金屬探測器的設計畢業(yè)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計說明書</b></p><p>　　設計題目: 金屬探測器的設計 </p><p>　　專 業(yè): 通 信 技 術 </p><p>　　班 級: 通技07-1 </p><p>　　

2、學 號: </p><p>　　姓 名: </p><p>　　指導教師: </p><p>　　二00九 年 十二 月 十五 日</p><p><b>　　畢業(yè)設計任務書</b><

3、;/p><p>　　備注：任務書由指導教師填寫，一式二份。其中學生一份，指導教師一份。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目 錄I</b></p><p><b>　　摘　要1</b></p><p>　　第1章 緒

4、 論2</p><p>　　第2章 設計要求與設計思路3</p><p>　　2.1 設計要求3</p><p>　　2.2 設計思路3</p><p>　　第3章 電路設計5</p><p>　　3.1直流電源及振蕩、檢波電路設計5</p><p>　　3.2前置放大電路的設計

5、6</p><p>　　3.3電壓-電流變換電路的設計7</p><p>　　3.4電流-頻率變換電路設計7</p><p>　　3.5直流欠壓報警電路8</p><p><b>　　總 結12</b></p><p><b>　　致 謝13</b></p

6、><p><b>　　參考文獻14</b></p><p>　　附錄 整機電路圖15</p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　隨著電子技術的進步，金屬探測器從電子管、晶體管乃至集成電路，有了更新?lián)Q代的發(fā)展，其應用范圍幾乎擴大到各個領域，對工業(yè)生產及人身安全起重要的作用。目前，

7、金屬探測器大致分為兩種類型：</p><p>　　1.安裝在冶金、燒結、水泥、玻璃、造紙、化工、卷煙等工廠和礦山生產線的自動傳送皮帶上，用以檢測礦石、煙草等原料中混入的廢金屬，保護破碎機不受損壞，此類稱為“工業(yè)型金屬探測器”；</p><p>　　2.隨著交通、旅游、金融和娛樂事業(yè)的發(fā)展，在機場、銀行、珠寶店和珠寶制造廠、貴金屬礦、貴金屬加工廠等，需要對過往人員進行檢測，以使貴重物品不丟失

8、及排除危險品槍支等，此類被稱為“安全型金屬探測器”，它們應用廣泛，效益可觀，幾千元一臺的金屬探測器就可以保護價值數拾萬元的礦石破碎機；幾萬至幾十萬元買一套安全門式金屬探測器，可以保護價值上千萬元乃至上億元的飛機及人身安全。因此對金屬探測器的研究和生產引起國內外專家的高度重視，我國在冶金、食品等行業(yè)中、先后引進日本、澳大利亞等過研制的金屬探測器用于生產，在北京、青島等地開發(fā)出多種型號的金屬探測器，并廣泛應用。根據生產需要、金屬探測器將不斷

9、改進并有新的發(fā)展。</p><p>　　本設計主要從金屬探測器的電路組成入手，介紹了各部分電路的工作原理，及其整機電路的工作原理，層次結構清晰，在內容上適度介紹基本理論，講清概念，重點突出實用。</p><p>　　關鍵詞　冶金；金屬 ；探測器</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　金

10、屬探測器在國防、公安、地址等部門有著廣泛的應用。常見的金屬探測器大都是利用金屬物體對電磁信號產生渦流效應的原理。探測方法一般有三種。</p><p>　　1.頻移識別：利用金屬物體使電路電信號頻率改變來識別金屬物體的存在。</p><p>　　2.場強識別：利用金屬物體對信號產生諧波的場強變化而使振幅隨之變化來識</p><p><b>　　別金屬物體。&

