简易金属探测器设计与实现

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).:15-18[2]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.(2):28-32[3]兰羽.基于AT89S51的金属测量仪的设计[J].工业仪表与自动化装置,2016(4):105-107.[4]隋传国.信号的拾取和放大处理[J].中国仪器仪表,2015(6):102-104.[5].[6][7][8][9].[10]致谢