一种实现金属检测机任意工作频率的方法

申请号 CN202311378619.1 申请日 2023-10-24 公开(公告)号 CN117375532A 公开(公告)日 2024-01-09
申请人 苏州太易检测设备有限公司; 发明人 牟翔; 施利辉; 幸波;
摘要 本 发明 涉及电气 电路 领域,且公开了一种实现金属检测机任意工作 频率 的方法,包括对金属检测机电路中发射调谐电容CT和接收调谐电容CR进行重新设计改变,包括以下步骤:S1:对电路中发射调谐电容CT和接收调谐电容CR进行改变电容的容值;S2:将 调谐电路 中的每个基频附近所能 覆盖 的 频率范围 变大,使得数个基频及其附属频率范围合在一起能够覆盖整个工作频段;S3:在较大范围内实现调谐电容容值的可控变化,实现在每个频点的真正调谐,保证在每个频点的性能,能够实现所需范围内的任意容值,也即可以满足任意工作频率对调谐电容的需求,采用这种方案的金属检测机,将能够实现工作频率在某一范围内的任意切换,且不会降低性能。
权利要求

1.一种实现金属检测机任意工作频率的方法,包括对金属检测机电路中发射调谐电容CT和接收调谐电容CR进行重新设计改变,其特征在于,包括以下步骤:
S1:设计一个电容网络来代替金属检测机工作电路中的发射调谐电容CT和接收调谐电容CR;
S2:将S1中的电容网络通过继电器(或其他具有切换功能的器件)接入电路;
S3:在金属检测机硬件上配备了上述电容网络后,配套算法来实现对发射、接收调谐的自动化操作;
所述S1中电容网络由16个基本电容以及数个预设电容组成,且将电容网络中发射电容组合对应的电容值标记为CTn,将电容网络中接受电容组合对应的电容值标记为CRn。
2.根据权利要求1所述的一种实现金属检测机任意工作频率的方法,其特征在于,所述电容网络的16个基本电容分为4组,且每组包括四个不同容值的电容;
第一组基本电容的容值分别为10pF、20pF、20pF和50pF;
第一组基本电容的容值分别为100pF、200pF、200pF和500pF;
第一组基本电容的容值分别为1000pF、2000pF、2000pF和5000pF;
第一组基本电容的容值分别为10000pF、20000pF、20000pF和50000pF。
3.根据权利要求1所述的一种实现金属检测机任意工作频率的方法,其特征在于,所述电容网络预设电容用于提高电容网络所能实现容值的分辨率以及拓宽容值范围,可根据具体的作业需求进行设置或不设置。
4.根据权利要求1所述的一种实现金属检测机任意工作频率的方法,其特征在于,所述S1中电容网络的由一个基础电容C0和12个调谐电容的组合而成,且12个调谐电容的组合有
4096种,但其中有一些组合对应的电容值是重复的,剔除掉重复值之后,电容组合数量为
1112个,则电容网路发射电容值CTn以及接受电容值CRn中的1112。
5.根据权利要求4所述的一种实现金属检测机任意工作频率的方法,其特征在于,所述S3中设计配套算法来实现对发射、接收调谐的自动化操作步骤包括:
S31:计算发射电容组合中发射调谐所需的发射电压,以及计算接收电容组合接收调谐的接收电压;
S32:通过S31中发射电压和接收电压的计算方式,获得金属检测机工作电路中全部发射电压和接收电压,从而对比获得工作电路中发射调谐所需的电容组合和接收调谐所需的电容组合,并构成电容网络。
6.根据权利要求5所述的一种实现金属检测机任意工作频率的方法,其特征在于,所述S31中计算发射电容组合中发射调谐所需的发射电压,具体包括:
a,通过一个置于T2的采样绕组将发射线圈上的发射电压采样出来,采样绕组输出的信号标为信号S;
b,将采样绕组输出的信号S与一组正交的载波分别相乘,低通滤波后得到CH1和CH2两路直流量,则采样信号的幅值:
c,然后依据采样绕组的比,可得到实际发射线圈电压的换算系数,从而得到:
VT=K*VS;
所述S31中计算接收电容组合接收调谐的接收电压,具体包括:
d,调谐后的接收线圈电压经过接收变压器转化后获得平衡电压(Bal);
e,与计算发射电压的方法类似,将平衡电压与一组正交载波分别相乘后,得到直流分量CH1、CH2,则平衡信号的幅值:
所述S31中在计算发射电容组合CTn的发射电压和接受电容组合CRn的平衡电压过程中,发射调谐过程中的n和接收调谐过程中的n是不同的,实际操作中,先进行发射调谐,之后才能进行接收调谐。
7.根据权利要求6所述的一种实现金属检测机任意工作频率的方法,其特征在于,所述S32中获得工作电路中发射调谐所需的电容组合具体包括:
通过改变电容接入电路的组合,获取全部发射电压:
VT1,VT2,……,VTN;
其中N为n的取值上限,比较上述全部发射电压数值,取其中最大值的某个组合n,即为所需发射调谐的电容组合;
另一种算法是,n取值从1开始,逐渐增大,并获取对应的发射电压:
VTn,VTn+1;
如果某个组合出现了的情况,则说明找到了最大值,此时的n即为所需发射调谐的电容组合;
获得接收调谐所需的电容组合与上述获取发射调谐的电容组合的过程相同。

