1、感測技術課程設計題目：金屬探測器的制作學號姓名：劉長軍劉倩倩劉嘉威劉校羅林 李鑫 林祥祥林哈老師：袁新娣時間：2013年11月引言認識金屬探測器金屬探測器作為一種最重要的安全檢查設備， 己被廣泛地應用于社會生活和工業生產的諸多領域。 比如在機場、 大型運動會（如奧運會 ） 、展覽會等都用金屬探測器來對過往人員進行安全檢測，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 ;工業部門 （包括手表、眼鏡、金銀首飾、電子等生產含有金屬產品的工廠 ）也使用金屬探測器對出入人員進行檢測，以防止貴重金屬材料的丟失; 目前，就連考試也開始啟用金屬探測器來防止考生利用手機等工具進行作弊。由此可

2、見， 金屬探測器對工業生產及人身安全起著重要的作用。 而為了能夠準確判定金屬物品藏匿的位置， 就需要金屬探測器具有較高的靈敏度。 目前。 國外雖然已有較為完善的系列產品，但價格及其昂貴；國內傳統的金+.屬探測器則是利用模擬電路進行檢測和控制的，其電路復雜，探測靈敏度低，且整個系統易受外界干擾。一、設計目的1、進一步了解和運用渦流效應的原理。2、了解電容三點式振蕩電路原理。二：任務和要求1、任務：設計一種可準確探測小范圍內是否存在金屬物體的電子。2、探測器性能要求：（ 1）工作溫度范圍：-40 +50 。（2）連續工作時間：一組 5號干電池可連續工作 40h （小時）。（ 3）要求當有金屬靠近傳

3、感器時相應的電路會發出警報。（ 4）探測距離在20mm 以內。三、總方案設計1、元器件的準備電路中的 NPN 型三極管型號為 9014,三極管 VT1 的放大倍數不要太大， 這樣可以提高電路的靈敏度。VD1-VD2 為 1N4148。電阻均為1/8W 。金屬探測器的探頭是一個關鍵元件， 它是一個帶磁心的電感線圈。磁心可選10的收音機天線磁棒，截取15mm,再用絕緣 板或厚紙板做兩個直徑為 20mm的擋板，中間各挖一個10mm 的孔，然后套在磁心兩端，如圖1所7Ko最后0.31的漆包線在磁心上繞。如果不能自制，也可以買一只 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，

4、而且電感器的電阻值越小越好。2、電路的制作與調試圖2是金屬探測器電原理圖圖，組裝前將所用元器件的管 腳引線處理干凈弁鍍上錫。 對照三個圖，依次將電阻器、二極管、 電容器、三極管、發光二極管、微調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，檢查無誤就可以通電調試。 接通電源，將微調電阻器 R8的阻值由大到小慢慢調整，直到發 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， 這時發光二極管會熄滅。調整微調電阻器R8可以改變金屬探測器的靈敏度，微調電阻器R8的阻值過大或過小電路均不能工作。 如果調整得好，電路的探測距離可達 20mm。但要注意金屬探測 器的電感探頭不要離元器件

5、太近，在裝盒時不要使用金屬外殼。5VA1SL136.8mH0.01ufHHCAP NPC2 0.01uf R13.3k0.01ufCAP NPR8if*5.1k3Q Q1AX TR_2_IS_N_A1C4TH0.1ufR23.3kD16Q1B 0.1ufTR_2_IS_N_A5DIODED2DIODEC72.2uf圖2金屬探測器總原理圖3、電路工作原理渦流效應圖3渦流傳感器結構圖根據電磁理論，我們知道，當金屬物體被置于變化的磁場中時，金屬導體內就會產生自行閉合的感應電流，這就是金屬的渦 流效應。渦流要產生附加的磁場，與外磁場方向相反，削弱外磁 場的變化。 據此， 將一交流正弦信號接入繞在骨架上

