《感測(cè)技術(shù)》課程設(shè)計(jì)題目：金屬探測(cè)器的制作學(xué)號(hào)姓名：劉長(zhǎng)軍劉倩倩劉嘉威劉校羅林李鑫林祥祥林晗老師：袁新娣時(shí)間：2013年11月引言認(rèn)識(shí)金屬探測(cè)器金屬探測(cè)器作為一種最重要的安全檢查設(shè)備，己被廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生活和工業(yè)生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域。比如在機(jī)場(chǎng)、大型運(yùn)動(dòng)會(huì)（如奧運(yùn)會(huì)）、展覽會(huì)等都用金屬探測(cè)器來(lái)對(duì)過(guò)往人員進(jìn)行安全檢測(cè)，以排查行李、包裹及人體夾帶的刀具、槍支、彈藥等傷害性違禁金屬物品；工業(yè)部門(mén)（包括手表、眼鏡、金銀首飾、電子等生產(chǎn)含有金屬產(chǎn)品的工廠）也使用金屬探測(cè)器對(duì)出入人員進(jìn)行檢測(cè)，以防止貴重金屬材料的丟失目前，就連考試也開(kāi)始啟用金屬探測(cè)器來(lái)防止考生利用手機(jī)等工具進(jìn)行作弊。由此可見(jiàn)，金屬探測(cè)器對(duì)工業(yè)生產(chǎn)及人身安全起著重要的作用。而為了能夠準(zhǔn)確判定金屬物品藏匿的位置，就需要金屬探測(cè)器具有較高的靈敏度。目前。國(guó)外雖然已有較為完善的系列產(chǎn)品，但價(jià)格及其昂貴；國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的金+.屬探測(cè)器則是利用模擬電路進(jìn)行檢測(cè)和控制的，其電路復(fù)雜，探測(cè)靈敏度低，且整個(gè)系統(tǒng)易受外界干擾。一、設(shè)計(jì)目的1、進(jìn)一步了解和運(yùn)用渦流效應(yīng)的原理。2、了解電容三點(diǎn)式振蕩電路原理。二：任務(wù)和要求1、任務(wù)：設(shè)計(jì)一種可準(zhǔn)確探測(cè)小范圍內(nèi)是否存在金屬物體的電子。2、探測(cè)器性能要求：（1）工作溫度范圍：-40°C——+50°C。（2）連續(xù)工作時(shí)間：一組5號(hào)干電池可連續(xù)工作40h（小時(shí)）。（3）要求當(dāng)有金屬靠近傳感器時(shí)相應(yīng)的電路會(huì)發(fā)出警報(bào)。（4）探測(cè)距離在20mm以?xún)?nèi)。三、總方案設(shè)計(jì)1、元器件的準(zhǔn)備電路中的NPN型三極管型號(hào)為9014,三極管VT1的放大倍數(shù)不要太大，這樣可以提高電路的靈敏度。VD1-VD2為1N4148。電阻均為1/8W。金屬探測(cè)器的探頭是一個(gè)關(guān)鍵元件，它是一個(gè)帶磁心的電感線圈。磁心可選①10的收音機(jī)天線磁棒，截取15mm，再用絕緣板或厚紙板做兩個(gè)直徑為20mm的擋板，中間各挖一個(gè)①10mm的孔，然后套在磁心兩端，如圖1所示。最后①0.31的漆包線在磁心上繞。如果不能自制，也可以買(mǎi)一只6.8mH的成品電感器，但必須是那種繞在“工”字形磁心上的立式電感器，而且電感器的電阻值越小越好。tob_id_33892、電路的制作與調(diào)試圖2是金屬探測(cè)器電原理圖圖，組裝前將所用元器件的管腳引線處理干凈并鍍上錫。對(duì)照三個(gè)圖，依次將電阻器、二極管、電容器、三極管、發(fā)光二極管、微調(diào)電阻器焊到電路板上，再將電感探頭連接到電路板上。電路裝好，檢查無(wú)誤就可以通電調(diào)試。接通電源，將微調(diào)電阻器R8的阻值由大到小慢慢調(diào)整，直到發(fā)光二極管亮為止。然后用一金屬物體接近電感探頭的磁心端面，這時(shí)發(fā)光二極管會(huì)熄滅。調(diào)整微調(diào)電阻器R8可以改變金屬探測(cè)器的靈敏度，微調(diào)電阻器R8的阻值過(guò)大或過(guò)小電路均不能工作。如果調(diào)整得好，電路的探測(cè)距離可達(dá)20mm。但要注意金屬探測(cè)器的電感探頭不要離元器件太近，在裝盒時(shí)不要使用金屬外殼SL16.8mH13C20.01uf0.01ufCAPNPR13.3kR23.3kR36.8kR4100R6680kR72MR85.1kC40.1ufC50.1ufC72.2ufQ1ATR_2_IS_N_A312Q1BTR_2_IS_N_A645Q2ATR_2_IS_N_A3120.01ufCAPNPD1DIODED2DIODED3LED5V圖2金屬探測(cè)器總原理圖3、電路工作原理渦流效應(yīng)圖3渦流傳感器結(jié)構(gòu)圖根據(jù)電磁理論，我們知道，當(dāng)金屬物體被置于變化的磁場(chǎng)中時(shí)，金屬導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生自行閉合的感應(yīng)電流，這就是金屬的渦流效應(yīng)。渦流要產(chǎn)生附加的磁場(chǎng)，與外磁場(chǎng)方向相反，削弱外磁場(chǎng)的變化。據(jù)此，將一交流正弦信號(hào)接入繞在骨架上的空心線圈上，流過(guò)線圈的電流會(huì)在周?chē)a(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)將金屬靠近線圈時(shí)，金屬產(chǎn)生的渦流磁場(chǎng)的去磁作用會(huì)削弱線圈磁場(chǎng)的變化。