说明书全文

一种实现金属检测机任意工作频率的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电气电路领域,具体为一种实现金属检测机任意工作频率的方法。

背景技术

[0002] 金属检测机的工作频率是关键参数之一,在不同的应用场合,需要配置不同的工作频率(后续简称频率)。根据产品特性和现场环境的不同,有的场合适合采用低频(如几十KHz到100KHz),有的场合适合采用高频(如300KHz以上)。一般来说,频率的切换依赖于功率电路和电容调谐来实现,在现有方案中如图2所示,发射调谐电容CT和接收调谐电容CR一般都存在,电容调谐需要改变电容的容值,因此如果没有人工协助,一台金属检测机只能配置一种频率或少数几种频率,因为,由于调谐电路Q值曲线存在一定的平台区,如图3所示,现有技术一般对调谐电路中的每个基频附近所能覆盖频率范围变大具体为,将每个基频附近所能覆盖的频率范围从2K扩展到60K,如图4所示。
[0003] 扩频方法如下:
[0004] 1、增大输入和输出端的耦合电容器容量,用来将电路的频率下限降低。具体取值,要结合放大器的输入和输出阻抗来计算。
[0005] 2、有源器件的选择,要跟所要放大的信号频率匹配,如果是晶体三极管,那么要采用特征频率ft更高的晶体管;如果是用运算放大器,就选择转换速率更高、增益带宽乘积更大的型号,用来拓宽频率上限。
[0006] 3、如果是晶体管高频放大器,可以采用沃尔曼电路结构,用于消除晶体三极管自身极间寄生电容的影响。或者原来是共发射极放大电路,改成共基极电路。一旦电路类型改变,其它参数也会改变,例如输入和输出阻抗就不一样了,增益也不一样了,需要重新调整参数;电路中如果有选频电路比如带通滤波器,要修改选频电路参数,以适应更宽的频带。
[0007] 4、退耦要处理好,避免产生预期外的振荡;对于高频放大器,频带拓宽了之后还要格外注意处理好屏蔽问题。
[0008] 例如,振荡电路,用于根据环路控制电压信号获得振荡电流信号;多路调节电路,调节电路用于接入环路控制电压信号,每路调节电路具有不同的电容值;开关电路,分别与调节电路及振荡电路的输入端连接,用于选择性将多路调节电路中至少一路调节电路与振荡电路连通,以调节振荡电路的振荡频率,从而调节振荡电流信号的振荡频率,电路设置有多路电容值不同的调节电路,并通过开关电路将每一调节电路与振荡电路连接,开关电路选择性将多路调节电路中不同的调节电路或者不同组合的调节电路与振荡电路连通,以调节振荡电路的振荡频率,从而调节振荡电流信号的振荡频率,使得采用一个扩频电路便能为环路控制电压信号进行扩频,简化电路结构,进而大大的减小扩频成本,及减小电路板的占用面积;虽然工作频率可以在基频附近做少许变化,而不会明显影响性能,但若做出过多的变化会在一定程度上降低设备的性能,为此我们提出了一种实现金属检测机任意工作频率的方法。

