毕业设计（论文）-食品中金属异物检测机设计.docx

金属检测系统是通过对金属物质进行检测，并对携带金属物历食品通行事件进行自动报警的装置。该系统可有效防止金属物质和的非法扩散，是一种防止扩散和防止金属恐怖活动的有效装置。食物金属异物检测装置产品在军用、民用两个领域均有广阔的应用前景，可用r食品安全系统“系统测试内容是：当没有金属物质的食品待测物通过金属异物检测装置时红外线不被触发，设备工作于资料测量:并I1.进行资料更新，测量到的资料会实时存储。当有含有金属物质的食品待测物经过金属异物检测装置时红外被触发，给中央处理单元一个指令：“开始检查待测物的金属情况”和“待测物的行径速度”。若待测物携带有金属物质，被金属探测器收集，并转化为相应的电信号，电信号经过数据采集单元处理后转换为数字信号（A/D转换），由中央处理单元采集并处理，当金屈超标则控制报警单元声光报警，若无金属物质则正常通过，当通过速度超标同样产生报警。并通过数模软件绘制相应的工程图.关健词：金属探测器、数据采集、输送装置、工程图目录摘要I第1章课期背景与现状分析11.1 课题背景11.2 现状分析21.2.1 国内外金属检测器发屣概况21.2.2 金属检测器发展趋势3第2章食品中金属异物检测机方案42.1 金属检测原理42.2 总体方案设计42.3 信号采集单元设计52.4 信号处理设计72.5 数据采集处理设计72.6 红外报警装置设计82.7 升关电源设计9结论12参考文献12第1章课题背景与现状分析1.1 课题背景在大家的日常生活中.常会看到一些零食包装袋上印有“假一赔十”、“绝对正品”等标语,通过这些不难看出食品生产者有义务提供安全卫生的食品给广大消费者。食品加工业的生产是通过食品加工机械及包装机械进行的.从生产机械方面来看,潜存着一些不卫生的情况.如异物的混入、腐蚀、残渣的沛留等就食品混入异物这问题.对制造、流通、消费等环节都要齐抓共管.从生产地流出的产品,也有可能在流通和销售阶段出现质量问超。综合以上分析,食品安全保障问题是一个非常重要的议题。因此,特别对食品中混入金属杂质这一问题,研究出有效、可兼的金属检测器很重要.现在市场上的金属检测器正处丁从模拟时代到数字时代的过渡期间,传统的模拟式金属检测设备由于主要用电子管以及晶体管等电了元器件,这就导致了线路很庞大,而且功耗也很高，而伴随着今天电子行业的高速发展,电子元器件逐步向着大规模、集成化、微型化等方向发展,处理器芯片也广泛使用微处理芯片,金属探测器也逐渐有数字化、智循化的趋势,出现了能自动检测金属的探测罂.不需要过多的人为操作即可自动执行,而旦在各方面的性能有很大提高,经济效益也更好。总之,金属检测器的研究是金属检测领域中的一个热门课题.同时大量新知识和方法被应用到金属检；则中。随着技术的发展,金属检测器将更加智能化、灵敏度更高、准确度也将更高。金属检测器的研究越来越受到亚视.对推动科技的进步和发展有若玳要的作用。图I-I金属检测系统经过几十年的发展.金属探测器也进行了好几次改革.随着人们对电磁学认知的进步,由模拟信号技术发展到连续波技术,最后使用现在普遍使用的数字脉冲技术,金属探测器所使用的简单的金属切割磁场线现象中也引用了其他方面的研究成果,在分辨率、灵敏度、精度等方面都有飞跃性的提高。同样的应用领域也发展到了各行各业。人生活的物质界离不开食物,现代社会中各种各样的食品是人们日常生活中必不可少的,它的质信问期关系着人们的生活质量的忘低和广大人民群众身心健康。在食品生产行业,保证质量的有效方法之一是应用金底检测器。国际食品技术组织实行HACCP侦星体系认证,为食品安全提供了有力的保障。食品中金属异物的检测被列为实施HACCP过程中的关键点,今天,金属检测器开始出现在各大食品企业的制造工厂里面,为食品的安全生产提供保障。当然也对金属探测器的所能达到的功能也要求多样化和高精确度化。如图1.1.所示为现在市场上食品行业中所使用的金属探测器的典型产品实物图。1.2 现状分析1.2.1 国内外金属检测器发展概况在现实社会生活中.金属检测器所占的比重越来越重。它逐渐由最开始的用于战场上探测地雷、检测地底金属矿、让油船避开障碍物等,到了现在开始大面积应用在航空、冶金、采矿、水泥、食品等多种领域。它在工业生产中所占的位置越来越重要.