金属探测器原理与制作.pdf

版权归原版权人所有，请勿用于商业用途 金属探测器原理与制作 金属探测器是一种专门用来探测金属的仪器，除了用于探测有金属外壳或金属部件的地雷之外， 还可以用来探测隐蔽在墙 壁内的电线、埋在地下的水管和电缆，甚至能够地下探宝，发现埋藏在地下的金属物体。金属探测器还可以作为开展青少年国 防教育和科普活动的用具，当然也不失为是一种有趣的娱乐玩具。 工作原理工作原理 由金属探测器的电路框图可以看出，本金属探测器由高频振荡器、振荡检测器、音频振荡器和功率放大器等组成。 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。 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 版权归原版权人所有，请勿用于商业用途 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。 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。 高频振荡器探测金属的原理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，由于电磁感应现象，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。 版权归原版权人所有，请勿用于商业用途 互补型多谐振荡器的工作原理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 。 调试与使用方法调试与使用方法 金属探测器电路除了灵敏度调节电位器外，没有调整部分，只要焊接无误，电路就能正常工作。整机在静态，也就是扬声 器不发声时，总电流约为 10mA，探测到金属扬声器发出声音时，整机电流上升到 20mA。一个新的积层电池可以工作 20～30 小时。 新焊接的金属探测器如果不能正常工作，首先要检查电路板上各元器件、接线焊接是否有误，再测量电池电压及供电回路 是否正常，稳压二极管 VD1 稳定电压 5.5～6.5V 之间，VD2 极性不要焊反。探测碟内振荡线圈初次级及首尾端不要焊错。 金属探测器使用前，需要调整探测杆的长度，只要将黑胶通旋松，推拉胶通套管至适宜的长度，再旋转胶内通管，使电缆 线绕紧，并使手柄尖端朝上，最后将黑胶通旋紧，锁住胶通套管。这样，手握探测器手柄时，大拇指正好紧挨灵敏度调节电位 器。 调整金属探测器灵敏度时，探测碟（振荡线圈）要远离金属，包括带铝箔的纸张，然后旋转灵敏度细调电位器旋钮（FINE TUNING）打开电源开关，并旋转到一半的位置，再调节粗调电位器旋钮（TUNING），使扬声器音频叫声停止，最后再微调 细调电位器，使扬声器叫声刚好停止，这时金属探测器的灵敏度最高。用金属探测器探测金属时，只要探测碟靠近任何金属， 扬声器便会发出声音，远离到一定位置叫声自动停止。 本金属探测器有较高的灵敏度，用它探测大块金属时，探测碟距金属物体 20cm 扬声器就会发出声音，小到曲别针，甚至 一枚大头针都能检测到，只是探测碟线圈必须紧靠细小金属物体。由于金属探测器利用振荡线圈的电磁感应来探测金属物体， 可以透过非金属物体，比如纸张、木材、塑料、砖石、土壤、甚至水层，探测到被遮盖的的金属物体，因此具有实用性，比如 版权归原版权人所有，请勿用于商业用途 在装修房屋时，用它探测到墙内的电线或钢筋，以免造成施工危险和安全隐患；又如安检用的金属探测器就是根据这个原理制 成的。