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辽宁工程技术大学大学物理实验项目项目名称：地下金属探测器班级：矿加13-2同组成员及学号：地下金属探测的设计与研究摘要：在军事上，金属探测器可用于探测金属地雷；在安全领域，可以探测随身携带或隐藏的武器与作案工具；在考古方面，可以探测埋藏金属物品的古墓，找到古墓中的金银财宝与首饰或其他金属制品；在工程中，可用于探测地下金属埋设物，例如管道、管线等；在矿产勘探中，可用来检测和发现自然金颗粒；工业上，可用于在线监测，如去掉棉花，煤炭，食品中的金属杂物等。[2-3]金属探测器还可作为开展青少年国防教育与科普活动的用具，也不失为有趣的娱乐玩具，特别是最近几年，欧美国家已将个人兴趣类金属探测器大范围普及，将金属探测活动演变成为户外运动的一部分。关键字：金属探测器，漩涡电流，电路板，自制廉价DesignandresearchofundergroundmetaldetectorAbstract:inthemilitary,themetaldetectorcanbeusedtodetectmetalmines;inthesecurityfield,candetectcarryorhiddenweaponsandtools;inarchaeology,isabletodetectburiedmetalobjectstofindthetreasuresofgoldandsilverjewelryandtomb,tomborothermetalproducts;inengineering,andcanbeusedforthedetectionofundergroundmetalburiedobjects,suchaspipeline,pipelineandsoon;inmineralresourcesexploration,whichcanbeusedtodetectanddiscovernaturalgoldgrains;industry,canbeusedforon-linemonitoring,suchasremovingthecotton,coal,metalandotherdebrisinfood.[2-3]metaldetectorscanbeusedastheyouthnationaldefenseeducationandscienceactivitiesandappliances,isalsointerestingentertainmenttoy,particularlyinrecentyears,EuropeandtheUnitedStateshaveapersonalinterestinawiderangeofpopulartypemetaldetector,metaldetectionactivitiesbecomeapartofoutdoorsports.Keywords:Themetaldetector,eddycurrent,circuitboard,madeofcheap引言：说起金属探测器,人们就会想到探雷器,工兵用它来探测埋藏的地雷。金属探测器不仅能探测军火，还可以探测到硬币、锁匙及其他金属物品。在战地考古学中，大多数证物都是金属的，如火枪弹头、弹药筒、子弹、大炮和炮弹、榴散弹和刀剑等，具体是哪些证物取决于战役发生的历史时期。因此，战地考古学家最重要的工具就是简单的金属探测器。几十年来，由于被理所当然地认为是盗墓者的“武器”，金属探测器一直饱受非议。直到1983年，理查德.福克斯和后来的道格拉斯.斯科特(DouglasScott)通过对小大角战场的分析证明，通过系统的金属探测调查，几十年的辛苦考古工作可以在很短的时间内就完成。据他们估计，金属探测员在小大角战场发掘出来的5,000件古器物中，用传统方式也许只能找到其中的10件左右。1.1金属探测器的发展现状世界第一台金属探测器诞生于1960年末,最初金属探测器主要应用于工矿企业,作为检查矿产纯度和提高效益的有效工具随着社会的不断发展,在1970年,金属探测器被引入一个新的应用领域即安全检查,它被广泛运用于民航!公安!缉私及边防等领域,也就是今天使用的金属探测器的雏形,它的出现意味着人类对安全的认知程度已步入了一个新的时代一个产品的出现带动了一个行业的发展,于是安检这个陌生的行业开始进入市场随着国内安全防护行业的蓬勃发展,在安检领域,国内出现了多个金属探测器的生产厂商,但从国内市场占有率来看国外的品牌占有80%多的市场份额,民航市场也一直是国内金属探测器的禁区这样的现状,究其原因,大部分是因为产品质量不过关导致相关质量认证书拿不到其实,国内金属探测器产品的研发!生产和推广,近几年已获得了较大的进步但是,就像其他电子类产品一样,金属探测器同样出现了电路仿制!功能趋同!华而不实的现象某些生产厂商这种投入小!压缩研发周期的商业行为导致了产品的一致性很差,可靠性以及安检产品的社会信誉度降低,从而在根本无法满足安检要求在20世纪70年代,随着航空事业迅速发展,劫机和危险事件的发生使得航空及机场安全逐渐受到重视,于是机场的众多设备中金属探测门扮演着排查违禁物品的重要角色也就是在70年代,由于探测门在机场安检中的崭露头角,金属探测门便成为大型运动会(如奥运会)、展览会及政府机关等重要部门的安全保卫工作中必不可少的安检仪器发展到80年代,监狱暴力案件呈直线上升趋势,如何及早有效预防并阻止暴力案件发生成了监狱管理工作中的重中之重,在依靠警员对囚犯加强管理的同时,金属探测门再次成为了美国!英国!法国!