模電課設(shè)-金屬探測器要點(diǎn)

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1、遼寧工業(yè)大學(xué) 模擬電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文） 題目：金屬探測器 院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起止時(shí)間：2013.07.01 —2013.07.14 I 挈 遼寧工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語 院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電子信息工程 學(xué)號(hào) 110303084 學(xué)生姓名 習(xí)興佳 專業(yè)班級(jí) 電氣113 課程設(shè)計(jì) 題目 金屬探測器 課 程 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 任 務(wù) 設(shè)計(jì)任務(wù)： 1 .現(xiàn)設(shè)計(jì)法制作能高精度金屬探測器。 2 .設(shè)計(jì)電路所需的直流穩(wěn)壓電源。 3 .工作溫度范圍

2、：-40 ℃ 一 +50C。 4 .連續(xù)工作時(shí)間40小時(shí) 設(shè)計(jì)要求： 1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用 環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。 2 .確定合理的總體方案。對(duì)各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、 成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，笄考慮器件的來源，敲定可行 力不。 3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè) 設(shè)計(jì)。 4 .組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號(hào)的流向，采用左進(jìn) 右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。 進(jìn)度計(jì)劃 1、布置任務(wù)，查閱資料，理

3、解金屬探測器的原理和基本使用方法。 （2天） 2、金屬探測器總電路繪制、參數(shù)設(shè)定及公式列寫計(jì)算。 （1天） 3、金屬探測器單元電路圖繪制、基本原理及參數(shù)設(shè)定。 （2天） 4、利用EWB仿真軟件模擬總電路。（1天） 5、對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。（1天） 6、撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書（1天） 指導(dǎo)教師評(píng)語及成績 平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 注：成績：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20%以百分制計(jì)算 摘要 金屬探測器是專門用來探測金屬的儀器，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、安檢、娛樂、 考試等領(lǐng)域。隨著電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，傳

4、統(tǒng)的金屬探測系統(tǒng)也向著新 的方向快速更新和發(fā)展。金屬探測器在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，從最 初應(yīng)用在探雷和探測地下金屬開始發(fā)展到現(xiàn)在的旅游安檢、食品、反恐、冶金等 方面的保護(hù)性檢測與安全質(zhì)量檢測。在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步及金屬探測器在現(xiàn)代社 會(huì)生活和工業(yè)生產(chǎn)中的作用不斷凸現(xiàn)之下，怎么提升和完善金屬探測器的性能， 已經(jīng)成為本領(lǐng)域待解決的問題。本文主要介紹的金屬探測器的基本原理、金屬探 測器的組成、每個(gè)組成部分的原理框圖及介紹以及金屬探測器的基本特點(diǎn)。 金屬探測器是利用電磁感應(yīng)原理，利用有交流通電的線圈，產(chǎn)生迅速變化的 磁場這個(gè)磁場能在金屬物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流又會(huì)產(chǎn)生磁場，倒過來影響原來 的磁

5、場而產(chǎn)生渦流，經(jīng)過振蕩電路、放大電路將產(chǎn)生較小的渦流經(jīng)放大處理之后 傳到報(bào)警器已到達(dá)探測金屬的目的。本設(shè)計(jì)方案具有設(shè)計(jì)簡單，精確性高，可靠 性好的特點(diǎn)。 金屬探測器總體共分為五個(gè)部分電路組成：直流電源及振蕩、檢波電路；前 置放大電路；電壓一電流變換電路；電流一頻率變換電路；直流電源欠壓報(bào)警電 路。金屬探測器經(jīng)此五種單元電路將由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的渦流經(jīng)過放大處理從而引 發(fā)探測器發(fā)出鳴聲。 關(guān)鍵詞：金屬探測器；電磁感應(yīng)；振蕩；放大電路；渦流; # I 挈 遼寧工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） 目錄 第1章緒論 1 1.1 金屬探測器的歷史發(fā)展與現(xiàn)狀 1 1.2 本文主要內(nèi)容 1

