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