辑输入/输出与TTL/CMOS电平兼容;多路输入错误保护,过压容限可达±16.5 V;八路模拟通道;可用软件选择内部或外部时钟;可选择两种低功耗工作方式,同时具有两种电压基准模式,本系统中采用外部电压基准模式,此模式需要+5 V的供电电压和2.5 V的基准电压[2]。

电源电路部分是通过线性稳压器MAX8875和电压基准芯片MAX6192来实现的。关于这两款芯片的特点限于篇幅在这里就不一一做介绍,下面将介绍金属检测系统中A/D数据采集的硬件和软件设计。

2.1 硬件电路设计

硬件电路设计分成三个模块:单片机模块部分的电路原理图、电源模块部分的电路原理图及A/D模块部分的电路原理图。单片机模块部分电路原理图如图2所示[3]。

由图2可以看出,单片机的P0.0~P0.7口与MAX197的D0~D7相连,单片机的P1.0脚和A/D芯片MAX197的中断输出脚INT相连。连接的目的是单片机通过查询此因脚的高低电平检测是否完成一次A/D转换;P1.1脚和MAX197的HBEN引脚相连,单片机通过设置此引脚可以读取12位数据的高低位;P2.0脚的作用是通过反相器74LS04向MAX197提供片选信号ADCS;START非为外部控制脚,它通过触发单片机的外部中断0启动A/D转换[4]。

电源模块部分的电路原理图如图3所示[5]。

图2 单片机模块部分的电路原理图

图3 电源模块部分的电路原理图[7]

A/D模块部分的电路原理图如图4所示。

图4 A/D模块部分的电路原理图

选择MAX197为软件设置低功耗工作方式,所以置SHDN脚为高电平。该系统采用内部基准电压,所以REF,REFDJ均通过电容接地。单片机的P2.1脚用作判断高、低位数据的选择线,直接与HBEN脚相连。因而读低8位时,MAX197的地址为OFCFFH,读高4位数据时,MAX197的地址为OFDFFH。MAX197的INT脚与用户接口中的XINT相连,作为转换识别信号,当数据转换完毕时,MAX197的INT脚产生中断信号,从而使处理器进入INT0中断处理程序进行一路转换数据的读入操作[6]。

2.2 软件设计

在金属检测环节中,必须不停地采集数据送入CPU中处理,以判断是否有金属通过传感器。在整个检测过程中A/D转换程序是最关键的一步。以下介绍MAX197芯片的A/D转换程序。

MAX197 A/D转换芯片的突出特点在于它的很多硬件功能都是利用内部控制字来实现的,如通道选择、模拟信号量程、极性等。它的输出数据方式有两种:一种是采用无符号二进制(单极性输入方式);另一种是二进制补码形式(双极性输入方式)。

在正确进行采集转换并读取数据之前,要正确设置控制字以及MAX197的各种控制信号。当CS和RD都有效时,HBEN为低电平,低8位数据被读出;HBEN为高电平,复用的高4位被读出,另外4位保持低电平(在单极性方式下),或另外4位为符号位(在双极性方式下)。该系统中,进行数据采集转换前需要对MAX197进行初始化,以便确定其采集转换的通道、量程和极性等各种参数。

2.2.1 MAX197控制字

MAX197控制字的PD1,PD0有两种,分别为时钟和低功耗模式。ACQMOD0为内部控制采集,ACQMOD1为外部控制采集;RNG选择输入端的满量程电压范围;BIP选择单极性、双极性转换模式;A2,A1,A0这三位是用于选择多路输入通道的地址。采用内部采集控制模式时,在WR的上升沿T/H进入跟踪模式,当内部定时采集过程结束时进入保持模式。

对于下降速率小于1.5 s的低阻输入源,在最大转换速率时能保证转换精度。在外部采集控制模式下,在第一个WR上升沿T/H进入跟踪模式;当检测到第二个WR的上升沿用D5=0时,进入保持模式。其输入量程及保护方式为:在VEF=4.96 V时,MAX197通过软件设置控制字的D3,D4位,可选择输入量程为±10 V,±5 V,0~10 V,0~5 V。MAX197控制字内容如表1所示[7]。