6、 第2章金屬探測器的總體方案設(shè)計(jì)與選擇 2 2.1 高頻振蕩器探測金屬 2 2.2 場強(qiáng)識(shí)別探測金屬 2 第3章電路總原理及基本框圖 3 3.1 金屬探測器的原理框圖 3 3.2 金屬探測器的組成及基本原理 3 3.3 金屬探測器原理仿真電路圖及工作原理 3 3.4 金屬探測器電路參數(shù)計(jì)算 5 第4章單元電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 6 4.1 直流電源及振蕩、檢波電路 6 4.2 前置放大電路 7 4.3 電壓一電流變換電路 8 4.4 電流一頻率變換電路 9 4.5 直流電源欠壓報(bào)警電路 10 第5章課程設(shè)計(jì)總結(jié) 12 附

7、錄 13 參考文獻(xiàn) 18 iii I 5上挈 遼寧工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） 第1章緒論 1.1 金屬探測器的歷史發(fā)展與現(xiàn)狀 全球第一臺(tái)金屬探測器誕生于1960年，步入工業(yè)時(shí)代最初的金屬探測器也只 應(yīng)用于工礦業(yè)，是檢查礦業(yè)純度、提高效益的得力助手。隨著社會(huì)的發(fā)展，犯罪 案件的上升，1970年，金屬探測器被引入新的應(yīng)用領(lǐng)域一一安全檢查，也就是我 們今天所用的金屬探測門的雛形，它的出現(xiàn)意味著人類對(duì)安全的認(rèn)知已經(jīng)步入新 紀(jì)元。 40多年過去了，金屬探測器經(jīng)歷了幾代探測技術(shù)的變革，從最初的信號(hào)模擬 技術(shù)到連續(xù)波技術(shù)直到今天所使用的數(shù)字脈沖技術(shù)，金屬探測器簡單的磁場切割 原理被引

8、入許多科學(xué)技術(shù)成果。 70年代，隨著航空事業(yè)的迅速發(fā)展，劫機(jī)和各種危險(xiǎn)事件的發(fā)生使航空及機(jī) 場安全逐步受到重視，于是在機(jī)場的眾多設(shè)備中金屬探測器扮演著排查違禁物品 的重要角色。 進(jìn)入90年代，迅速升溫的電子制造業(yè)成為了這個(gè)時(shí)代的寵兒， 金屬探測器作 為管理員工行為、減少產(chǎn)品流失的利刃。于是金屬探測器又有了它的新角色一產(chǎn) 品防盜。 1.2 本文主要內(nèi)容 本文主要是利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生的渦流通過振蕩、檢波、變頻、放大等電路自 行設(shè)計(jì)高精度金屬探測器。之后用 EW昉真軟件制作出仿真模擬圖，進(jìn)行驗(yàn)證分 析。根據(jù)其設(shè)計(jì)要求，該金屬探測器的設(shè)計(jì)電路需要直流穩(wěn)壓電源，要求所工作 的溫度范圍在-40 ℃

9、 一 +50c之間。其工作時(shí)間是連續(xù)工作 40小時(shí)。 金屬探測器可分為高頻振蕩器探測金屬和場強(qiáng)識(shí)別探測金屬兩大類。由五部 分單元電路組成：直流電源及振蕩、檢波電路；前置放大電路；電壓一電流變換 電路；電流一頻率變換電路；直流電源欠壓報(bào)警電路。本文詳細(xì)介紹了這五部分 單元電路的組成，基本原理、原理電路圖以及在金屬探測器中是怎樣工作的。 綜合考慮金屬探測器的各個(gè)方案，根據(jù)電路的先進(jìn)新、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的 高低、制作的難易程度以及器件的來源等多方面綜合考慮，最后確定可行的制作 方° 第2章 金屬探測器的總體方案設(shè)計(jì)與選擇 2.1 高頻振蕩器探測金屬 調(diào)節(jié)高頻振蕩器的增益電位器，恰

10、好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。當(dāng)探測線圈 L靠近金屬物體時(shí)，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，會(huì)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。如果能檢測出這 種變化，并轉(zhuǎn)換成聲音信號(hào)，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。 探 2.2 場強(qiáng)識(shí)別探測金屬 場強(qiáng)識(shí)別：利用金屬物體對(duì)信號(hào)產(chǎn)生諧波的場強(qiáng)變化而使振幅之變化來識(shí)別 金屬物體。 利用探頭線圈產(chǎn)生交變電磁場在被測金屬物中感應(yīng)出渦流，渦流產(chǎn)生反作用 于探頭，使探頭線圈阻抗發(fā)生變化，從而使探測器的振蕩器振幅也發(fā)生變化

