详解金属探测器原理与制作.docx

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1、详解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。高频振荡器振荡检测器振荡器功率放大器电路框图高频振荡器由三极管VT1和高频变压器T1等组成，是一种变压器反应型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

2、率约200kHz, 由L1的电感量和C1的电容量决定。T1的次级线圈L2作为振荡器的反应线圈I, 其端接振荡管VT1的基极，“D”端接VD2o由于VD2处于正向导通状态， 对高频信号来说，端可视为接地。在高频变压器T1中，如果“A”和 端分别为初、次级线圈绕线方向的首端，那么从“C”端输入到振荡管VT1基极的 反应信号，能够使电路形成正反应而产生自激高频振荡。振荡器反应电压的大 小与线圈LI、L2的匝数比有关，匝数比过小，由于反应太弱，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

3、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应作用，其电阻 值越大，负反应作用越强，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

4、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，经过兀型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，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

5、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、能够强化正反应的电 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等是反应电阻器和电 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

6、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。当探测线圈口靠近金属物体时，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，正反应减弱，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。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

7、阻器RI、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, 强烈的正反应使得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

8、，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、RI、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

9、正反应，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 o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，没有调整局部，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

10、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2030小时。新焊接的金属探测器如果不能正常工作，首先要检查上各元器件、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 5.56.5V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，

11、然后旋转灵敏度细调电位器旋钮(FINE TUNING)翻开电源开关，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，比方纸张、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，比方在装修房屋时, 用它探测到墙内的电线或钢筋，以免造成施工危险和平安隐患；又如安检用的 金属探测器就是根据这个原理制成的。