表1 MAX197控制字内容

D7(MSB)D6D5D4D3D2D1D0

PD1PD0ACQMODRNGBIPA2A1A0

2.2.2 A/D转换的控制与读取程序流程

为了提高程序编写效率,该系统采用目前广泛使用的MCS-51单片机高级语言C51作为软件开发工具[8]。

A/D转换的控制与读取程序流程如图5所示[9]。

图5 A/D转换程序流程图

2.2.3 A/D数据采集主程序说明

A/D数据采集主程序代码及其说明如下:

#include

#include

#define uchar unsigned char;//MAX197片外地址定义

uchar CH0DataL,CH0DataH;

#define adch0 XBYTE[0x0100]

sbit ADINT=P1^0;//MAX197片外地址定义

sbit HBEN=P1^1;//MAX197数据总线复用控制

#endif

main()

{

EA=1;

EX0=1;//打开外部中断0

While(1);//无限循环,等待外部中断0启动模/数转换

}

void int0svr(void) interrupt using 1;//外部中断0服务子程序;

{

EX0=0;//关闭外部中断0

Adch0=0x40;//向MAX197的控制字寄存器写入控制字0x40;

//PD1=0,PD0=1:正常工作,内部时钟模式;

//ACQMOD=0:内部控制采集;

//RNG=0,BIP=0:0~5 V测量范围;

//A2=A1=A0=0:测量通道为0号

While (ADINT!=0);//查询MAX197的中断输出ADINT,检测是否完成了

//信号的一次模/数转换

{

HBEN=0;//当转换完成时,先设置HBEN=0,即先读低位

}

CH0Datal=adch0;

HBEN=1;//设置HBEN=1,再读高位

CH0DataH=adch0;

HBEN=0;

EX0=1;//打开外部中断0

}

3 系统抗干扰措施

在A/D数据采集过程中,由于传感器安装现场电磁环境复杂,机电设备安装紧凑,电磁干扰强烈,这就要求在系统软件和硬件上都要采取一些抗干扰的措施。首先在硬件上做PCB设计时采用六层板设计技术,分别为布线和元件层、模拟地和±12 V电源层、数字地以及ECL的VCC信号层、模拟+5 V和数字+5 V和+3.3 V层、模拟-5 V和数字-5 V和+2.5 V层、布线和元件层,并且使用了大面积的电源和地层可以使各信号与地或电源平面之间形成一个紧耦合以达到减少信号线之间的共模干扰[10]。模拟信号与数字信号相互隔离,并单独供电。这些措施的采用,有效地抑制了信号间的共模干扰。其次在软件上编写数据处理程序时增加了一段判断采集数据是否属于干扰信号的子程序。因为干扰信号与金属信号在信号特点上会有差别,所以在事先编写程序时把干扰信号与金属信号的特征量进行比较。该程序很复杂,限于篇幅在这里不做一一介绍。

4 结 语

A/D数据采集在金属检测器系统中的应用已经很成熟,目前金属检测器已经是机场、食品、医药、木材、烟草、塑料、服装、化工等行业中一种不可或缺的重要设备。随着单片机控制技术的发展,各种设备智能化发展是一种趋势。这里就金属检测器的A/D数据采集与单片机的接口做了简单介绍,具有一定的参考价值,经过实践证实其实用可靠。当然还有很多的相关技术都有待进一步的研究和开发,特别是对抗干扰特性的认识,会促进金属检测这一技术的完善和发展。

参 考 文 献

[1]Atmel Microcontroller handbook[Z].2007.

[2]兰吉昌.单片机C51完全学习手册[M].北京:化学工业出版社,2008.

[3]张毅刚.新编MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2003.

[4]戴佳,戴卫恒.C51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].北京:电子工业出版社,2006.

[5]边春元.C51单片机典型模块设计与应用[M].北京:机械工业出版社,2008.[6]刘文涛.单片机语言C51典型应用设计[M].北京:人民邮电出版社,2005.

[7]郭天祥.新概念51单片机C语言教程:入门、提高、开发拓展全攻略[M].北京:电子工业出版社,2009.

[8]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,1999.