金屬的電導(dǎo)率越大，交變電流的頻率越大，則渦電流強(qiáng)度越大，對(duì)原磁場(chǎng)的抑制作用越強(qiáng)。通過(guò)以上分析可知，當(dāng)有金屬物靠近通電線圈平面附近時(shí)，無(wú)論是介質(zhì)磁導(dǎo)率的變化，還是金屬的渦流效應(yīng)均能引起磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化。對(duì)于非鐵磁性的金屬［包括抗磁體（如:金、銀、銅、鉛、鋅等）和順磁體（如錳、鉻、欽等）叫1，較大，可以認(rèn)為是導(dǎo)電不導(dǎo)磁的物質(zhì)，主要產(chǎn)生渦流效應(yīng)，磁效應(yīng)可忽略不計(jì)；對(duì)于鐵磁性金屬（如：鐵、鉆、鎳）H很大，也較大，可認(rèn)為是既可導(dǎo)電又導(dǎo)磁的物質(zhì)，主要產(chǎn)生磁效應(yīng)，同時(shí)又有渦流效應(yīng)。金屬探測(cè)器電路中的主要部分是一個(gè)處于臨界狀態(tài)的振蕩器，當(dāng)有金屬物品接近電感L（即探測(cè)器的探頭）時(shí)，線圈中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)將在金屬物品中感應(yīng)出渦流，這個(gè)能量損失來(lái)源于振蕩電路本身，相當(dāng)于電路中增加了損耗電阻。如果金屬物品與線圈L較近，電路中的損耗加大，線圈值降低，使本來(lái)就處于振蕩臨界狀態(tài)的振蕩器停止工作。從而控制后邊發(fā)光二極管的亮滅。在這個(gè)電路中三極管VT1與外圍的電感器和電容器構(gòu)成了一個(gè)電容三點(diǎn)式振蕩器用如圖4所示。VT1的靜態(tài)工作點(diǎn)：取R6=6.8K（電位器），R2=3.3K,VBQ=0.5VCC。當(dāng)圖2中三極管基極有一正信號(hào)時(shí)，由于三極管的反向作用使它的集電極信號(hào)為負(fù)。兩個(gè)電容器兩端的信號(hào)極性通過(guò)電容器的反饋，三極管基極上的信號(hào)與原來(lái)同相，由于這是正反饋，所以電路可以產(chǎn)生振蕩，R8和R1的存在，消弱了電路中的正反饋信號(hào)，使電路處于剛剛起振的狀態(tài)下。SL16.8mH13C20.01uf0.01ufCAPNPR13.3k0.01ufCAPNP圖4電容三點(diǎn)式振蕩電路理論計(jì)算振蕩器的頻率為：（C是C1，C2的串聯(lián)）金屬探測(cè)器的振蕩頻率約為40KHz，主要由電感L、電容器C1、C2決定。調(diào)節(jié)電位器R8減小反饋信號(hào)，使電路處在剛剛起振的狀態(tài)。電阻器R6是三極管VT1的基極偏置電阻。微弱的振蕩信號(hào)通過(guò)電容器C4、電阻器送到由三極管VT2、電阻器R3、R9及電容器C5等組成的電壓放大器進(jìn)行放大。然后由二極管VD1和VD2進(jìn)行半波整流，電容器C7進(jìn)行濾波。整流濾波后的直流電壓使三極管VT3導(dǎo)通，它的集電極為低電平，發(fā)光二極管VD3亮。在金屬探測(cè)器的電感探頭L接近金屬物體時(shí)，振蕩電路停振，沒(méi)有信號(hào)通過(guò)電容器C4,三極管VT3的基極得不到正電壓，所以三極管VT3截止，發(fā)光二極管熄滅。R4100TOC\o"1-5"\h\zC72.2ufQ2ATR_2_IS_N_A312D1DIODED3LED5V圖5發(fā)光二極管檢測(cè)電路四、原件清單NPN90143個(gè)0.01uF無(wú)極性電容3個(gè)0.1uF電容2個(gè)202uF電容1個(gè)自制電感線圈1個(gè)二極管1N40042個(gè)發(fā)光二極管1個(gè)6.8K電阻1個(gè)6.8K變阻器1個(gè)3.3K電阻2個(gè)100歐姆電阻1個(gè)2M電阻1個(gè)5.1K變阻器1個(gè)9K電阻1個(gè)五、本次課程設(shè)計(jì)的心得體會(huì)課程設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，也是對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的一次考核，所要完成的任務(wù)對(duì)每個(gè)同學(xué)來(lái)說(shuō)都是一次挑戰(zhàn)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)不僅使我對(duì)所學(xué)過(guò)的知識(shí)有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。而且提高了我考慮問(wèn)題，分析問(wèn)題的全面性以及動(dòng)手操作能力。使我的綜合能力有了一個(gè)很大的提高。這次課程設(shè)計(jì)金屬探測(cè)器的電路圖雖然比較簡(jiǎn)單，但真正要實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能還是

有一定的困難，因此最后的結(jié)果不是很理想。此次課成設(shè)計(jì)的完成是我們團(tuán)隊(duì)合作的成果，一起設(shè)計(jì)電路，選擇元器件，購(gòu)買(mǎi)元器件，直到電子文檔的完成，團(tuán)隊(duì)精神是我們最大的收獲！當(dāng)