课程设计金属探测器正文.docx

1 前言1.1认识金属探测器金属探测器作为一种最重要的安全检查设备，己被广泛地应用于社会生活和工业生产的诸多领域。比如在机场、大型运动会(如奥运会)、展览会等都用金属探测器来对过往人员进行安全检测，以排查行李、包裹及人体夹带的刀具、枪支、弹药等伤害性违禁金属物品;工业部门(包括手表、眼镜、金银首饰、电子等生产含有金属产品的工厂)也使用金属探测器对出入人员进行检测，以防止贵重金属材料的丢失;目前，就连考试也开始启用金属探测器来防止考生利用手机等工具进行作弊。由此可见，金属探测器对工业生产及人身安全起着重要的作用。而为了能够准确判定金属物品藏匿的位置，就需要金属探测器具有较高的灵敏度。目前。国外虽然已有较为完善的系列产品，但价格及其昂贵；国内传统的金属探测器则是利用模拟电路进行检测和控制的，其电路复杂，探测灵敏度低，且整个系统易受外界干扰。1.2 本文主要内容本文主要是利用电磁感应产生的涡流通过振荡、检波、变频、放大等电路自行设计高精度金属探测器。之后用EWB仿真软件制作出仿真模拟图，进行验证分析。根据其设计要求，该金属探测器的设计电路需要直流稳压电源，要求所工作的温度范围在-40℃—+50℃之间。其工作时间是连续工作40小时。金属探测器可分为高频振荡器探测金属和场强识别探测金属两大类。由五部分单元电路组成：直流电源及振荡、检波电路；前置放大电路；电压—电流变换电路；电流—频率变换电路；直流电源欠压报警电路。本文详细介绍了这五部分单元电路的组成，基本原理、原理电路图以及在金属探测器中是怎样工作的。综合考虑金属探测器的各个方案，根据电路的先进新、结构的繁简、成本的高低、制作的难易程度以及器件的来源等多方面综合考虑，最后确定可行的制作方案。2 总体方案2.1 方案设计2.1.1 高频振荡器探测金属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L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。图2.1.1 高频振荡器探测金属原理图2.1.2 场强识别探测金属场强识别：利用金属物体对信号产生谐波的场强变化而使振幅之变化来识别金属物体。利用探头线圈产生交变电磁场在被测金属物中感应出涡流，涡流产生反作用于探头，使探头线圈阻抗发生变化，从而使探测器的振荡器振幅也发生变化。该振幅变化量作为探测信号，经放大、变换后转换成音频信号，驱动音响电路发声，音频信号随被测金属大小及距离的变化而变化。2.1.3 六反相器数字集成电路探测金属应用一块CMOS六反相器数字集成电路，作为放大电路的金属探测器，金属探测器的原理电路图如下：图2.1.3六反相器数字集成电路金属探测器的探头是一只高Q值的电感L。它与反相器IC—l及电容器C2、C3、C4构成了一个电容三点式振荡器，其振荡频率约为27kHz。调节电位器RP可使电路处在刚刚起振的状态下。微弱的振荡信号通过由反相器IC-2和电阻R1组成的放大电路进行放大，再由二极管VDI进行整流，整流后的信号由反相器IC-3和IC-4进行放大。最后通过二极管VD2去控制由1C-5和IC-6构成的音频振荡器的工作状态。作为探头的电感L在没有接近金属物体时，电路正常起振。振荡信号控制音频振荡器停止工作，扬声器不发声。当有金属物体接近电感时(电感线圈的轴向方向)，电感L的Q值下降，电路停振，没有信号去抑制音频振荡器，所以音频振荡器工作，驱动扬声器发声。使用时，接通电源后，仔细调整电位器RP使扬声器刚刚不响．这时灵敏度较高，探测距离可达5mm——20mm。2.2 方案选择方案一用到了高频振荡器，价格比较高，虽然探测的效果比较好，但是制作起来比较麻烦，不适合作为课程设计的选择。方案三设计思路明确，结构合理，方案易于实现，但探测的距离过小，不能满足课题要求。方案二只用到了简单的元件并且设计合理，既具备了方案一的优点又解决了方案三的不足。因此选用方案二作为本课题的原理方案。3 电路总原理及基本框图3.1金属探测器的原理框图3.2 金属探测器的组成及基本原理一共分为：直流电源及振荡、检波电路；前置放大电路；电压-电流变换电路；电流-频率变换电路；直流电源欠压报警电路。利用电磁感应原理，利用有交流通电的线圈，产生迅速变化的磁场这个磁场能在金属物体内部产生涡流，涡流又会产生磁场，倒过来影响原来的磁场而产生涡流。将谐振信号变成电信号，经过放大、整流滤波，来产生磁场变化从而引发探测器发出鸣声。采用高、低通有源滤波电路来实现振荡对探测器的控制。3.3 金属探测器原理仿真电路图及工作原理3.3.