人们对它的期待也很高巴在2000年以后,我国各方面都处于高速发展期,在国民生产中金属检测器的应用占据着重耍的角色,由于它对工业生产和人身安全的武要意义,现在几乎涉及到了各个领域，按照现在的市场情况可以给金属检测器分为三类：种是用于采矿、冶金、化工、卷烟厂等大型生产线上的自动货物传送带上,用来别除矿石和烟草等原始物料里面所含的废金属异物,可以保护后续加工机涔的磨损和产品的安全性,这种属于用于工业上的工业型检测装置:第二种是应用在民航E机场、各大银行、珠宝制造工厂、些稀有金属矿场、稀有金属加工场所等,在这里用于检测过往的流动人员,防止贵重物品的丢失和假防混入危险物品及枪支等器械.这类装置称作安全型金属检测器:第三种是使用在食品行业的生产、包装,还有就是服装布料的加工制作以及木材加工厂等,生产过程中需要对产品进行实时检测,保证得到不含有细微金属颗粒以及金属碎屑的产品,防止对人身造成不必要的损害,学术界称这种为生活型金属检测装置。本设计主要是应用r食品生产过程中的生活型金属检测装置.它是食品行业中很重要的一环,为食品的安全提供了有力的保障,对人民大众的身心健康发挥重要作用。1.2.2 金屈检测器发展趋势目前,市场上按照功能和应用场合不同可把金属检测器大致分为三类:金属探测门及通道式金属检测器简称安检门、小型的可用手直接持有的手持式金属探测器及台式金属检测器、工业用的大型金属检测器和应用在水下的金属检测器B.随着各种行业的飞速发屣,金属探测器的应用也越来越广泛,尤其在食品行业,对金属检测器的要求不仅需求量大.同时功能也要求要更加强大。整体来说,现代社会流行的金属检测港主要具有两大特色,即精细化和网络化.灵敏度的大幅度提高和桓定性的提高使金属检测装置更加精细化,同时还能保证系统在连续运行状态下还保持可调性.网络的高速发展促进了各行各业的发展,尤其在金属检测方面,通过与网络的连接能使我们达到远程监控的目的,金属检测器更加智能化、人性化、高效率化。第2章食品中金属异物检测机方案2.1 金属检测原理涡流现象早在19世纪就已经被科学家们所发现“其实涡流现象也是建立在一系列电磔理论基础之上的，在激励线圈产生的交变遨场中，接收线圈的等效阻抗是一个定色的，当有金属进入磔场一定范围内，在涡流效应下会产生一个额外与惊蹂场方向刚好相反的磁场，又称这个额外的蹂场为第二磁场.这个金属由T涡流效应产生的磁场会影响到接收线圈中的感应电势的大小和相位的变化,因此可以用接收线圈的感应电动势和相位的变化来确定金属目标的一些属性.涡流原理图如图2.1所示。2.2 总体方案设计食品中金属异物检测装置由如下构成。图2-2所示。食品金属异物检测装置通过支撑框架支撑。金属检测装置位于传送装置上。通过紧固件与传送装置固定。限高栏杆位下金属检测装置前湍。用手保护金属检测装置。过渡较大物体。为保证金属检测装置的有效性，需要金属检测装置与被检测物质有一定距高。为此设置限高栏杆，以限制物体的大小。从而有效的检测金网物质。移动脚轮位于支撑框架下湍.在移动过程中松开脚轮锁紧装置,可将食品金属异物检测装置移动到可用范IS之内。当移动到目的地后，锁紧脚轮，防止其窜动。整个支撑框架由铝型材构成。可实现运输方便，生产便捷。同时也降低了整机的牛.产成本。在需要组装过程中可快速进行搭建。控制箱位于传送装置下端。控制箱内包含电路板和电气元件以及检测所需要的电源。整个输送装巴由皮带传动构成。貉个传送装巴在运输的过程中可实现平板运输。可快速通过检测装置，并由控制箱内的相关记录软件进对其进行检测，通过记录软件对批次编号进行记录，从而达到被检测可追溯性。本课题设计的金屈异物检测装巴可快速进行搭建。对所需要应用场合，可进行灵活的选取。并有效的对食品中的金属物J贞进行检测并记录。图2-2金属异物2.3 信号采集单元设计食品金属异物检测装置是台监测金属物质的专业仪器设备，系统应该满足以下功能：(D当监测系统监测到金属物质时，采用红光闪烁提示并伴随报警声音，当监测系统出现系统故障、资料计数率异常等情况时，采用黄光闪烁提示并伴随报警声音。(2)监测系统应能对由具有大然金M物质引起的系统报警给出提示。(3)监测系统应能独立使用，不受远程监控站的任何操作模式或故障的影响.(4)监测系统应能提供本地及远程报警信号。(5)在监测系统运行时.探测立柱和监测系统的数据采集分析单元可在100m内分开布置。