金属探测器大全.docx
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金属探测器大全.docx
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金属探测器大全
金属探测器
该金属探测器电路由探测振荡器、基准振荡器、振荡信号处理器、混合放大器和电流表PA等组成,如图所示。
电路王作原理
探测振荡器由振荡管VI、探寻线圈L1、电容器C1~C4和电阻器R1~R3等组成。
基准振荡器由振荡管V2、电感器L2、电容器C6~C9和电阻器R2~R4等组成。
振荡信号处理器由六非门(Dl~D6)集成电路IC和外围阻容元件组成。
混合放大器由二极管YD、电阻器R12、R13、电容器C13和场效应晶体管VF组成。
接通电源开关S后,探测振荡器和基准振荡器均振荡工作,从V1和V2的集电极分别输出两个频率相同的正弦波振荡信号,两信号经振荡信号处理器放大和变换处理为两个频率与幅度相同、而相位相反的矩形波信号,再经RIO、Rll和VD1混合后送至YF的栅极。
在探测线圈Ll未探测到金属物时,两路方波信号的频率相同、相位相反,VF的栅极电压低于2.5V,VF不工作,电流表PA指示为0(电流表的指针指在刻度盘的正中间)。
当L1探测到金属物时,探测振荡器的工作频率将低于或高于基准振荡器的频率(探测到有色金属与探测到非有色金属时会有所不同),使VP栅极电压超过2.5V,VF工作,电流表PA的指针向左或向右偏转(当Ll探测到有色金属时,其电感量会变小,使探测振荡器的工作频率升高,电流表PA的指针向右偏转;若Ll探测到的是非有色金属,其电感量会增大,使探测振荡器的工作频率减小,电流表PA的指针向左偏转)。
元器件选择
RI1R3选用1/4W或1/8W碳膜电阻器。
RP选用小型实心电位器或密封式可变电阻器。
C1、C3、CT、08、CIO、C11和C13均选用高频瓷介电容器;C4~C6、C9和C12选用独石电容器或涤纶电容器;C2选用瓷介可变电容器;C14选用耐压值大于10V的铝电解电容器。
VD选用1N4148型硅开关二极管。
vs选用稳压值为4.5~5.1V、结电容为50PF的稳压二极管。
V1和V2均选用59018型硅NPN型晶体管。
VF选用V20A型场效应晶体管。
IC选用CD4069或MC14069型六非门集成电路。
L1用Φ0.27mm的漆包线在¢25mm的塑料环上绕90~110匝,线圈外部包上铝箔(铝箔宜留有开口,并用屏蔽线将铝箔与地之间连接好);L2选用固定电感器(例如TDK色码电感)。
R4选用lmA电流表。
工作原理
高频振荡器
由三极管VT1和高频变压器T1等组成,是一种变压器反馈型LC振荡器。
T1的初级线圈L1和电容器C1组成LC并联振荡回路,其振荡频率约200kHz,由L1的电感量和C1的电容量决定。
T1的次级线圈L2作为振荡器的反馈线圈,其“C”端接振荡管VT1的基极,“D”端接VD2。
由于VD2处于正向导通状态,对高频信号来说,“D”端可视为接地。
在高频变压器T1中,如果“A”和“D”端分别为初、次级线圈绕线方向的首端,则从“C”端输入到振荡管VT1基极的反馈信号,能够使电路形成正反馈而产生自激高频振荡。
振荡器反馈电压的大小与线圈L1、L2的匝数比有关,匝数比过小,由于反馈太弱,不容易起振,过大引起振荡波形失真,还会使金属探测器灵敏度大为降低。
振荡管VT1的偏置电路由R2和二极管VD2组成,R2为VD2的限流电阻。
由于二极管正向阈值电压恒定(约0.7V),通过次级线圈L2加到VT1的基极,以得到稳定的偏置电压。
显然,这种稳压式的偏置电路能够大大增强VT1高频振荡器的稳定性。
为了进一步提高金属探测器的可靠性和灵敏度,高频振荡器通过稳压电路供电,其电路由稳压二极管VD1、限流电阻器R6和去耦电容器C5组成。
