簡易金屬探測器設(shè)計與實現(xiàn)

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簡易金屬探測器設(shè)計與實現(xiàn) 一、目的要求 制作簡易金屬探測器，為了用于安全檢查、搜查身上的金屬制品，包括手機、管制刀具等，還可以設(shè)計制作出汽車探測、流量統(tǒng)計、電梯樓層控制、生產(chǎn)設(shè)備位置檢測、生產(chǎn)設(shè)備開發(fā)設(shè)計、電子產(chǎn)品設(shè)計、游樂設(shè)備開發(fā)、金屬接近開關(guān)、人體內(nèi)金屬探測。本設(shè)計采用雙面玻纖印刷電路板制作了電感傳感器，通過高頻振蕩電路、檢測電路、音頻振蕩電路構(gòu)成簡易金屬探測器。 通過學(xué)習(xí)傳感器原理及應(yīng)用理論課程，應(yīng)用電渦流傳感器知識，進行簡易金屬探測課程設(shè)計，對常用元件器的識別與檢測、電子產(chǎn)品的裝配與焊接能力、基本電路的分析及應(yīng)用能力，同時增強對電子產(chǎn)品調(diào)試與維修能力、常用檢測儀器儀表的使用與操作能力，提高分析問題解決實際工程問題的能力。（繪制電路圖、仿真調(diào)試，安裝實物、實物調(diào)試、數(shù)據(jù)測試，繪制數(shù)據(jù)表或曲線圖，繪制PCB電路板） 二、工作原理 金屬探測器的設(shè)計是根據(jù)電渦流傳感器探測線圈靠近金屬物體時，會在金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生渦電流，使振蕩回路中的能量損耗增大，正反饋減弱，處于臨界態(tài)的振蕩器振蕩減弱，甚至無法維持振蕩所需的最低能量而停振，控制音頻振蕩輸出至蜂鳴器，根據(jù)蜂鳴器聲音有無，提示是否探測到金屬。系統(tǒng)主要由高頻振蕩電路、檢測電路、音頻振蕩報警輸出三部分電路組成，詳見圖1所示。 高頻振蕩電路 檢測電路 音頻振蕩電路 圖1、簡易金屬探測器工作原理圖 工作原理： Q1、L1、L2、C2、C3、R1、W組成高頻振蕩電路，調(diào)節(jié)電位器W，可以改變振蕩級增益，使振蕩器處于臨界振蕩狀態(tài)，也就是說剛好使振蕩器起振。Q2、Q3組成檢測電路，電路正常振蕩時，振蕩電壓交流電壓超過0.6V時,Q2就會在負(fù)半周導(dǎo)通將C4放電短路，結(jié)果導(dǎo)致Q3截止；當(dāng)探測線圈L1靠近金屬物體時，會在金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生渦電流，使振蕩回路中的能量損耗增大，正反饋減弱，處于臨界態(tài)的振蕩器振蕩減弱，甚至無法維持振蕩所需的最低能量而停振，使Q2截止，R2給C4充電，Q3導(dǎo)通，給Q4、Q5組成的音頻振蕩電路供電工作，推動蜂鳴器發(fā)聲。根據(jù)聲音有無，就可以判定探測線圈下面是否有金屬物體了。 器件說明：雙面玻纖印刷電路板1塊、導(dǎo)線、螺絲彈簧、元件清單、外殼等等。 三、制作與調(diào)試 本機L1、L2采用印刷板上的銅皮導(dǎo)線形成電感，無需自己制作電感，簡單，成功率極高！電路剛用十多個元件，只要安裝無誤，一般都能正常工作。 器件安裝：本設(shè)計電路僅用十多個元件，按照原理圖安裝無誤，一般都能正常工作。在裝入盒子時要把盒子里的六根柱子剪掉，使板盡量的貼近外殼，這樣能使裝入盒子后探測距離會有較大的探測距離。電池推薦用3V供電。 