6、的空心線圈 上， 流過線圈的電流會在周圍產生交變磁場， 當將金屬靠近線圈時， 金屬產生的渦流磁場的去磁作用會削弱線圈磁場的變化。 金屬的電導率越大，交變電流的頻率越大，則渦電流強度越大，對原磁場的抑制作用越強。通過以上分析可知，當有金屬物靠近通電線圈平面附近時，無論是介質磁導率的變化， 還是金屬的渦流效應均能引起磁感應強度 B 的變化。 對于非鐵磁性的金屬 包括抗磁體（如:金、 銀、 銅、鉛、鋅等）和順磁體（如鎰、銘、欽等）勺1, 較大，可以認為 是導電不導磁的物質，主要產生渦流效應，磁效應可忽略不計；對于鐵磁性金屬（如：鐵、鉆、銀） 什很大， 也較大，可認為是既可導電又導磁的物質， 主要產生

7、磁效應， 同時又有渦流效應。金屬探測器電路中的主要部分是一個處于臨界狀態的振蕩器，當有金屬物品接近電感L （即探測器的探頭）時，線圈中產生的電磁場將在金屬物品中感應出渦流， 這個能量損失來源于振蕩電路本身， 相當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， 使本來就處于振蕩臨界狀態的振蕩器停止工作。從而控制后邊發光二極管的亮滅。在這個電路中三極管VT1 與外圍的電感器和電容器構成了一個電容三點式振蕩器用如圖 4 所示。VT1 的靜態工作點：取 R6=6.8K （電位器），R2=3.3K,VBQ=0.5VCC。當圖2中三極管基極有一正信號時，由于三極

8、管的反向作用使它 的集電極信號為負。兩個電容器兩端的信號極性通過電容器的反 饋，三極管基極上的信號與原來同相，由于這是正反饋，所以電 路可以產生振蕩，R8和R1的存在，消弱了電路中的正反饋信號, 使電路處于剛剛起振的狀態下。0.01ufC2CAP NPR01uf3.3k0.01uf CAP NP圖4電容三點式振蕩電路理論計算振蕩器的頻率為：.1（C是C1, C2的串聯）金屬探測器的振蕩頻率約為 40KHz,主要由電感L、電容器C1、C2決定。調節電位器R8減小反饋信號，使電路處在剛剛起振的狀態。電阻器R6是三極管VT1的基極偏置電阻。微弱的振蕩信號通過電容器 C4、電阻器送到由三極管 VT2、

9、電阻器 R3、R9及電容器C5等組成的電壓放大器進行放大。 然后由二極管VD1和VD2進行半波整流，電容器C7進行濾波。整流濾波后的直流 電壓使三極管VT3導通，它的集電極為低電平，發光二極管VD3 亮。在金屬探測器的電感探頭 L接近金屬物體時，振蕩電路停振，沒 有信號通過電容器 C4,三極管VT3的基極得不到正電壓，所以 三極管VT3截止，發光二極管熄滅。5VAR4 100D1DIODED3 * 3 LED.2 K Q2A一、TR_2_IS_N_A1C72.2uf圖5發光二極管檢測電路四、原件清單 TOC o 1-5 h z NPN90143 個0.01uF無極性電容3個0.1uF電容2個2

10、02uF電容1個自制電感線圈二極管 1N4004發光二極管1個2個1個 TOC o 1-5 h z 6.8K 電阻1個6.8K 變阻器1 個3.3K 電阻2個100 歐姆電阻1個2M 電阻1個5.1K 變阻器1個9K 電阻1 個五、本次課程設計的心得體會課程設計是一個重要的教學環節， 也是對學生綜合素質的一次考核， 所要完成的任務對每個同學來說都是一次挑戰。 通過這次課程設計不僅使我對所學過的知識有了一個新的認識。 而且提高了我考慮問題， 分析問題的全面性以及動手操作能力。 使我的 綜合能力有了一個很大的提高。這次課程設計金屬探測器的電路圖雖然比較簡單， 但真正要實現預期的功能還是有一定的困難，因此最后的結果不是很理想。 此次課成設計的完成是我們團隊合作的成果， 一起設計電路，選擇元器件，購買元器件，直到電子文檔的完成，團隊精神是我們最大的收獲！當然在此期間也向我們的授課老師袁老師請教了許多的問題，在此表示感謝！五、參考文獻1】 陳有卿 實用電