11、lt;/b></p><p>　　3.相移識別：利用金屬對信號產生諧波的相位變化來識別金屬物體。本探測器利用第2種識別方法進行設計。利用探頭線圈產生交變電磁場在被測金屬物體中感應出渦流，渦流產生發(fā)作用，作用于探頭，使探頭線圈阻抗發(fā)生變化，從而使探測器的振蕩器振幅也發(fā)生變化。該振幅變化量作為探測信號，經放大、變換后轉換成音頻信號，驅動音響電路發(fā)聲，音頻信號隨被測金屬物的大小及距離的變化而變化。</p&g

12、t;<p>　　第2章 設計要求與設計思路</p><p><b>　　2.1 設計要求</b></p><p>　　設計一種可探測金屬的電子裝置——金屬探測器，探測器性能要求：</p><p>　　1.工作溫度范圍：-40℃~+50℃</p><p>　　2.連續(xù)工作時間：一組5號電池可連續(xù)工作40h。&

13、lt;/p><p>　　3.探測距離大于20cm（金屬物體愈大，測距也愈大，對1腳硬幣的探測距離為20cm）。</p><p>　　4.具有自動回零功能，并可抑制土壤效應。</p><p><b>　　課題驗收標準：</b></p><p>　　1.完成該課題的直流電源及振蕩、檢波電路、前置放大電路、電壓-電流變換電路、電流

14、-頻率變換電路、直流欠壓報警電路的設計；</p><p>　　2.完成硬件的調試，實現預定功能；</p><p>　　3.通過驗收，提交畢業(yè)設計報告</p><p><b>　　2.2 設計思路</b></p><p>　　金屬探測器在國防、公安、地址等部門有著廣泛的應用。常見的金屬探測器大都是利用金屬物體對電磁信號產生

15、渦流效應的原理。探測方法一般有三種。</p><p>　　1.頻移識別：利用金屬物體使電路電信號頻率改變來識別金屬物體的存在。</p><p>　　2.場強識別：利用金屬物體對信號產生諧波的場強變化而使振幅隨之變化來識別金屬物體。</p><p>　　3.相移識別：利用金屬對信號產生諧波的相位變化來識別金屬物體。</p><p>　　本探測器

16、利用第2種識別方法進行設計。利用探頭線圈產生交變電磁場在被測金屬物體中感應出渦流，渦流產生發(fā)作用，作用于探頭，使探頭線圈阻抗發(fā)生變化，從而使探測器的振蕩器振幅也發(fā)生變化。該振幅變化量作為探測信號，經放大、變換后轉換成音頻信號，驅動音響電路發(fā)聲，音頻信號隨被測金屬物的大小及距離的變化而變化。</p><p>　　4.本設計電路的總原理框圖如圖2-1所示</p><p>　　圖2-1 設計電路

17、的總原理框圖 </p><p><b>　　第3章 電路設計</b></p><p>　　3.1直流電源及振蕩、檢波電路設計</p><p>　　直流電源及振蕩、檢波電路：系統(tǒng)穩(wěn)壓電源采用集成三端穩(wěn)壓器CW79L05組成，其輸入端接電池（-12V），輸出穩(wěn)壓值為-5V。</p><p>　　采用變壓器耦合正弦波振蕩器，二

18、極管VD3和電容C5，組成檢波電路，原理圖如圖3-1所示</p><p>　　圖3-1直流電源及振蕩</p><p>　　圖中，L1、L2、L3和L4為繞在同一磁罐內的四組線圈，當電源接通后，電路產生振蕩，其輸出電壓幅度指數上升至三極管飽和。為防止產生振蕩阻塞，須選擇合適的匝數比（可取L1:L2=1:5）。R3、C4為射集偏置電路，L5、L6構成探頭諧振回路，為提高探測器的靈敏度，要求探頭

19、電感線圈有較高的電壓，可利用變壓器升壓來實現，取L1:L2=1:150。當無金屬物體時，振蕩器的振蕩頻率</p><p>　?。ㄈ5=3.5mH，C6=0.01μF，則f=26.9kHz）。當金屬物體接近探頭時，L5的等效電感發(fā)生變化，諧振回路L5C6失諧，從而使負載能力很弱的變壓器次級L3兩端的電壓發(fā)生明顯變化，經取樣電感L4及檢波電路將此信號轉換成直流探測信號輸出。</p><p>

