《传感器应用实例》课件-项目2 制作金属探测器

机械工业出版社职业教育物联网应用技术专业改革创新教材传感器应用实例项目2

制作金属探测器项目2

制作金属探测器项目目标：1）解常用电涡流式传感器的型号及特点。2）能根据任务要求进行金属探测器的设计。3）会按照方案用电涡流式传感器进行金属探测器的制作和调试。4）能对项目实施进行评价。2.1项目描述

本项目要求设计一款简单实用的手持式金属探测器，用来检测地下或者其他不易观察到的金属部件，并通过声音的音调提示检测到金属的距离。2.2项目分析

本项目以手持式金属探测器为分析重点。手持式金属探测器主要由探头和控制装置两部分构成，探头部分用来检测金属部件，控制装置将探头检测到的信号进行对比区别，通过电路显示出来。2．2．1整体方案设计

2．2．2电路设计及工作原理分析

图2-3所示为金属检测器原理图，电路由高频振荡器、振荡检测器、音频振荡器和功率放大器组成。由三极管VT1和高频变压器T1等组成的电路，是一种变压器反馈型LC振荡器。T1的初级线圈L1和电容器C1组成LC并联振荡回路，其振荡频率约200kHz，由L1的电感量和C1的电容量决定。2025/9/10

振荡检测器由三极管开关电路和滤波电路组成。开关电路由三极管VT2、二极管VD2等组成，滤波电路由滤波电阻器R3，滤波电容器C2、C3和C4组成。当高频振荡器正常工作时，在电阻R4上得到低电平信号，停振时，为高电平，由此完成了对振荡器工作状态的检测。

音频振荡器采用互补型多谐振荡器，由三极管VT3、VT4，电阻器R5、R7、R8和电容器C6组成。互补型多谐振荡器采用两只不同类型的三极管，其中VT3为NPN型三极管，VT4为PNP型三极管，连接成互补的、能够强化正反馈的电路。

功率放大器由三极管VT5、扬声器BL等组成。从多谐振荡器输出的正脉冲音频信号经限流电阻器R9输入到三极管VT5的基极，使其导通，在BL产生瞬时较强的电流，驱动扬声器发声。2．3项目实施2．3．1准备工具与元器件1．工具清单

电烙铁1把、焊锡丝1卷、稳压电源1台、数显表1台、频率计1台、示波器1台、数字万用表1只、示波器1台、常用旋具1套、导线若干。

2．元器件清单见表1-12．3．2安装与调试1．核心元件选用

电电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。2．元器件检测（1）根据元器件清单，进行元器件的清点和分类（2）识别高频变压器引脚；（3）识别发光二极管引脚；（4）使用万用表对电阻器和电位器进行检测，并记录阻值。

将检测结果填入表2-3中。3．元器件成形加工

安装前对各元器件引脚进行成形处理，为保证引脚成形的质量和一致性，应使用专用工具和成形模具，按照工艺要求对元器件进行引脚成形。再将元器件引脚准备焊接处进行刮削去污，去氧化层，再在各引脚准备焊接处上锡。4．金属探测器的安装按照电路原理图2-6，正确安装电路。5．金属探测器的调试步骤一：调试仪器的准备直流稳压电源、数字式万用表或指针式万用表步骤二：通电前检查（1）检测有极性电容引脚是否装反（2）检查稳压二极管极性是否装反（3）检查三极管引脚是否装错（4）检查涡流传感器引脚连接是否正确（5）检查电路连线是否正确，各焊点是否焊牢，元器件是否相互碰触（6）用数字万用表通断档测量电源正负接入点之间电阻，应为高阻状态。如有短路现象，应立即排查。步骤三：通电调试将金属物品接近电感L1（即探测器的探头），线圈中产生的电磁场将在金属物品中感应出涡流，这个能量损失来源于振荡电路本身，相当于电路中增加了损耗电阻。如果金属物品与线圈L1较近，电路中的损耗加大，线圈值降低，使本来就处于振荡临界状态的振荡器停止工作，扬声器发出声音。（1）测量静态电压使用稳压电源给电路接通5V电源，用数字万用表测量图2-6中A点对地电压、各发光二极管和三极管VT1至VT5各引脚的静态电压值，记录在表2-5中,并分析两管当前工作状态。（2）动态电压调试使用稳压电源，一路给电路接通9V电源，将金属探测器与金属物体逐渐接近直到探测器扬声器。（3）酒精液体校准按照传感器的使用要求，先通电将传感器预热，使用调配好50%的酒精溶液作为散发源，把传感器靠近酒精溶液，调节电位器RP，使系统的灵敏度与校正用的酒精浓度测试仪尽可能接近。6．常见故障及排除方法（1）接触酒精后电路不工作，主要原因可能是集成驱动芯片LM3914装反或者MQ-3接错。（2）接触酒精后，点亮的发光二极管个数随距离的变化不明显，主要原因是电路不够灵敏，应适当调节电位器。2.4知识拓展电涡流式传感器在金属体中产生的涡流，其渗透深度与传感器线圈的励磁电流的频率有关。要形成涡流必须具备下列两个条件：1.存在交变磁场；2.导电体处于交变磁场中。涡流的大小与金属导体的电阻率、导磁率、厚度以及线圈与金属体的距离、线圈的激磁电流角频率等参数有关，固定其中若干参数，就能按涡流大小测量出另外一些参数，从而做成移位、振幅等传感器。根据电涡流在导体的贯穿情况，通常把电涡流传感器按激励频率的高低分为和低频透射式两大类。1.HZ891YT系列电涡流传感器，如图2-8所示。HZ891YT系列电涡流传感器型号2.JX20XL系列电涡流传感器，如图2-9所示。JX20系列电涡流传感器由前置器、探头、延伸电缆、连接连接头组成，各项性能指标相当或接近美国本特利(BN)公司3300系列产品水平，可直接替换BN公司3300、7200系列产品。2．6项目测试1.选择题（1）欲测量镀层厚度，电涡流线圈的激励源频率约为（）。A．50～100HzB.1～10kHzC.10～50kHzD.100kHz～2MHz（2）电涡流接近开关可以利用电涡流原理检测出()的靠近程度。A.人体B.水C.黑色金属零件D.塑料零件（3）电涡流探头的外壳用()制作较为恰当。A.不锈钢B.塑料C.黄铜D.玻璃（4）当电涡流线圈靠近非磁性导体（铜）板材后,线圈的等效电感L（）。A.不变B.增大C.减小2．填空题（1）产生电涡流效应后，由于电涡流的影响，线圈的等效机械品质因数

。（2）电涡流传感器的测量电路主要有

式和

式。电涡流传感器可用于移位测量、

、

和

。（5）当电涡流线圈靠近非磁性导体铜板材后，调频转换电路的输出频率f（）。A.不变B.增大C.减小（6）欲探