11、。該 振幅變化量作為探測信號(hào)，經(jīng)放大、變換后轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)，驅(qū)動(dòng)音響電路發(fā)聲, 音頻信號(hào)隨被測金屬大小及距離的變化而變化。 # I 挈 遼寧工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） 第3章 電路總原理及基本框圖 3.1 金屬探測器的原理框圖 探 圖2金屬探測器原理框圖 3.2 金屬探測器的組成及基本原理 一共分為：直流電源及振蕩、檢波電路；前置放大電路；電壓 -電流變換 電路；電流-頻率變換電路；直流電源欠壓報(bào)警電路。 利用電磁感應(yīng)原理，利用有交流通電的線圈，產(chǎn)生迅速變化的磁場這個(gè)磁 場能在金屬物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流又會(huì)產(chǎn)生磁場，倒過來影響原來的 磁場而產(chǎn)生渦流。 將諧振信號(hào)

12、變成電信號(hào)，經(jīng)過放大、整流濾波，來產(chǎn)生磁場變化從而引發(fā) 探測器發(fā)出鳴聲。 采用高、低通有源濾波電路來實(shí)現(xiàn)振蕩對(duì)探測器的控制。 3.3 金屬探測器原理仿真電路圖及工作原理 金屬探測器仿真電路圖：如附錄圖1所示；元件參數(shù)如附錄表1。 2.金屬探測器工作原理： 1）高頻振蕩器工作原理： 由三極管VTi和高頻變壓器L等組成，是一種變壓器反饋型 LC振蕩器。L 的初級(jí)線圈Li和電容器Ci組成LC并聯(lián)振蕩回路，其振蕩頻率約 200kHz,由Li 的電感量和Ci的電容量決定。L的次級(jí)線圈L2作為振蕩器的反饋線圈，其“ C” 端接振蕩管VTi的基極，“ D”端接VD2。由于VD2處于正向?qū)顟B(tài)，

13、對(duì)高頻 信號(hào)來說，“ D”端可視為接地。在高頻變壓器 L中，如果" A”和“D”端分別 為初、次級(jí)線圈繞線方向的首端，則從“ C”端輸入到振蕩管VTi基極的反饋信 號(hào)，能夠使電路形成正反饋而產(chǎn)生自激高頻振蕩。振蕩器反饋電壓的大小與線圈 Li、L2的匝數(shù)比有關(guān)，匝數(shù)比過小，由于反饋太弱，不容易起振，過大引起振蕩 波形失真，還會(huì)使金屬探測器靈敏度大為降低。 振蕩管VTi的偏置電路由R2和 二極管VD2組成，R2為VD2的限流電阻。由于二極管正向閾值電壓恒定（約0.7V）, 通過次級(jí)線圈L2加到VTi的基極，以得到穩(wěn)定的偏置電壓。顯然，這種穩(wěn)壓式的 偏置電路能夠大大增強(qiáng)VTi高頻振蕩器的

14、穩(wěn)定性。為了進(jìn)一步提高金屬探測器的 可靠性和靈敏度，高頻振蕩器通過穩(wěn)壓電路供電，其電路由穩(wěn)壓二極管 VDi、限 流電阻器R6和去耦電容器C5組成。振蕩管VTi發(fā)射極與地之間接有兩個(gè)串聯(lián)的 電位器，具有發(fā)射極電流負(fù)反饋?zhàn)饔?，其電阻值越大，?fù)反饋?zhàn)饔迷綇?qiáng)， VTi的 放大能力也就越低,甚至于使電路停振。 Rpi為振蕩器增益的粗調(diào)電位器,Rp2為 細(xì)調(diào)電位器。 2）振蕩檢測器工作原理： 振蕩檢測器由三極管開關(guān)電路和濾波電路組成。開關(guān)電路由三極管 VT2、二 極管VD2等組成，濾波電路由濾波電阻器 R3,濾波電容器C2、C3和C4組成。在 開關(guān)電路中，VT2的基極與次級(jí)線圈L2的“C端相連