(6)应保证只有经过授权的人员才有权限对监测系统进行校正和对报警参数进行调整.(7)监测系统应能实时提供系统的状态信息。(8)监测系统应能存储数据、显示已存数据。(9)监测系统应能识别待测物的通过次数。(K)监测系统应具备测量待测物通过速度的功能，同时具备超速报警设置和指示功能；制造厂应提供满足监测系统技术指标所需的最大通过速度；用户可以通过改变超速报警设置对最大速度设置进行调整。(11)监测系统应能提供静态测量功能.(12)监测系统应易于维护，且具有故障记录和故障提示功能。在满足以上系统功能要求下，金属异物检测装身设计主要分为四个部分：金属探测器、数据采集处理、红外声光报警、食物金属异物检测装置结构设计。根据整套系统的工作原理，决定各元件在金属异物检测装电结构中的安放位置，如图2-2为检测装置系统总体设计方案。通道检测由探测器、数据采集处理卡、信号处理卡、移动物体传感器、通信接口、数据存储、就地报海盘和电源管理等部分组成。金属探测器分为通道左右中子探测冷和两种，其中中子探测活为可选设缶。丫辐射探测器由大面积塑料闪烁体探头和电子学处理电路组成，实时检测通行区域内的辐射强度，当有待检物体经过探测区域，移动物体传感器给数据采集卡发送指令，数据采集处理卡接收到指令后，就开始对探测区域内的实时辐射强度进行检测。采集到的数据经过处理后，如果有异常则触发就地报警盘报警，同时通过通信接口将数据和报警信息发送给控制中心进行显示和储存。并在通道检测设备中备用临时数据存:储单元，以对数据进行可靠记录。2.4 信号处理设计界r主放大HiIR分电路一脉宽处理信号别卜图2-3信号处理流程如图2-3所示，为每个监测通道的信号处理流程。该信号处理卡为通用模块,可以通用于人员通道监测和行李通道监测。模块同时实现通道中个或两个探测器的信号转换和处理，主要包含探测器信号微分电路、主放大器、积分电路、信号甄别、脉宽处理和符合处理等几个主要部分。信号输出有每个探测器独立的输出信号和经过符合处理后的输出信号。2.5 数据采集处理设计为实现制作成本低、功能强大要求，数据采集处理板-R设计战于STM32单机为控制平台。主控板上数据采集处理板卡采用的是STM32F103型，在金属异物检测装置检测系统中工作内容：(1)采集探测器的数字脉冲信号(2)网络通信：将数据传绐电脑上位机软件,包括金属数据、通过待测物数垃、待测物通过速度、报警次数(3)串口通信(4)报警控制(5)而压采集(6)红外数据读取图2-4数据采集处理模块功能图如图24所示，为金属异物检测装置数据采集处理模块功能图。该模块是每个通道的核心处理单元，主要功能包含移动物检测、信号采集、数据处理、报警算法、参数设贪、数据存储、通信配置和电源管理等功能。设备启动后，先进行系统的初始化，初始化的工程中会对设省进行自检，如果自检有故障会通过报警算法进行处理，并触发相应的报警.自检完成并未故障信息，怎进行系统设备的参数设巴和通信配置，最后设备进入正常运行状态，对监测区域进行数据采集并进行处理。2.6 红外报警奘置设计金属异物检测装置共设两个红外，分别安装于机柜正面左右两侧。红外线分漫反射型、反馈反射型、对射型，金属异物检测装置红外选择漫反射型，反射光线向各个方向都有，检测距离为20cm,般都是表面不光滑的物体。当第个红外被触发立即给中央处理单元一个指令：“开始检测待测物的金属情况”，被触发的同时计时器开始计数，直到第.二个红外被触发计时潺停止计数，通过计鸵将得到待测物行径速度。每得到一次速度证明通过食品数量为10三色报警灯设计是通过焊接技术招灯闪烁区域分割成三层，使各层光在封闭区域类发光，在焊接框上下开有4x02.5螺纹孔，安装：色报警灯装置及电路板.整个三色报警灯在安装之前调好频率，通过主控板继电器控制。在三色报警灯装置中，通过NE555（TimerIO8脚时基集成电路产生一个频率，通过输出湍输出至NPN型三极管，导通时，电流通过电阻（限电潦）使小灯泡点亮并且闪烁，闪烁的快慢由电阻电容控制。断路时，电路不通过小灯泡,小灯泡不亮不闪烁。选择报警灯，利用PWS2326型直潦电源选取灯泡类型，根据灯亮度而折优选取，灯引脚长为正极,短为负极“选取亮度较高的灯泡之后，参考电路图纸完成电路板与电子元件焊接。选择D1.线路焊接，元件焊接之后需将电源线正负焊接在电路板中，为检测电路和调频使用，电路板背后焊接一个灯泡，待检测完毕之后再焊剩余灯泡。