简易金属探测器设计与实现.docx

此文档收集于网络，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除简易金属探测器设计与实现 一、目的要求 制作简易金属探测器，为了用于安全检查、搜查身上的金属制品，包括手机、管制刀具等，还可以设计制作出汽车探测、流量统计、电梯楼层控制、生产设备位置检测、生产设备开发设计、电子产品设计、游乐设备开发、金属接近开关、人体内金属探测。本设计采用双面玻纤印刷电路板制作了电感传感器，通过高频振荡电路、检测电路、音频振荡电路构成简易金属探测器。 通过学习传感器原理及应用理论课程，应用电涡流传感器知识，进行简易金属探测课程设计，对常用元件器的识别与检测、电子产品的装配与焊接能力、基本电路的分析及应用能力，同时增强对电子产品调试与维修能力、常用检测仪器仪表的使用与操作能力，提高分析问题解决实际工程问题的能力。（绘制电路图、仿真调试，安装实物、实物调试、数据测试，绘制数据表或曲线图，绘制PCB电路板） 二、工作原理 金属探测器的设计是根据电涡流传感器探测线圈靠近金属物体时，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，控制音频振荡输出至蜂鸣器，根据蜂鸣器声音有无，提示是否探测到金属。系统主要由高频振荡电路、检测电路、音频振荡报警输出三部分电路组成，详见图1所示。 高频振荡电路 检测电路 音频振荡电路图1、简易金属探测器工作原理图 工作原理： Q1、L1、L2、C2、C3、R1、W组成高频振荡电路，调节电位器W，可以改变振荡级增益，使振荡器处于临界振荡状态，也就是说刚好使振荡器起振。Q2、Q3组成检测电路，电路正常振荡时，振荡电压交流电压超过0.6V时,Q2就会在负半周导通将C4放电短路，结果导致Q3截止；当探测线圈L1靠近金属物体时，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，使Q2截止，R2给C4充电，Q3导通，给Q4、Q5组成的音频振荡电路供电工作，推动蜂鸣器发声。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。 器件说明：双面玻纤印刷电路板1块、导线、螺丝弹簧、元件清单、外壳等等。 三、制作与调试 本机L1、L2采用印刷板上的铜皮导线形成电感，无需自己制作电感，简单，成功率极高！电路刚用十多个元件，只要安装无误，一般都能正常工作。 器件安装：本设计电路仅用十多个元件，按照原理图安装无误，一般都能正常工作。在装入盒子时要把盒子里的六根柱子剪掉，使板尽量的贴近外壳，这样能使装入盒子后探测距离会有较大的探测距离。电池推荐用3V供电。表1、简易金属探测器元器件清单12345678910 通电调试：安装好后接上电源，调节电位器到刚好不发声（不靠近金属的情况下）用印刷板天线靠近金属，此时应该发声，远离金属后应该停止发声，若远离不能停止发声，应该把电位器逆时针方向调一点点再试，直到符合要求为止。适当的改变C5的容量可以改变发声的频率。 问题及解决方法：通电后长响，这是因为前面振荡级没有起振，有可能是线路板线圈中有匝间短路或者开路，请用放大镜仔细检查。另外，Q2放大倍数太低不足以让Q3关断也会长响，可更换Q2或者将R2阻值换大至10K左右（推荐：比较省电且对前级影响会更小）。 四、实验测试 本简易探测器能轻松的、稳定可靠的控测距离线圈平面（线路板）2.5CM左右的金属硬币、钢板、铁板、铝板、电脑光碟等，这中间可以阻隔木板、书本、报纸、玻璃、地面砖、泥土、砂子、自来水、燃油、皮肤（手掌）、衣服、空气、灰尘等金属以外的物体。表2、探测金属测试情况记录12345678910 表1中分别针对*进行测试，实际试验最大探测距离可以达到5CM甚至更远，可以隔着衣服探测出口袋的手机、钥匙、硬币等金属。 五、实验结果 本探测器的线圈有效直径大约是4CM，线圈Q值和直径跟探测距离的关系还有待大家来进行实验探索，一般来说，采用本探测器原理制作的金属探测器，最大有效探测距离约等于探测线圈的直径。 六、应用领域 本金属探测器原理的用途举例一：如果要在某路面探测是否有汽车经过，由于汽车底盘离路面有0.5米或以上的高度，加上水泥会掩埋5-10CM的深度，因此，在地面掩埋直径1米的线圈就可以稳定准确可靠的检测出上面是否有汽车存在，这在公路流量统计、停车场禁停区域统计是很有实用价值的。 本金属探测器原理的用途举例二：在电梯控器的每楼层都必需一个传感器，检测电梯是否到达了停止位置，如果采用机械行程开关的话，会存在寿命和可靠性因素；如果采用光电耦合器的话，就会存在长时间灰尘沉积故障；因此，最好的方法就是安装一个金属探测器，根据金属的有无来确定电路的通断。这在很多设备、机器中都会有很高的实用价值。 七、结论 本设计具有采用最少元件，电路设计简单、携带方便等特点。通过L1、L2采用印刷板上的铜皮导线形成电感，电路简单可靠。设计的简易探测器能稳定可靠的控测2.5CM左右的金属，最大探测距离约5CM。 本研究可以用于安防检测.领域。 改进设想：如果需要更远的探测距离和更高的灵敏度，进一步更改探测线圈，探测线圈的直径越大，探测距商就会越远；探测线圈的Q值越高，对小金属分辨能力就越强。参考文献1韩吉生.基于单片机金属探测仪检测仪的设计J.科学时代, 2015(5).:15-182陆希悦.一种新型便捷式金属测量仪J. 电子测试与仪器学报,2014