20、　　3.2前置放大電路的設計</p><p>　　前置放大電路：前置放大電路用差動輸入放大器組成，如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2前置放大電路</p><p>　　圖中R1、C1、R2及C2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信號進行100倍放大，從而在一定程度上抑制了 土壤效應。當u1為緩變直流信

21、號時，由于積分電路時間常數較?。╮1=R1C1=100ms，r2=R2C2=220ms），C1、C2可視作開路，由于參數對稱，則u0=0。當ui=為脈動信號時（即在原檢波輸出電壓基礎上疊加脈動變化量Δui）。R1C1、R2C2組成差動積分電路（積分器負載電阻較大，其影響可忽略），由經典法得</p><p>　　可求得t=32.5s時，輸出達最大u0=92.5mV。隨時間延長，u0逐漸減小，t=1s時，u0≈0V。

22、可見前置放大器可抑制大于1s的慢變干擾信號。</p><p>　　3.3電壓-電流變換電路的設計</p><p>　　電壓—電流變化電路：電壓—電流變換電路用運算放大器和三極管等組成電流負反饋電路，如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3電壓-電流變換電路</p><p>　　由前置放大器輸出的直流脈動信號經本級放大后得到穩(wěn)定的恒流輸出

23、，以驅動后級電流—頻率變換器。圖中RP為系統(tǒng)工作狀態(tài)調節(jié)電位器。靜態(tài)時，調節(jié)RP使三極管工作于臨界截止狀態(tài)，二極管接近于導通。一旦ui輸入脈動放大信號，三極管進入放大（2.2MΩ）使得三極管T集電極電流稍有變化，就會使二極管VD迅速導通。</p><p>　　3.4電流-頻率變換電路設計</p><p>　　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

24、，驅動耳機發(fā)出音響。金屬物體越大或者探頭離金屬物體越近，其輸出物體越大或者探頭離金屬物體越近，其輸出的信號就越強，頻率就越高。采用CMOS時基電路CH7555構成有輸入電壓控制的多諧振蕩器，電路如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4電流-頻率變換電路</p><p>　　圖中，輸入信號ui控制C2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ui無信號輸入時（前級輸

25、出端二極管截止，電流為零），由R2、C1、VD產生沖放電信號，使變換器輸出一個間隔約3s的窄脈沖，耳機中產生一間隔為3s的“搭一搭”聲，以示無探測信號。當探測到金屬物體時，耳機中聲響的頻率增高，信號加大。</p><p>　　3.5直流欠壓報警電路</p><p>　　直流電源欠壓報警電路：當電池電壓VT由-12V變至-6.5V時，使三端穩(wěn)壓器輸出穩(wěn)壓值產生較大偏差，應更換新電池，故采用一

26、個檢測報警電路告知用戶。報警電路如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5直流欠壓報警電路</p><p>　　用CMOS時基電路CH7555和阻容元件組成多諧振蕩器，采用-5V穩(wěn)壓電源供電。當下降至-6.5V時，電路起振，發(fā)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。</p><p>　　在這

27、次的整個設計中，單元電路均以555定時器為中心來完成各自的功能。對于555定時器，我們并不陌生，它是一種多用途的單片中規(guī)模集成電路，具有定時精度高、溫度漂移小、速度快、可直接與數字電路相連、結構簡單、功能多、驅動電流較大等優(yōu)點。它的內部一共集成了21個晶體管、4個二級管和16個電阻器，組成了兩個起比較作用的電壓比較器和、一個RS觸發(fā)器、一個由3只5的電阻組成的分壓器和一個放電晶體管T及緩沖器G。電路的組成框圖和電路的引腳排列如圖3-6所