振荡管VT1发射极与地之间接有两个串联的电位器,具有发射极电流负反馈作用,其电阻值越大,负反馈作用越强,VT1的放大能力也就越低,甚至于使电路停振。
RP1为振荡器增益的粗调电位器,RP2为细调电位器。
高频振荡器探测金属的原理
调节高频振荡器的增益电位器,恰好使振荡器处于临界振荡状态,也就是说刚好使振荡器起振。
当探测线圈L1靠近金属物体时,由于电磁感应现像,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。
如果能检测出这种变化,并转换成声音信号,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。
振荡检测器
振荡检测器由三极管开关电路和滤波电路组成。
开关电路由三极管VT2、二极管VD2等组成,滤波电路由滤波电阻器R3,滤波电容器C2、C3和C4组成。
在开关电路中,VT2的基极与次级线圈L2的“C”端相连,当高频振荡器工作时,经高频变压器T1耦合过来的振荡信号,正半周使VT2导通,VT2集电极输出负脉冲信号,经过π型RC滤波器,在负载电阻器R4上输出低电平信号。
当高频振荡器停振荡时,“C”端无振荡信号,又由于二极管VD2接在VT2发射极与地之间,VT2基极被反向偏置,VT2处于可靠的截止状态,VT2集电极为高电平,经过滤波器,在R4上得到高电平信号。
由此可见,当高频振荡器正常工作时,在R4上得到低电平信号,停振时,为高电平,由此完成了对振荡器工作状态的检测。
音频振荡器
音频振荡器采用互补型多谐振荡器,由三极管VT3、VT4,电阻器R5、R7、R8和电容器C6组成。
互补型多谐振荡器采用两只不同类型的三极管,其中VT3为NPN型三极管,VT4为PNP型三极管,连接成互补的、能够强化正反馈的电路。
在电路工作时,它们能够交替地进入导通和截止状态,产生音频振荡。
R7既是VT3负载电阻器,又是VT3导通时VT4基极限流电阻器。
R8是VT4集电极负载电阻器,振荡脉冲信号由VT4集电极输出。
R5和C6等是反馈电阻器和电容器,其数值大小影响振荡频率的高低。
互补型多谐振荡器的工作原理
接通电源时,由于VT3基极接有偏置电阻器R1、R3而被正向偏置,假设VT3集电极电流处于上升阶段,VT4基极电流随之上升,导致VT4集电极电流剧增,VT4集电极电位随之迅速升高,由VT4输出的电流通过与之相连的R5向C6充电,流经VT3的基极入地,又导致VT3基极电流进一步升高。
如此反复循环,强烈的正反馈使得VT3、VT4迅速进入饱和导通状态,VT4集电极处于高电平,使多谐振荡器进入第一个暂稳态过程。
随着电源通过饱和导通的VT4经R5向C6充电,当VT3基极电流下降到一定程度时,VT3退出饱和导通状态,集电极电流开始减小,导致VT4集电极电流减小,VT4集电极电位下降,这一过程又进一步加剧了向C6充电电流迅速减小,VT3基极电位急剧降低而使VT3截止,VT4集电极迅速跌至低电平,多谐振荡器翻转到第二个暂稳态。
多谐振荡器刚进入第二暂稳态时,先前向C6充电的结果,其电容器右端为正,左端为负,现在C6右端对地为低电平,由于电容器C6两端电压不能跃变,故VT3基极被C6左端负电位强烈反向偏置,使两只三极管在较长时间继续保持截止状态。
在C6放电时,电流从电容器右端流出,主要流经R5、(R8)、R9、VT5发射结入地,又经过电源、R6、R1、R3流回电容器C6左端。
直到C6放电结束,电源继续通过上述回路开始对C6反向充电,C6左端为正。
当C6两端的电位上升至0.7V,VT3开始进入导通状态,经过强烈正反馈,迅速进入饱和导通状态,使电路再次发生翻转,重复先前的暂稳态过程,如此周而复始,电路产生自激多谐振荡。
从电路工作过程可以看出,向C6充电时,充电电阻器R5电阻值较小,因此充电过程较快,电路处在饱和导通状态时间很短;而在C6放电时,需要流经许多有关电阻器,放电电阻器总的数值较大,因而放电过程较慢,也就是说电路处于截止时间较长。
因此,从VT4集电极输出波形占空比很大,正脉冲信号的脉宽很窄,其振荡频率约330Hz。