15、，當(dāng)高頻振蕩器工作時(shí)，經(jīng) 高頻變壓器L耦合過來的振蕩信號(hào)，正半周使 VT2導(dǎo)通，VT2集電極輸出負(fù)脈沖 信號(hào)，經(jīng)過冗型RC濾波器，在負(fù)載電阻器R2上輸出低電平信號(hào)。當(dāng)高頻振蕩器 停振蕩時(shí)，“C端無振蕩信號(hào)，又由于二極管VD2接在VT2發(fā)射極與地之間，VT2 基極被反向偏置，VT2處于可靠的截止?fàn)顟B(tài)，VT2集電極為高電平，經(jīng)過濾波器， 在R4上得到高電平信號(hào)。由此可見，當(dāng)高頻振蕩器正常工作時(shí)，在 R4上得到低 電平信號(hào)，停振時(shí)，為高電平，由此完成了對(duì)振蕩器工作狀態(tài)的檢測。 3）音頻振蕩器工作原理： 音頻振蕩器采用互補(bǔ)型多諧振蕩器，由三極管 VT3、VT4,電阻器R5、R7、 R8和電容器C

16、6組成。（如下圖3）互補(bǔ)型多諧振蕩器采用兩只不同類型的三極管， 其中VT3為NPN型三極管，VT4為PNP型三極管，連接成互補(bǔ)的、能夠強(qiáng)化正 反饋的電路。在電路工作時(shí)，它們能夠交替地進(jìn)入導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，產(chǎn)生音頻振 # I鳥/承上挈 遼寧工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)(論文) 蕩。R7既是VT3負(fù)載電阻器，又是 VT3導(dǎo)通時(shí)VT4基極限流電阻器。R8是VT4 集電極負(fù)載電阻器，振蕩脈沖信號(hào)由 VT4集電極輸出。R5和C6等是反饋電阻器 和電容器，其數(shù)值大小影響振蕩頻率的高低。 R7 10 kOhm Ri 1 kOtim C6 0 01 uF R0 27 k Ohm 圖3音頻

17、振蕩器組成電路圖 4）功率放大器工作原理： 功率放大器由三極管 VT5、揚(yáng)聲器BL等組成。從多諧振蕩器輸出的正脈沖 音頻信號(hào)經(jīng)限流電阻器 R9輸入到VT5的基極，使其導(dǎo)通，在BL產(chǎn)生瞬時(shí)較強(qiáng)的 電流，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。由于 VT5處于開關(guān)工作狀態(tài)，而導(dǎo)通時(shí)間又非常短，因 此功率放大器非常省電，可以利用 9V積層電池供電。 3.4金屬探測器電路參數(shù)計(jì)算 金屬探測器是采用線圈的電磁感應(yīng)原理來探測金屬的。當(dāng)通過交變電流 I =ImCOS幽時(shí)，線圈周圍空間會(huì)產(chǎn)生交變磁場，根據(jù)畢奧―薩伐爾定律可計(jì)算出 線圈中心軸線上一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B為： 2R -I R B= dBx = dBsn =

18、 r— dl x 0 4 r2 r HR2 」IR2 」JrR21m 2r3 2(x2 R2)3/2 2(x2 R2)3/2 其中，R 5為介質(zhì)的磁導(dǎo)率，R為相對(duì)磁導(dǎo)率，明為真空磁導(dǎo)率。 第4章 單元電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 4.1直流電源及振蕩、檢波電路 系統(tǒng)穩(wěn)壓電源采用集成三端穩(wěn)壓器 CW79L05組成，其輸入端接電池(-12V), 輸出穩(wěn)壓值為-5V o 采用變壓器耦合正弦波振蕩器、二極管 D3和電容C5組成檢波電路，原理如 圖4示(仿真電路圖如附錄圖2所示) 圖4直流電源及振蕩、檢波電路 圖中，Li、L2、L3和L4為繞在同一磁罐內(nèi)的四組線圈。當(dāng)電源接通后，

