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基于阻抗變化的金屬探測器
- 2020-10-14-

基于阻抗變化的金屬探測器

利用激勵線圈在探測區產生一個穩定的交變電磁場,以在被測金屬物體中感應出渦流,渦流反作用于激勵線圈的二次磁場,使激勵線圈阻抗發生變化,從而使金屬探測器輸出信號的幅值發生變化。將該幅值變化量作為探測信號,經過放大、變換后轉換成音頻信號,驅動音響電路發聲,音頻信號隨被測金屬物的大小及激勵線圈與金屬物體之間距離的變化而變化。

金屬探測器信號處理系統框圖.png

上圖所示為一手持式金屬探測器的信號處理系統框圖。系統探頭為一電感線圈——激勵線圈,是振蕩器的一部分,用于產生一次磁場和接收二次磁場。檢波器的作用是將振蕩器振幅的變化轉變為直流信號。直流信號處理部分由前置放大器、電壓—電流

變換器以及電流—頻率變換器組成。其作用是將直流信號轉換為音頻信號。為方便后續信號處理,系統多采用直流供電,如電池或穩壓電源,欠壓報警電路是一個電源監控器,當電池電壓不足時,會自動發出報警信號。

金屬探測器的具體探測、處理電路有很多,這里我們只列舉一二。

一、直流電源及振蕩、檢波電路

電路原理如圖2所示。系統穩壓電路采用集成三端穩壓器CW79105,其輸人端接電池–12VDC,輸出穩壓值為–5VDC。振蕩器是用變壓器實現正反饋的正弦振蕩器,二極管D,和電容C,組成檢波電路。

直流電源及振蕩、檢波電路圖.png


二、前置放大電路

前置放大電路采用差動輸入放大器,如圖3所示。圖中R,、C、R。及C。構成差動積分電路,即自動回零電路,其作用是對變化緩慢的直流信號進行抑制,而對變化較快的金屬探測信號進行高倍放大。

前置放大電路圖.png

三、電壓—電流變換電路

電壓—電流變換電路是用運算放大器和三極管等組成電流負反饋電路,如圖4所示。由前置放大器輸出的直流脈動信號經本級放大后得到穩定的恒流輸出,以驅動后級電流—頻率變換器。圖中R。為系統工作狀態調節電位。靜態時,調節R。使三極管工作于臨界截止狀態,二極管接近導通。一旦V,輸人脈動放大信號,三極管進入放大狀態,二極管迅速導通,驅動下一級工作。電阻R。取值較大,使得三極管T集電極電流只要稍有變化,就會使二極管D迅速導通。

電壓—電流交換電路.png

四、電流—頻率變換電路

電流—頻率變換電路的作用是將前級放大后的直流信號轉換成音頻信號,驅動喇叭發出聲響。金屬物體越大或者探頭離金屬物體越近,其輸出信號就越強,頻率就越高。采用CMOS時基電路CH7555構成由輸人電壓控制的多諧振蕩器,電路如圖5所示。圖中,輸人信號V,控制電容器C。的充電時間,從而決定輸出音頻信號的頻率,實現電流—頻率轉換。當無輸人信號V,時(前級輸出端二極管截止,電流為零),由R、C、D產生充放電信號,使變換器輸出一個間隔約3s的窄脈沖,喇叭中產生一間隔為3s的“嗒—嗒”聲,以示無探測信號。當探測到金屬物體時,喇叭發聲的頻率增高,信號增大。

電流—頻率交換電路.png

五、直流電源欠壓報警電路

當電池電壓V;由-12VDC變至–6.5VDC時,三端穩壓器輸出的穩壓值會發生較大偏差,應更換新電池,所以系統中設計了直流電源欠壓報警電路。報警電路如圖6所示。電路用CMOS時基電路CH7555和阻容元件組成多諧振蕩器,采用-5VDC穩壓電源供電。當V,下降至–6.5V時,電路起振,發出電壓不足報警信號。該振蕩器的振蕩頻率f=4.9kHz,比探測信號頻率高,且固定不變,因此不會與探測信號相混淆。將上述各部分電路按框圖順序級連,便可得到總體電路圖。

電壓欠壓報警電路.png


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