28、示。</p><p>　?。╝）電路組成框圖　　（b）電路引腳排列</p><p>　　圖3-6 電路組成框圖和引腳排列</p><p>　　其555定時器的工作原理為：當5腳懸空時，比較器和的比較電壓分別為2/3和1/3。</p><p>　　1.當6腳的電壓大于2/3，2腳的電壓大于1/3時，比較器輸出低電平，輸出高電平，基本RS

29、觸發(fā)器被置0，放電三極管T導通，輸出端OUT為低電平；</p><p>　　2.當6腳的電壓小于2/3，2腳的電壓小于1/3時，比較器輸出高電平，輸出低電平，基本RS觸發(fā)器被置1，放電三極管T截至，輸出端OUT為高電平；</p><p>　　3.當6腳的電壓小于2/3，2腳的電壓大于1/3時，比較器輸出高電平，也輸出高電平，即基本觸發(fā)器R=1，S=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。

30、</p><p>　　由于閥值輸入端（TH）為高電平（＞2/3）時，定時器輸出低電平，因</p><p>　　此也將該端稱為高觸發(fā)端；</p><p>　　由于閥值輸入端（）為低電平（＜1/3）時，定時器輸出高電平，因此也將該端稱為低觸發(fā)端。</p><p>　　如果在電壓控制端（5腳）施加一個外加電壓（其值在0～之間），比較器的參考電壓將發(fā)

31、生變化，電路相應的閥值、觸發(fā)電平也將隨之變化，并進而影響電路的工作狀態(tài)。另外，為復位輸入端，當為低電平時，不管其他端輸入端的狀態(tài)如何，輸出OUT為低電平，即的控制級別最高。正常工作時，一般應將其接高電平。</p><p>　　總上，列出555定時器的功能表為： </p><p>　　表3-1 555定時器的功能</p><p>　　從它的工作過程可以看出，它的輸入可

32、以不一定是邏輯電平，可以是模擬電平，因此，該集成電路兼有模擬和數字電路的特色。</p><p><b>　　總 結</b></p><p>　　這次設計的課題是“金屬探測器”。金屬探測器廣泛應用于冶金、冶礦和機場等地方。本次設計要求工作溫度范圍-40-+50℃、探測距離要大于20cm、電路具有自動調零等功能。</p><p>　　金屬探測器主

33、要包括直流電源及振蕩、檢波電路、前置放大電路、電壓-電流變換電路、電流-頻率變換電路、直流欠壓報警電路。主要考察了高頻、數電等方面的知識，目的是提高我們的動手能力、設計能力和分析問題、解決問題的能力。</p><p>　　通過這次設計，學到了很多，對以前所學專業(yè)知識不足之處有了更深的掌握，了解了如何應用直流電源、放大電路、報警電路，及其他一些器件組成金屬探測器，并讓我了解和掌握金屬探測器應用設計的基本方法、設計思

34、路、設計步驟等全過程，達到理論聯(lián)系實際，學以致用的目的，為以后在工作中的工程設計奠定了良好的基礎。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本課題在選題及研究過程中得到*老師的悉心指導。*老師多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。*老師一絲不茍的作風，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做

35、人，雖相處時間不長，卻給以終生受益無窮之道。對*老師的感激之情是無法用言語表達的。</p><p>　　感謝*老師等對我的教育培養(yǎng)。他們細心指導我的學習與研究，在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬。</p><p>　　感謝學院領導給我提供了這次學習的機會最后，感謝我的同學三年來對我學習、生活的關心和幫助。</p><p><b>　　參考文獻</b&

36、gt;</p><p>　　[1] 馬建國.電子系統(tǒng)設計.北京：高等教育出版社，2005</p><p>　　[2] 高吉祥.電子技術基礎實驗與課題設計.北京：電子工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[3] 鄭應光.模擬電子線路(一).南京：東南大學出版社，2005</p><p>　　[4] 邱寄帆、唐程山.數字電子技術.北京：人民郵