19、電路 產(chǎn)生振蕩，其輸出電壓幅度指數(shù)上升至三極管飽和。為防止產(chǎn)生振蕩阻塞，須選 擇合適的匝數(shù)比可取。R3、C4為射極偏置電路，L5、C6構(gòu)成探頭諧振回路。為提 高探測器的靈敏度，要求探頭電感線圈有較高的電壓，可利用變壓器升壓來實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)無金屬物體時(shí)振蕩器的振蕩頻率： f = 1/( 2二 \ L5c 6 ) 當(dāng)金屬物體接近探頭時(shí)，L5的等效電感發(fā)生變化，諧振回路L5、C6失諧從而 使負(fù)載能力很弱的變壓器次級(jí) L3兩端的電壓發(fā)生明顯變化，經(jīng)取樣電感 L4及檢 波電路將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流探測信號(hào)輸出。 部分元件的參數(shù)值：如表4-1所示； # I 5上挈 遼寧工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）

20、 表4— 1部分元件參數(shù)值 Li：L2 1:5 L2：L3 1:150 L5 3.5mH C6 0.01 0 f 26.9kHz 4.2前置放大電路 前置放大電路用差動(dòng)輸入放大器組成，如圖 5示（仿真電路圖如附錄圖3所 示）0 R6100kQ —O— RilOkQ —□— R2l0kQ -O— Ci Vo 圖5前置放大電路 7 其靜態(tài)工作點(diǎn)如下: I CQ = - I BQ VEE 一 U beq 胃 1 EQ IeQ =(1 )BQ 2Re U BEQ = Vcc U BEQ - I CQ RC 圖

21、中Ri、Ci、R2及C2構(gòu)成差動(dòng)積分電路，即自動(dòng)回零電路，其作用是對(duì)變 化緩慢的直流信號(hào)進(jìn)行抑制，而對(duì)變化較快的金屬探測信號(hào)進(jìn)行 100倍放大，從 而在一定程度上抑制了土壤效應(yīng)。當(dāng)VI為緩變直流信號(hào)時(shí)，由于積分電路時(shí)間常 數(shù)較小 1 =R1c1 = 10ms, 2 =R2c2 = 220ms Ci、C2可視作開路，由于參數(shù)對(duì)稱，則 V0=0Vo當(dāng)VI為脈動(dòng)信號(hào)時(shí)（即在 原檢波輸出電壓基礎(chǔ)上疊加脈動(dòng)變化量 AVI）。RiCi、R2c2組成差動(dòng)積分電路（積 分器負(fù)載電阻較大，其影響可忽略）由經(jīng)典法得 R6 , 、 Vo = — “2 - Vi) R3 100t /5t、 = I0

22、0」vI(e -e ) 可求得t=32.5s時(shí)，輸出達(dá)最大值|V0|=82.5mV。隨時(shí)間延長，|V0|逐漸減小, t=i s時(shí)，V0- V?？梢娗爸梅糯笃骺梢种拼笥趇s的慢變干擾信號(hào) 部分元件的參數(shù)值：如表4-2所示； 表4—2部分元件參數(shù)值 放大器選擇 DG747型號(hào) Ri = R2 i0k Q R3=R4 ik Q R5=R6 i00k Q Ci i 0 C2 22 口 C3 0.047 口 Rw I00 q 4.3 電壓一電流變換電路 電壓-電流變換電路用運(yùn)算放大器和三極管等組成電流負(fù)反饋電路， 如圖6所 示（仿真電路圖如附錄圖4所示）

23、。 I 挈 遼寧工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） Vo 圖6電壓-電流變換電路 對(duì)晶體管進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析有: _Uo 僅0 一5 一 展 （1 一二）R8 Ri f （1：）R Ro = R10 由前置放大器輸出的直流脈動(dòng)信號(hào)經(jīng)本級(jí)方大后得到穩(wěn)定的恒流輸出，以驅(qū) 動(dòng)后級(jí)電流-頻率變換器。圖中Rw為系統(tǒng)工作狀態(tài)調(diào)節(jié)電位器。靜態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)Rw 使三極管工作臨界截止?fàn)顟B(tài)，二極管接近于導(dǎo)通。 一旦Vi輸入脈動(dòng)放大信號(hào)，三 極管進(jìn)入放大狀態(tài)，二極管迅速導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)下一級(jí)工作。電阻 R9取值較大 （2.2MQ）,使得三極管T集電極電流稍有變化，就會(huì)使二極管 D迅速導(dǎo)通。 4.4 電流一