日本等发达国家监狱管理机构必备的安检设备,平均每300个囚犯便使用一台金属探测门应用于安全检查;与此同时西方兴起的/寻宝热0,也使手持式!便携式金属探测器得到长足的发展进入90年代,迅速升温的电子制造业发展规模越来越大,大型的电子公司为了减少产品流失!结束员工与公司之间的尴尬局面,陆续采用金属探测门和手持式金属探测器作为管理员工行为!减少产品流失的工具于是金属探测器又有了它新的角色)产品防盗40多年过去了,金属探测器经历了几代探测技术的变革,从最初的信号模拟技术到连续波技术直到今天所使用的数字脉冲技术,金属探测器简单的磁场切割原理被引入多种科学技术成果无论是灵敏度!分辨率!探测精确度还是工作性能上都有了质的飞跃应用领域也随着产品质量的提高延伸到了多个行业1.2金属探测器的应用金属探测器除了应用在食品纺织、服装、矿冶、寻宝、探雷等领域,还逐步扩大到木材!药品!玩具!安检等方面另外,还出现了X光红外探测器系列,能够指示出食品中金属杂质所在的位置和大小,同时应用在安检领域也提高了检测的水平目前,研究人员正研究利用电磁波谱的另外一部分:万亿赫兹辐射或称T射线,进行金属探测T射线有可能改变诸如机场安全和医学成像等领域的现状,并可使食品加工商能探测密封包装食品的含水量,以确保其新鲜度TeraView公司还致力于研发可置于码头的金属探测器,这种探测器可探测到大衣口袋中的剃须刀以及口袋中的塑料炸药食品是人们日常生活中不可或缺的物质资源,其质量的好坏将直接影响人们的生活质量与身体健康在食品生产过程中,金属探测器的应用是质量控制的有效手段之一目前,食品行业普遍实行国际食品技术委员会HACCP(危害分析及临界控制点)质量体系认证[l9,20],为食品的安全提供强有力的保障在实施HACCP过程中,金属检测常被确定为关键控制点而受到严格的把关病从口入,山东大学硕士学位论文人类的生活离不开食品,食品的安全直接关系到人们的身体健康近年来,由于口蹄疫、疯牛病、禽流感、三聚氰胺等事件不断出现,使食品安全问题成为当今社会的一个敏感话题人们对食品的安全性尤其是食源性疾病更加关注,然而由食品中混入异物所造成的食品安全隐患则往往被人们所忽视在食品加工过程中,经常会遇到各种各样的异物混入,如金属,玻璃,塑料,昆虫,毛发,木屑,沙石等等异物可以分为两类:一类是可对人体造成明显危害的(如金属!玻璃),混入食品中的这种异物如果被消费者吃进体内,就可能造成一定的身体伤害,属于一类较为危险的异物:另一类是具有潜在危害的(如头发!木屑!塑料等),这类异物一般情况下是不会给消费者造成身体伤害的但也不是说无所谓,因为无论什么样的异物,都会给消费者带来不安全感因此,加强食品中异物检测与控制的措施,越来越为人们所重视在生产过程中,凡是直接接触金属表面的工序,都有可能引入金属杂质而金属探测器在生产线中的摆放位置是否合理,决定了食品生产的质量以及生产成本的高低如果放置于生产线前几道工序,将会漏掉以后几道工序的金属检测;如果放置于生产线最后几道工序,势必会造成返工以及包装材料的浪费通过对食品企业的考察和分析,发现在食品生产过程中,可能引入铁、铜、铝、钢等多种金属杂质,为了有效地将其去除,需要有针对性地选择金属探测器的型号以及样式。二、制作地下金属探测器2.1金属探测器的构成我们组制作的地下金属探测仪器来自于我们自己在淘宝上买的套件，地址为新板简易金属探测器套件-淘宝网=a1z09.2.9.110.TyQVvK&id=41688581025&_u=f1m7b8m64729我们是买到的散件，然后自己研究明白电路图，自己焊接的金属探测器。他由三部分组成，由电路部分，开关部分以及导线组成。2.2金属探测器原理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。三、理论计算LC谐振检测技术是利用金属物体靠近LC谐振电路时会使电路失谐的特点来检测金属的适当选择LC谐振电路的频率和LC参数,使电路处于谐振状态当有金属物体接近时,便处在一个交变电磁场中,感生涡流。而涡流磁场又会引起L参数变化,使得电路失谐,电量发生变化LC谐振的具体检测原理如下，当磁性金属!非磁性金属以及磁性物料出现在探测线圈平面附近时,依据电磁感应的原理,将发生如下的现象和效应：l)线圈介质条件的变化:当磁性金属或磁性物料接近线圈时,将使其周围的磁场发生变化对于圆形电感线圈,当其中通过交变电流i=几cos研时,中心磁感应强度为刀=(刀/D)几cos勿t(1一1)式中:刀为介质磁导率,D为线圈直径对于紧密缠绕N匝的线圈,其等效电感为：L=N叼i(1一2)式中:中为单匝线圈的磁通量当磁性金属或物料穿过线圈时,由于其磁导率较大,引起磁感应强度变大,因此等效电感会有所增大。2)涡流效应和磁滞效应:电磁感应在金属中产生涡流,涡流又产生涡流磁场(与原磁场方向相反),涡流磁场削弱线圈原磁场的变化,从而使线圈的等效电感有减小的趋势此外,磁性金属还产生磁滞效应3)涡流损耗和磁滞损耗:涡流在金属(磁性或非磁性)中流过必然产生损耗,其表达式如下式中:叱为涡流损耗因子,几为磁场交变频率,凡为磁感应强度的幅值。由于涡流效应和磁性金属的磁滞效应都将引起功率损耗,这将使线圈的等效电阻增大。综上所述,磁性金属、非磁性金属以及磁性物料在接近探测线圈时,线圈的等效电感和电阻都会发生变化。四、金属探测器发展趋势在技术进步的前提下,现在的金属探测器有能力做比以前更多、更为复杂的工作。整体来讲,当今的金属探测器已经出现了两种最具特色的技术功能:精细化和网络化。所谓精细化,是指探测灵敏度的进一步提高,以使金属探测器可以应用于更为严格的质量控制同时,这种金属探测器又应当保持灵敏度的连续可调,保证其广泛的应用场合;而网络化则是指探测器个体之间及其与控制台