发明内容

[0009] (一)解决的技术问题
[0010] 针对现有技术的不足,本发明提供了一种实现金属检测机任意工作频率的方法,解决了上述的问题。
[0011] (二)技术方案
[0012] 为实现上述所述目的,本发明提供如下技术方案:一种实现金属检测机任意工作频率的方法,包括对金属检测机电路中发射调谐电容CT和接收调谐电容CR进行重新设计改变,包括以下步骤:
[0013] S1:设计一个电容网络来代替金属检测机工作电路中的发射调谐电容CT和接收调谐电容CR;
[0014] S2:将S1中的电容网络通过继电器(或其他具有切换功能的器件)接入电路;
[0015] S3:在金属检测机硬件上配备了上述电容网络后,配套算法来实现对发射、接收调谐的自动化操作;
[0016] 所述S1中电容网络由16个基本电容以及数个预设电容组成,且将电容网络中发射电容组合对应的电容值标记为CTn,将电容网络中接受电容组合对应的电容值标记为CRn。
[0017] 优选的,所述电容网络的16个基本电容分为4组,且每组包括四个不同容值的电容;
[0018] 第一组基本电容的容值分别为10pF、20pF、20pF和50pF;
[0019] 第一组基本电容的容值分别为100pF、200pF、200pF和500pF;
[0020] 第一组基本电容的容值分别为1000pF、2000pF、2000pF和5000pF;
[0021] 第一组基本电容的容值分别为10000pF、20000pF、20000pF和50000pF。
[0022] 优选的,所述电容网络预设电容用于提高电容网络所能实现容值的分辨率以及拓宽容值范围,可根据具体的作业需求进行设置或不设置。
[0023] 优选的,所述S1中电容网络的由一个基础电容C0和12个调谐电容的组合而成,且12个调谐电容的组合有4096种,但其中有一些组合对应的电容值是重复的,剔除掉重复值之后,电容组合数量为1112个,则电容网路发射电容值CTn以及接受电容值CRn中的1112。
[0024] 优选的,所述S3中设计配套算法来实现对发射、接收调谐的自动化操作步骤包括:
[0025] S31:计算发射电容组合中发射调谐所需的发射电压,以及计算接收电容组合接收调谐的接收电压;
[0026] S32:通过S31中发射电压和接收电压的计算方式,获得金属检测机工作电路中全部发射电压和接收电压,从而对比获得工作电路中发射调谐所需的电容组合和接收调谐所需的电容组合,并构成电容网络。
[0027] 优选的,所述S31中计算发射电容组合中发射调谐所需的发射电压,具体包括:
[0028] a,通过一个置于T2的采样绕组将发射线圈上的发射电压采样出来,采样绕组输出的信号标为信号S;
[0029] b,将采样绕组输出的信号S与一组正交的载波分别相乘,低通滤波后得到CH1和CH2两路直流量,则采样信号的幅值:
[0030]
[0031] c,然后依据采样绕组的比,可得到实际发射线圈电压的换算系数,从而得到:
[0032] VT=K*VS;
[0033] 所述S31中计算接收电容组合接收调谐的接收电压,具体包括:
[0034] d,调谐后的接收线圈电压经过接收变压器转化后获得平衡电压(Bal);
[0035] e,与计算发射电压的方法类似,将平衡电压与一组正交载波分别相乘后,得到直流分量CH1、CH2,则平衡信号的幅值:
[0036]
[0037] 所述S31中在计算发射电容组合CTn的发射电压和接受电容组合CRn的平衡电压过程中,发射调谐过程中的n和接收调谐过程中的n是不同的,实际操作中,先进行发射调谐,之后才能进行接收调谐。
[0038] 优选的,所述S32中获得工作电路中发射调谐所需的电容组合具体包括:
[0039] 通过改变电容接入电路的组合,获取全部发射电压:
[0040] VT1,VT2,……,VTN;
[0041] 其中N为n的取值上限,比较上述全部发射电压数值,取其中最大值的某个组合n,即为所需发射调谐的电容组合;
[0042] 另一种算法是,n取值从1开始,逐渐增大,并获取对应的发射电压:
[0043] VTn,VTn+1;
[0044] 如果某个组合出现了的情况,则说明找到了最大值,此时的n即为所需发射调谐的电容组合;
[0045] 获得接收调谐所需的电容组合与上述获取发射调谐的电容组合的过程相同。
[0046] (三)有益效果
[0047] 与现有技术相比,本发明提供了一种实现金属检测机任意工作频率的方法,具备以下
[0048] 有益效果:
[0049] 1、该实现金属检测机任意工作频率的方法,通过改变电容容值的基础上设计电容网络代替调谐电容,实现调谐电容容值的可控变化,通过该方案中的电容网络能够实现所需范围内的任意容值,也即可以满足任意工作频率对调谐电容的需求。采用这种方案的金属检测机,将能够实现工作频率在某一范围内的任意切换,且不会降低性能。附图说明
[0050] 图1为本发明实现金属检测机任意工作频率的方法流程示意图;
[0051] 图2为本金属检测机调频现有方案电路示意图;
[0052] 图3为本现有方案调谐电路Q值曲线示意图;
[0053] 图4为本发明调谐电路Q值曲线图;
[0054] 图5为本发明电容网络示意图;
[0055] 图6为本发明计算采样信号的幅值电路结构示意图;
[0056] 图7为本发明计算平衡电压电路结构示意图。