表1、簡易金屬探測器元器件清單 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 通電調(diào)試：安裝好后接上電源，調(diào)節(jié)電位器到剛好不發(fā)聲（不靠近金屬的情況下）用印刷板天線靠近金屬，此時應(yīng)該發(fā)聲，遠離金屬后應(yīng)該停止發(fā)聲，若遠離不能停止發(fā)聲，應(yīng)該把電位器逆時針方向調(diào)一點點再試，直到符合要求為止。適當(dāng)?shù)母淖僀5的容量可以改變發(fā)聲的頻率。 問題及解決方法：通電后長響，這是因為前面振蕩級沒有起振，有可能是線路板線圈中有匝間短路或者開路，請用放大鏡仔細檢查。另外，Q2放大倍數(shù)太低不足以讓Q3關(guān)斷也會長響，可更換Q2或者將R2阻值換大至10K左右（推薦：比較省電且對前級影響會更?。?。 四、實驗測試 本簡易探測器能輕松的、穩(wěn)定可靠的控測距離線圈平面（線路板）2.5CM左右的金屬硬幣、鋼板、鐵板、鋁板、電腦光碟等，這中間可以阻隔木板、書本、報紙、玻璃、地面磚、泥土、砂子、自來水、燃油、皮膚（手掌）、衣服、空氣、灰塵等金屬以外的物體。 表2、探測金屬測試情況記錄 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 表1中分別針對****進行測試，實際試驗最大探測距離可以達到5CM甚至更遠，可以隔著衣服探測出口袋的手機、鑰匙、硬幣等金屬。 五、實驗結(jié)果 本探測器的線圈有效直徑大約是4CM，線圈Q值和直徑跟探測距離的關(guān)系還有待大家來進行實驗探索，一般來說，采用本探測器原理制作的金屬探測器，最大有效探測距離約等于探測線圈的直徑。 六、應(yīng)用領(lǐng)域 本金屬探測器原理的用途舉例一：如果要在某路面探測是否有汽車經(jīng)過，由于汽車底盤離路面有0.5米或以上的高度，加上水泥會掩埋5-10CM的深度，因此，在地面掩埋直徑1米的線圈就可以穩(wěn)定準(zhǔn)確可靠的檢測出上面是否有汽車存在，這在公路流量統(tǒng)計、停車場禁停區(qū)域統(tǒng)計是很有實用價值的。 本金屬探測器原理的用途舉例二：在電梯控器的每樓層都必需一個傳感器，檢測電梯是否到達了停止位置，如果采用機械行程開關(guān)的話，會存在壽命和可靠性因素；如果采用光電耦合器的話，就會存在長時間灰塵沉積故障；因此，最好的方法就是安裝一個金屬探測器，根據(jù)金屬的有無來確定電路的通斷。這在很多設(shè)備、機器中都會有很高的實用價值。 七、結(jié)論 本設(shè)計具有采用最少元件，電路設(shè)計簡單、攜帶方便等特點。通過L1、L2采用印刷板上的銅皮導(dǎo)線形成電感，電路簡單可靠。設(shè)計的簡易探測器能穩(wěn)定可靠的控測2.5CM左右的金屬，最大探測距離約5CM。 本研究可以用于安防檢測........領(lǐng)域。 改進設(shè)想：如果需要更遠的探測距離和更高的靈敏度，進一步更改探測線圈，探測線圈的直徑越大，探測距商就會越遠；探測線圈的Q值越高，對小金屬分辨能力就越強。 參考文獻 [1]　　韓吉生.基于單片機金屬探測儀檢測儀的設(shè)計[J].科學(xué)時代, 2015(5).:15-18 [2]　　陸希悅.一種新型便捷式金屬測量儀[J]. 電子測試與儀器學(xué)報,2014.(2):28-32 [3]　　蘭羽. 基于AT89S51的金屬測量儀的設(shè)計[J].工業(yè)儀表與自動化裝置, 2016(4):105-107. [4]　　隋傳國.信號的拾取和放大處理[J].中國儀器儀表,2015(6):102-104. [5]　. [6]　　 [7]　　 [8]　　 [9]　　. [10]　 致謝