基于锁相放大器的电涡流金属分类系统设计
电子技术应用
张炳鑫，张志杰，张泽学
中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室
摘要： 电涡流检测是一种通过检测金属导体感应出的微小涡流信号来识别被测材料性质的方法。在利用电涡流检测技术进行金属分类时，微弱信号甚至会被噪声信号完全淹没，这使提取有效信号变得非常困难。针对这种实际问题，根据相关检测法设计了基于锁相放大器的金属分类系统。在设计中，微弱待测信号经过低噪声放大后与两路正交参考信号进行互相关，再经过低通滤波电路后被采集，对被采集的信号进行计算即可实现对微弱信号的检测。实验结果表明，系统具有较高的精度和灵敏度，能够极大地提高信号的信噪比，实现对金属材料的快速分类，分类准确率可达93%。
中图分类号：TN722 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245287
中文引用格式： 张炳鑫，张志杰，张泽学. 基于锁相放大器的电涡流金属分类系统设计[J]. 电子技术应用，2024，50(12)：98-104.
英文引用格式： Zhang Bingxin，Zhang Zhijie，Zhang Zexue. Design of an eddy current metal classification system based on lock-in amplifier[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(12)：98-104.
中文引用格式： 张炳鑫，张志杰，张泽学. 基于锁相放大器的电涡流金属分类系统设计[J]. 电子技术应用，2024，50(12)：98-104.
英文引用格式： Zhang Bingxin，Zhang Zhijie，Zhang Zexue. Design of an eddy current metal classification system based on lock-in amplifier[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(12)：98-104.
Design of an eddy current metal classification system based on lock-in amplifier
Zhang Bingxin，Zhang Zhijie，Zhang Zexue
Key Laboratory of Instrumentation Science & Dynamic Measurement Ministry of Education，North University of China
Abstract： Eddy current testing is a method of identifying the properties of a material by detecting the tiny eddy current signals induced in a metal conductor. When using eddy current testing technology for metal classification, the weak signal may be completely overwhelmed by noise, making it very difficult to extract the effective signal. To address this practical problem, a metal classification system based on a lock-in amplifier was designed according to the relevant detection method. In the design, the weak test signal is amplified with low noise and correlated with two orthogonal reference signals, then collected after low-pass filtering circuit, and the collected signal is calculated to achieve detection of the weak signal. The experimental results show that this system has high accuracy and sensitivity, greatly improving the signal-to-noise ratio, achieving rapid classification of metal materials, with a classification accuracy of up to 93%.
Key words : AD630；phase-sensitive detection；eddy current testing；lock-in amplifier；metal classification
引言
金属资源是国民经济生产与发展的重要资源。随着可持续发展概念的提出，废旧金属回收越来越受到重视[1]。废旧金属回收不仅能够实现资源的循环利用，还能够缓解土壤及水资源污染问题。金属回收首先要进行金属的识别和分类，可以通过电涡流检测技术将不同电导率的废旧金属的电磁特性进行表征，从而实现分类，高效而且成本较低[2]。电涡流检测中关键在于从微弱的感应信号中提取特征信号。目前电涡流检测主要用阻抗分析仪进行阻抗分解[3]，但是整个系统设计较为复杂，成本较高且不能满足轻量化的需求。
本文提出了一种基于锁相放大器的金属分类系统，信号调理部分通过锁相放大电路实现，可灵活应用于电涡流测量领域[4]。利用互相关理论，使得待测金属下方的电涡流传感器产生的微弱待测信号放大后与同频且相互正交的两路参考信号在相敏检波器中进行互相关，再通过低通滤波电路以滤除噪声分量得到实部和虚部电压值，对实部和虚部电压进行一系列计算从而将深埋在大量的非相关噪声中的微弱信号提取出来，实现废旧金属的分类。
本文详细内容请下载：
https://www.chinaaet.com/resource/share/2000006256
作者信息：
张炳鑫，张志杰，张泽学
（中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原 030051）
此内容为AET网站原创，未经授权禁止转载。