功率放大器
功率放大器由三极管VT5、扬声器BL等组成。
从多谐振荡器输出的正脉冲音频信号经限流电阻器R9输入到VT5的基极,使其导通,在BL产生瞬时较强的电流,驱动扬声器发声。
由于VT5处于开关工作状态,而导通时间又非常短,因此功率放大器非常省电,可以利用9V积层电池供电。
本例介绍的金属探测器,可用于地下金属管道的寻找定位、海滨游泳场沙滩金属垃圾的清除及木板中残留铁钉的检测等。
电路工作原理
该金属探测器由探测振荡器、基准振荡器和音频放大器等组成,如图所示。
探测振荡器由晶体管VI、V2和探测线圈L1、电容器C1等组成。
基频振荡器由晶体管VI、Y3和电感器L2、电容器C3等组成。
音频放大器由音频功率放大集成电路IC、音量电位器RP和电容器C6~C8等组成。
在u未检测到金属物体时,探测振荡器的工作频率与基频振荡器的工作频率相同(均为320kHz左右),Y3的发射极无音频信号输出,扬声器BL中无声音。
当LI探测到地下埋藏有金属物体后,探测振荡器的工作频率将变高,Y3的发射极将输出一个音频信号,该信号经IC放大后,驱动扬声器BI,发出音频叫声,提示使用者“已探测到金属物体”了。
元器件选择
R1选用小型电位器或可变电阻器;R2~R5均选用1/4W金属膜电阻器。
RP选用小型膜式电位器。
C1选用高频瓷介电容器;C2、C5~C8、CIO均选用耐压值为10Y的铝电解电容器;C3选用瓷介微调电容器;C4、C9均选用涤纶电容器或独石电容器。
VI、V3均选用电流放大倍数大于100的硅\PN晶体管,例如S9014等型号;V2选用电流放大倍数大于100的PNP型晶体管,例如S9015等型号。
IC选用LM386型音频放大集成电路。
Ll可用Φ0.45mm的漆包线绕30匝后,再弯成Φ0.6m的圆圈;12选用固定式高频磁心电感器。
BIL可选用0.25W、8Ω的扬声器。
电路调整
安装好电路中各元件后,首先应调节晶体管VI~V3的工作电流。
调节微调电阻器RI的阻值,使VI和V2的集电极电流为1mA,V3的集电极电流为2mA。
然后将音量电位器RP调至阻值最小的位置(音量最大状态),将微调电容器C3顺时针不停旋动时会发现:
扬声器中会发出音频叫声9声音频率由高至低直至无声9又出现音频叫声9声音频率由低至高变化。
重新调节C3,使之处于两次音频叫声之间的无声点上。
将探寻线圈L1逐渐靠近金属物体(最好是铁质物体),扬声器中应发出低频率至高频率的叫声
本例介绍一款采用PLL(锁相环)数字集成电路MCl4046制作的金属探测器,它在检测到金属物体时会发出声音报警信号,同时还能根据电流表的指示大致判断出被检测到的金属材料。
该装置适用于检测木材中的铁钉、沙滩中的金属物品、墙内的电线等。
电路工作原理
该金属探测器电路由探测振荡器、PLL锁相环电路和音响报警电路组成,如图8-74所示。
探测振荡器电路由探测线圈L、晶体管Vl、电阻器Rl-R3、电容器Cl-C5组成。
PLL锁相环电路由集成电路ICl、电阻器R4-R8、电容器C7-Cll组成。
音响报警电路由晶体管V2、比较放大器集成电路IC2 蜂鸣器HA、电阻器Rg-R14组成。
在探测线圈L末检测到金属物品时,探测振荡器与ICl内部VCO的基准频率相同,ICl的13脚(比较器输出端)元误差电压输出,音响报警电路不工作,蜂鸣器HA不发声。
当L检测到金属物品时,探测振荡器的工作频率将升高或降低(通常,检测到铜、铝等导电率高的金属时;振荡频率会升高;检测到铁氧体等导磁率高的金属物体时,振荡频率会降低;而检测到钢、铁等导磁率、导电率均较高的金属时,振荡频率或升高或降低),IC1的13脚将输出误差信号。
该信号经V2及IC2放大后,驱动HA发出报警声。
同时,电流表PA的指针问左或问右摆动。
元器件选择
Rl-Rl4选用1/4W
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