簡易金屬探測器設(shè)計與實現(xiàn)
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12345678910 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(xì)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12345678910 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).:15-182陸希悅.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):28-323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):102-104.5.6789.10致謝