24、頻率變換電路 電流-頻率變換電路的作用是將前級(jí)放大后的直流信號(hào)轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)， 驅(qū)動(dòng) 耳機(jī)發(fā)出聲響。金屬物體越大或者探頭離金屬物體越近，其輸出的信號(hào)就越強(qiáng)， 頻率就越高。采用CMOS時(shí)基電路CH7555構(gòu)成由輸入電壓控制的多諧振蕩器， 電路如圖7示（仿真電路圖如附錄圖5所示）。 -12V o Ci 0.01 C3 R4 R2 18k R1 -□ 1kQ C2 0.33 2 6 R3 CH7555 3 0.015 il1 D立10 R5 8.2k Q R6 耳機(jī) 20k Q 圖7電流-頻率變換電路 圖中，輸入信號(hào)Vi控制電容器C2的充

25、電時(shí)間，從而決定輸出音頻信號(hào)的頻 率，實(shí)現(xiàn)電流-頻率轉(zhuǎn)換。當(dāng)Vi無信號(hào)輸入時(shí)（前級(jí)輸出端二極管截止，電流為 零），由R2、C1、D產(chǎn)生充放電信號(hào)，使變換器輸出一個(gè)間隔約 3s的窄脈沖，耳 機(jī)中產(chǎn)生一間隔為3s的“搭-搭”聲，以示無探測信號(hào)。當(dāng)探測到金屬物體時(shí)， 耳機(jī)中聲響的頻率增高，信號(hào)加大。 部分元件的參數(shù)值：如表4-3所示 表4— 3部分元件參數(shù)值 R1 1kQ R2 18kQ R5 8.2k Q R6 20k Q C1 0.33 0 C2 0.015 口 C3 0.01 0 4.5 直流電源欠壓報(bào)警電路 換新電池，故采用一檢測報(bào)警電路告之用戶。報(bào)警

26、電路如圖 8所示（仿真電 路圖如附錄圖6所示）。 # I i上挈 遼寧工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） 圖8直流電源欠壓報(bào)警電路 用CMOS時(shí)基電路CH7555和阻容元件組成多諧振蕩器，采用-5V穩(wěn)壓電源 供電。當(dāng)Vt下降至-6.5V時(shí)，電路起振，發(fā)出電壓不足報(bào)警信號(hào)。該振蕩器的振 蕩頻率f = 4.9kHz,比探測信號(hào)頻率高，且固定不變，因此不會(huì)與探測信號(hào)相混 淆。 部分元件的參數(shù)值：如表4—4所示； 表4— 4部分元件的參數(shù)值 Ri 1k Q R2 68k Q R3 24k Q R4 2.4k Q C 6800 p F f 4.9kHz

27、11 I 挈 遼寧工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） 第5章課程設(shè)計(jì)總結(jié) 本文設(shè)計(jì)的高精度金屬探測器可以用來近距離檢測金屬。本金屬探測器具有 較高的靈敏度，用它探測大塊金屬時(shí)，探頭距金屬物體 20cm揚(yáng)聲器就會(huì)發(fā)出聲 音，小到曲別針，甚至一枚大頭針都能檢測到，只是探頭線圈必須緊靠細(xì)小的金 屬物體。用金屬探測器探測金屬時(shí)，只要探頭靠近任何金屬，揚(yáng)聲器就會(huì)發(fā)出報(bào) 警聲音，遠(yuǎn)離一定位置叫聲自動(dòng)停止。 該金屬探測器包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件電路設(shè)計(jì)兩大部分。硬件電路設(shè)計(jì)主 要完成傳感器外圍電路的設(shè)計(jì)，硬件電路設(shè)計(jì)包括金屬探頭、直流穩(wěn)壓電源、欠 檢報(bào)警器和揚(yáng)聲器。軟件電路設(shè)計(jì)由：振蕩、檢波電路；前置