灯泡电流为310mA.一排电路有11个灯泡，用直流电源测得红、黄、绿三色灯最佳值。红灯：电压为1.%，、电流为0.007A、电阻凡/%/aK,=45QRjRJ&=5AK：绿灯：电压为2.81，、电流为0.0O1.A、电BIK/0/&=IKMRJRRi=5.TK;黄灯：电压为21，、电流为0.005A、电阻4/&/凡K=200RaRt,R1fRs=5K电阻在适当范围内越小，电潦越大，灯就更亮.在电阻R4计算时，假设时间r、固定电容值，电容C1.起波波作用，电容越大,阻抗越小、频率也越高（通高阻低），因此选取G=Io电容值C2去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。电路中典型的去耦电容值是0.1PF"41.按照电路图完成好电路板与元件焊接之后，通过TDS3OI2C型示波器、PWS2326型直流电源，检测电路并且调节频率，根据公式=2.r=KC,调节电位器电阻大小，改变频率大小。频率调节到设备要求之后，通过示波罂极图作为后续电路板灯调顽的参考，将剜余灯泡与电路板焊接“2.7 开关电源设计转变电压接口：白线为+5V接口、黑线为公共端接口、红线为+12V接口、黄绿线为-5V接口，与控制电路板连接：低质开关电源接口：从左往右依次是接地线、零线、火线，与24OV电源线连接，主要作用是将240V交流转为5V、I2V的直流。第3章部件设计3.1 机架的设计该金属异物检测装苴的机架设计采用可快速搭建的铝型材结构。采用40x80的铝型材组奘搭建，改设计结构强度高，安全可靠.跟根据需要进行改奘.如图3-1所示，为该机架外形尺寸示意图。图3-1机架外形尺寸示意图3.2 输送带设计皮带是与食品直接接触的部件.是将电动机的动力转化为食品前进动力的装理.根据本文的研究要求,皮带要符合实用、价格低廉、耐磨等设计要求,因此选择绿色PU材料的皮带.PU材料皮带的抗拉体为经向涤纶和纬向锦纶交织成的帆布.其性能特点是经向的低延伸率和纬向的优良成槽性能.耐水性好,强度高.不发生每变,适用于中长距高、多种速度条件下物料输送。图3-2所示图3-2输送装置示意图皮带（PU材料）的规格及技术参数是:厚度6mm.强度系列为两层600Nmm.覆施胶厚上层2-3mm、下层Imm.层布间的粘合强度大于等于4.5Nmn.全厚度纵向拉断伸长率大于等于10%、参考拉断伸长率小于等于4%。根据前文中食品物理尺寸参数和推体分级平台设计要求.输送机皮带具体设计如卜:皮带周长4650mm,宽315mm.能够保证食品在运输时的稳定性“3.3 电机功率计算食品金属检测装巴物理参数范用拟定为：1）输送速度为。.为m-26ns,2）传送带上物品质量上限位5KG“3）所选用皮带质量IOkg则食品质量参考文献1柳天翊.一种食品用金属检测装置：,CN1.1070334IAP.2020.2林君标.一种食品中重金属检测装置:，CN212379373UP.2021.3李莉，薛宾，戴达勇.种食品重金属残留检测装置：，CN2101663801.P.2020.4周强和.食品生产过程中金属异物检测系统设计D.内蒙古科技大学.5.6同意和.食品生产过程中金属异物检测系统设计8.内蒙古科技大学.7杨力超、周兵、崔步安、沙洪伟、朱洪睿.皮带传动装置扭矩的准确测量方法研究U1.筑路机械与施工机械化，2020,37(10):5.8吴建波.基于无刷直流电机的皮带传送控制系统研究D.东华大学，2019.9魏晓勇，颜刚，潘琴.一种皮带张紧装置，皮带传动装艮及发动机：，CN212106816UP.2020.10崔超，赵亚，张奇.一种皮带张紧装置，皮带传动装置及发动机：，CN212106817UP.2020.11陆观章，美丹青.种皮带传动碟式分离机的皮带调节装置U1.2021(2016-19):292-293.12文红鹏DSJ型皮带机传动装置结构改进探析J.自动化应用，2019(2):2.131汪令蕤，王福清，辛东京.皮带机任意拐弯传动装理的研制及应用J2021(2013-31):10-10.14高广斌，王廷庄，刘立强.新型港口带式输送机皮带防抽条保护装置J.2021(2014-7):64-65.15王乃仁，陈易晖，马雪芬.一种具有防护罩的皮带传动装置：,CN212959784UP.2021.14