金属探测仪课程设计报告.doc

课程设计2010年7月30日课程数字显示仪表课程设计题目数字压力显示仪表的制作院系专业班级学生姓名学生学号指导教师课程数字显示仪表课程设计题目数字压力显示仪表的制作专业姓名学号主要内容：在面包板上安装一台单片A/D转换器7107或7106组成的02V通用表头。配接压力传感器（应变片式、扩散硅式或其它类型压力传感器），制成数字压力显示仪表。基本要求：（1）根据实验室所提供的元件、材料，设计并描绘电路接线图。最后在面包板上接插显示仪表的电路。（2）由于元件、材料要反复使用，在接插过程中要小心，不要故意破坏元件。（3）在整个课程设计中，要学会实验室基本仪器、工具有使用方法。（4）各小组配备的万用表、工具精心使用，如有故意损坏、丢失、要按价赔偿。参考资料：1刘润华,刘立山.模拟电子技术M.山东：石油大学出版社,2003.2彭介华.电子技术课程设计指导M.北京：高等教育出版社,1997.3孙肖子,刘刚等.传感器及应用M.北京：电子工业出版社,1996.4徐爱钧.智能化仪表测量控制原理与设计M.北京：北京航空航天大学出版社,1995.完成期限2010.7.192010.7.30指导教师专业负责人2010年7月12日目录1任务和要求.12总体方案设计与选择.12.1高频振荡器探测金属.12.2场强识别探测金属.12.3六反相器数字集成电路探测金属.23电路总原理框图设计.24单元电路设计.34.1直流电源及振荡、检波电路设计方案.34.2前置放大电路设计方案.44.3电压-电流变换电路.54.4电流-频率变换电路.64.5直流电源欠压报警电路.65单元电路的级联设计.76设计总结.7参考文献.8附录.错误!未定义书签。数字显示仪表课程设计11任务和要求(1)任务：设计一种可准确探测小范围内是否存在金属物体的电子(2)探测器性能要求工作温度范围：-40+50连续工作时间：一组5号干电池可连续工作40h（小时）。探测距离大于20cm（金属物体越大，测距也越大，对于1分硬币的探测距离为20cm）。具有自动回零功能，并可抑制土壤效应。2总体方案设计与选择2.1高频振荡器探测金属调节高频振荡器的增益电位器，恰好使振荡器处于临界振荡状态，也就是说刚好使振荡器起振。当探测线圈L靠近金属物体时，由于电磁感应现像，会在金属导体中产生涡电流，使振荡回路中的能量损耗增大，正反馈减弱，处于临界态的振荡器振荡减弱，甚至无法维持振荡所需的最低能量而停振。如果能检测出这种变化，并转换成声音信号，根据声音有无，就可以判定探测线圈下面是否有金属物体了。2.2场强识别探测金属场强识别：利用金属物体对信号产生谐波的场强变化而使振幅之变化来识别金属物体。利用探头线圈产生交变电磁场在被测金属物中感应出涡流，涡流产生反作用于探头，使探头线圈阻抗发生变化，从而使探测器的振荡器振幅也发生变化。该振幅变化量作为探测信号，经放大、变换后转换成音频信号，驱动音响电路发声，音频信号随被测金属大小及距离的变化而变化。高频振荡器振荡检测器音频振荡器功率放大器电源图1高频振荡器探测金属原理图数字显示仪表课程设计22.3六反相器数字集成电路探测金属应用一块cMos六反相器数字集成电路，作为放大电路的金属探测器，金属探测器的原理电路图如下：金属探测器的探头是一只高Q值的电感L。它与反相器ICl及电容器C2、C3、C4构成了一个电容三点式振荡器，其振荡频率约为27kHz。调节电位器RP可使电路处在刚刚起振的状态下。微弱的振荡信号通过由反相器IC-2和电阻R1组成的放大电路进行放大，再由二极管VDI进行整流，整流后的信号由反相器IC-3和IC-4进行放大。最后通过二极管VD2去控制由1C-5和IC-6构成的音频振荡器的工作状态。作为探头的电感L在没有接近金属物体时，电路正常起振。振荡信号控制音频振荡器停止工作，扬声器不发声。当有金属物体接近电感时(电感线圈的轴向方向)，电感L的Q值下降，电路停振，没有信号去抑制音频振荡器，所以音频振荡器工作，驱动扬声器发声。使用时，接通电源后，仔细调整电位器RP使扬声器刚刚不响这时灵敏度较高，探测距离可达5mm20mm。方案一用到了高频振荡器，价格比较高，虽然探测的效果比较好，但是制作起来比较麻烦，不适合作为课程设计的选择。方案三设计思路明确，结构合理，方案易于实现，但探测的距离过小，不能满足课题要求。方案二只用到了简单的元件并且设计合理，既具备了方案一的优点又解决了方案三的不足。因此选用方案三作为本课题的原理方案。3电路总原理框图设计金属探测器的原理框图如图3示。图2六反相器数字集成电路GR3VSARLVT9014R55KC61000pR4200KR351KC50.014700p*3C410KC3RpC2R1680KR2330KIC-6IC-5IC-3IC-4VD21N41481N4148VD10.01LC1IC-2IC-1数字显示仪表课程设计34单元电路设计4.1直流电源及振荡、检波电路设计方案系统稳压电源采用集成三端稳压器CW79L05组成，其输入端接电池（-12V），输出稳压值为-5V。采用变压器耦合正弦波振荡器、二极管3D和电容5C组成检波电路，原理如图4示。图中，1L、2L、3L和4L为绕在同一磁罐内的四组线圈。当电源接通后，电路产生振荡，其输出电压幅度指数上升至三极管饱和。为防止产生振荡阻塞，须选择合适的匝数比可取。43CR、为射极偏置电路，65C、L构成探头谐振回路。为提高探测器的灵敏度，要求探头电感线圈有较高的电压，可利用变压器升压来实现。当无金属物体时振荡器的振荡频率)2/(165CLf当金属物体接近探头时，5L的等效电感发生变化，谐振回路65CL失谐从而使负载图3金属探测器原理图探头振荡器检波器前置放大器电压电流变换器电流频率变换器稳压电源欠压报警=1图4直流电源及振荡、检波电路-5V-12V+C5L4C6D3L3L2C4R3C3R2L1C2+D1D2R1+C1L5探头CW79L05数字显示仪表课程设计4能力很弱的变压器次级3L两端的电压发生明显变化，经取样电感4L及检波电路将此信号转换成直流探测信号输出。部分元件参数选择：取21LL：=1：5，32LL：=1：150，5L=3.5mH，6C=0.01F，则f=26.9kHz。4.2前置放大电路设计方案前置放大电路用差动输入放大器组成，如图5示。其静态工作点如下BQCQIIBQEQII)1(eBEQEEEQRUVI2CCQBEQCCBEQRIUVU图中211RCR、及2C构成差动积分电路，即自动回零电路，其作用是对变化缓慢的直流信号进行抑制，而对变化较快的金属探测信号进行100倍放大，从而在一定程度上抑制了土壤效应。当Iv为缓变直流信号时，由于积分电路时间常数较小10111CRms,220222CRms21CC、可视作开路，由于参数对称，则0vo。当Iv为脉动信号时（即在原