28、放大電路；電壓一 電流變換電路；電流一頻率變換電路四部分單元電路組成。其原理是線圈產(chǎn)生交 變磁場在被測金屬物體中感應(yīng)出渦流，渦流產(chǎn)生反作用于探頭使探頭線圈阻抗發(fā) 生變化，從而使探測器的振蕩振幅也發(fā)生變化。該振幅變化量作為探測信號(hào)，經(jīng) 前置放大電路將本信號(hào)放大，輸出的是電壓信號(hào)，在通過電壓一電流變換電路使 該電壓信號(hào)變換成電流信號(hào)，將電流信號(hào)通過電流一頻率變換電路轉(zhuǎn)化為音頻信 號(hào)輸送到揚(yáng)聲器，驅(qū)動(dòng)音響電路發(fā)生。音頻信號(hào)隨金屬物體的大小及距離的變化 而變化 金屬探測器在靜態(tài)下，也就是揚(yáng)聲器不發(fā)聲時(shí)，總電流為 10MA以上，探測 到金屬揚(yáng)聲器發(fā)出聲音時(shí)，其電流上升到 20MA以上，由交流電220V

29、經(jīng)過直流 穩(wěn)壓電源可放出0V—20V直流電壓，可連續(xù)工作40小時(shí)以上。 13 錄 附 逕也 - - 卷二 」「卜 乙T 口百 聲 揚(yáng) 看二 蜜 :一尸 V IOL 善音 生 E豆甲 士三卜 K T § 目 -L--L TST 盲宜 窗 AW- 至 Q§ 生 小 篇£0 I 汽g上士工云 & LIA 1 附圖i金屬探測器仿真電路圖 小1§七 三

30、 I//笊/挈 遼寧I業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） 15 -5V 穩(wěn)壓器 R2 2 4 kOhm -WA/_ 附圖2直流電源及振蕩、檢波電路仿真圖 RW [R]/100 Ohm/50% R1 WkOhm -VW- R3 1 k Ohm -AAAr R6 100 k Ohm

31、 -^WV- C3 0.047 UF 10 k Ohm -^\AAr- R4 1 k Ohm -AAA~f-J C1 1 IJF ，C2 22 uF R5 1 GO k Ohm 附圖3前置放大電路仿真圖 遼寧工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） -5 V R5 8.2 k Ohm \/w 1 k Ohm 2 2 M Ohm R6 20 k Ohm R8 10 k Ohm

32、 17 附圖4電壓一電流變換電路仿真圖 R1 I k Ohm ■AAAr 2 * C2 口叫 5 uF 0.33 uF >1S kOhm 10 Ohm CH7555 CH7555 C3 0.01 uF R4 kOhm R5 82 kOhm -N\N Rfi 20 k Ohm 至棚 附圖5電流一頻率變換電路仿真圖 6800 pF R2 VT 60 k Ohrn ? WV R1 1 k

33、 Ohm CH7555 S R3 24 kOhm 附圖6直流電源欠壓報(bào)警電路仿真 R4 2 4k Ohm -WV 19 I心〃挈 遼寧工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文） 表1金屬探測器總原理圖元件參數(shù) 符號(hào) 規(guī)格 名稱 數(shù)量 Rpi 5.1KQ 滑動(dòng)變阻器 1 Rp2 330 Q 滑動(dòng)變阻器 1 Vcc 12V 直流電源 1 Ri 270KQ 電阻 1 R2 2.7KQ 電阻 1 R3 220KQ

34、電阻 1 R4 56KQ 電阻 1 R5 1KQ 電阻 1 R6 390KQ 電阻 1 R7 10KQ 電阻 1 R8 27KQ 電阻 1 R9 1KQ 電阻 1 Ci 3300pF 電容 1 C2 1 N F 電容 1 C3 0.03 a F 電容 1 C4 0.1 pF 電容 1 C5 47 pF 電容 1 C6 0.01 pF 電容 1 C7 1 N F 電容 1 K 開關(guān) 1 VDi 穩(wěn)壓管 1 VD2 穩(wěn)壓管 1 VTi 三極管 1 VT

35、2 三極管 1 VT3 三極管 1 VT4 三極管 1 VT5 三極管 1 參考文獻(xiàn) [1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）第五版.高等教育出版社，1998 [2]邱關(guān)源.電路 第五版.高等教育出版社，2006 [3]魯春寶等.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn).東北大學(xué)出版社，2010 [4]彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).高等教育出版社，1997 [5]張鳳言.電子電路基礎(chǔ).高等教育出版社，1995 [6]房旭民撰文.一種高靈敏度的金屬探測器.電子技術(shù)應(yīng)用，1991年第9期 [7]鶴壁市金屬探測器廠撰文.金屬探測器TC系列.北京電子報(bào)，1995年第22期 21