具体实施方式

[0057] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0058] 请参阅图1,一种实现金属检测机任意工作频率的方法,包括对金属检测机电路中发射调谐电容CT和接收调谐电容CR进行重新设计改变,包括以下步骤:
[0059] S1:设计一个电容网络来代替金属检测机工作电路中的发射调谐电容CT和接收调谐电容CR;
[0060] S2:将S1中的电容网络通过继电器(或其他具有切换功能的器件)接入电路;
[0061] S3:在金属检测机硬件上配备了上述电容网络后,配套算法来实现对发射、接收调谐的自动化操作;
[0062] 所述S1中电容网络由16个基本电容以及数个预设电容组成,且将电容网络中发射电容组合对应的电容值标记为CTn,将电容网络中接受电容组合对应的电容值标记为CRn。
[0063] 对电路中发射调谐电容CT和接收调谐电容CR进行改变电容的容值一般为:在电路中预置不同容值的电容,并以继电器(或有类似切换功能的器件)进行切换,可在设备种实现几种频率的配置。
[0064] 例如将电容器电路分为第一电容器组和第二电容器组以及控制器,控制器被配置为控制由第一电容器组提供的电容值和第二电容器组提供的电容值,其中,第一电容器组包括多个第一电容器,多个第一电容器具有基于第一权重的相互不同的电容值,并且第二电容器组包括多个第二电容器,多个第二电容器具有基于与第一权重不同的第二权重的相互不同的电容值;多个第一电容器是p个第一电容器,其中,p是2或更大的自然数,并且多个第二电容器是q个第二电容器,其中,q是大于p的自然数。
[0065] 其中,第一电容器组还包括p个第一开关,p个第一开关分别连接到p个第一电容器,第二电容器组还包括q个第二开关,q个第二开关分别连接到q个第二电容器,并且控制器被进一步配置为接通或断开p个第一开关中的每个和q个第二开关中的每个;其中,控制器被进一步配置为响应于至少q个控制位而接通或断开p个第一开关中的每个和q个第二开关中的每个。
[0066] 其中,控制器被进一步配置为响应于控制器接通q个第二开关中的至少一个第二开关而接通p个第一开关中的所有第一开关。控制器被进一步配置为:响应于控制位,接通或断开p个第一开关中的每个和q个第二开关中的每个,至少响应于控制位的最高有效位,接通q个第二开关中的至少一个第二开关,以及响应于控制位的最高有效位,接通p个第一开关中的所有第一开关。
[0067] 扩大电路中电容可包括以下几种方法:
[0068] 串联电容法是一种常见的扩大电容的方法。它的原理是将多个电容器串联在一起,这样就可以得到一个更大的电容值。例如,如果需要得到一个100F的电容,可以将两个50pF的电容器串联在一起这样就可以得到一个100uF的电容;
[0069] 并联电容法也是一种常见的扩大电容的方法。它的原理是将多个电容器并联在一起,这样就可以得到一个更大的电容值。例如,如果需要得到一个100F的电容,可以将两个50pF的电容器并联在一起,这样就可以得到一个100uF的电容;
[0070] 增加电容器的面积也可以扩大电容,这是因为电容的大小与电容器的面积成正比。因此,如果需要得到一个更大的电容,可以增加电容器的面积。例如,可以将两个相同的电容器并联在一起,这样就可以得到一个电容器的面积是原来的两倍,电容也会扩大两倍。
[0071] 增加电容器的介电常数,电容器的介电常数是指电容器中介质的相对介电常数。介电常数越大,电容器的电容就越大。因此,如果需要扩大电容,可以选择介电常数较大的介质制作电容器。例如,常用的介质有、聚乙烯、聚丙烯等。
[0072] 一般地,调谐电容容值在数千到数万pF之间,电容网络的16个基本电容分为4组,16个基本电容分为4组,每组容值按照“1 2 2 5”的规格,即如下规格:
[0073]10pF 20pF 20pF 50pF
100pF 200pF 200pF 500pF
1000pF 2000pF 2000pF 5000pF
10000pF 20000pF 20000pF 50000pF
[0074] 这样,16个基本电容能够组合出10~100000pF范围内任意一个电容值,如图5所示。
[0075] 电容网络预设电容用于提高电容网络所能实现容值的分辨率以及拓宽容值范围,可根据具体的作业需求进行设置或不设置。
[0076] 通过上述的电容网络就能够实现所需范围内的任意容值,也即可以满足任意工作频率对调谐电容的需求。采用这种方案的金属检测机,将能够实现工作频率在某一范围(如20KHz‑1MHz)内的任意切换,且不会降低性能。
[0077] 实际工程中,S1中电容网络的由一个基础电容C0(比如1000pF)和12个调谐电容的组合而成,且12个调谐电容的组合有4096种,但其中有一些组合对应的电容值是重复的,剔除掉重复值之后,电容组合数量为1112个,则电容网路发射电容值CTn以及接受电容值CRn中的1112。
[0078] S3中设计配套算法来实现对发射、接收调谐的自动化操作步骤包括:
[0079] S31:计算发射电容组合中发射调谐所需的发射电压,以及计算接收电容组合接收调谐的接收电压;
[0080] S32:通过S31中发射电压和接收电压的计算方式,获得金属检测机工作电路中全部发射电压和接收电压,从而对比获得工作电路中发射调谐所需的电容组合和接收调谐所需的电容组合,并构成电容网络。
[0081] S31中计算发射电容组合中发射调谐所需的发射电压,具体包括:
[0082] a,通过一个置于T2的采样绕组将发射线圈上的发射电压采样出来,采样绕组输出的信号标为信号S;
[0083] b,将采样绕组输出的信号S送至如图6所示的电路结构,与一组正交的载波分别相乘,低通滤波后得到CH1和CH2两路直流量,则采样信号的幅值:
[0084]
[0085] c,然后依据采样绕组的匝比,可得到实际发射线圈电压的换算系数,从而得到:
[0086] VT=K*VS;
[0087] S31中计算接收电容组合接收调谐的接收电压,具体包括:
[0088] d,调谐后的接收线圈电压经过接收变压器转化后获得平衡电压(Bal);
[0089] e,与计算发射电压的方法类似,将平衡电压(Bal)送至如图7所示的电路结构,将平衡电压与一组正交载波分别相乘后,得到直流分量CH1、CH2,则平衡信号的幅值:
[0090]
[0091] S31中在计算发射电容组合CTn的发射电压和接受电容组合CRn的平衡电压过程中,发射调谐过程中的n和接收调谐过程中的n是不同的,实际操作中,先进行发射调谐,之后才能进行接收调谐。
[0092] S32中获得工作电路中发射调谐所需的电容组合具体包括:
[0093] 通过改变电容接入电路的组合,获取全部发射电压:
[0094] VT1,VT2,……,VTN;
[0095] 其中N为n的取值上限,比较上述全部发射电压数值,取其中最大值的某个组合n,即为所需发射调谐的电容组合;
[0096] 另一种算法是,n取值从1开始,逐渐增大,并获取对应的发射电压:
[0097] VTn,VTn+1;
[0098] 如果某个组合出现了的情况,则说明找到了最大值,此时的n即为所需发射调谐的电容组合;
[0099] 获得接收调谐所需的电容组合与上述获取发射调谐的电容组合的过程相同。
[0100] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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