畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-金屬探測(cè)器的研究與設(shè)計(jì)

1、德州學(xué)院2013屆電子信息工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)1提供全套畢業(yè)論文，各專(zhuān)業(yè)都有金屬探測(cè)器的研究與設(shè)計(jì)金屬探測(cè)器的研究與設(shè)計(jì)陳亮陳亮(德州學(xué)院物電學(xué)院，山東德州253023)摘要金屬探測(cè)器是專(zhuān)門(mén)用來(lái)探測(cè)金屬的儀器，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、安檢、娛樂(lè)等領(lǐng)域，本文設(shè)計(jì)的金屬探測(cè)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的，將一金屬置于變化的磁場(chǎng)當(dāng)中時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理就會(huì)在金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)又影響原磁場(chǎng)，這種變化可以轉(zhuǎn)換為頻率和幅值的變化，供相關(guān)電路進(jìn)

2、行檢測(cè)。由正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，流過(guò)探頭線圈產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，在被測(cè)金屬物體中感應(yīng)出渦流，渦流產(chǎn)生反作用于探頭，使探頭線圈阻抗發(fā)生變化，從而使探測(cè)器的振幅也發(fā)生變化。該振幅變化量作為探測(cè)信號(hào)，經(jīng)二極管檢波電路，前置電路放大，將電壓轉(zhuǎn)換成電流，后把電流轉(zhuǎn)換成頻率，最后將這個(gè)變化量轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，使揚(yáng)聲器所發(fā)的聲音發(fā)生改變，音頻信號(hào)隨被測(cè)金屬物體的大小及距離變化而變化。關(guān)鍵詞金屬探測(cè)；電磁感應(yīng)原理；振蕩電路；放大電路；電壓電流

3、轉(zhuǎn)換電路1緒論金屬探測(cè)器是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)探測(cè)金屬的儀器，探測(cè)有金屬外殼或金屬部件的地雷，還可以用來(lái)探測(cè)隱蔽在墻壁內(nèi)部的電線、埋在地下的水管電纜，甚至能夠地下探寶考古，發(fā)現(xiàn)埋藏在地下的金屬物體。目前還廣泛用于各種大型會(huì)議中心、體育場(chǎng)管公檢法、監(jiān)獄系統(tǒng)及娛樂(lè)場(chǎng)所的安全檢查和工廠企業(yè)[1]的防偷檢查，甚至用于對(duì)高考作弊檢查。早在20世紀(jì)40年代二戰(zhàn)期間，出于戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，軍隊(duì)就使用了差拍式金屬探測(cè)器來(lái)排查地雷。作為探雷器由于軍事的保密需要，隨后的

4、20年金屬探測(cè)器沒(méi)有得到大的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。20世紀(jì)70年代隨著航空工業(yè)的迅速發(fā)展，劫機(jī)和危險(xiǎn)事件的發(fā)生使航空和機(jī)場(chǎng)安全逐漸受到重視，于是在機(jī)場(chǎng)眾多設(shè)備中，金屬探測(cè)門(mén)被用來(lái)充當(dāng)排查違禁物品的重要角色。同時(shí)，由于金屬探測(cè)門(mén)在機(jī)場(chǎng)安檢中嶄露頭角，大型運(yùn)動(dòng)會(huì)、展覽會(huì)及政府安全保衛(wèi)工作中開(kāi)始啟用金屬探測(cè)門(mén)。20世紀(jì)80年代，監(jiān)獄暴力案件呈直線上升趨勢(shì)，如何及早預(yù)防并阻止暴力案件發(fā)生成了監(jiān)獄管理工作中的重中之重，在依靠警員對(duì)囚犯加強(qiáng)管理

5、的同時(shí)，金屬探測(cè)門(mén)再次成為了美國(guó)、英國(guó)、比利時(shí)等發(fā)達(dá)國(guó)家監(jiān)獄管理機(jī)構(gòu)必備的安檢設(shè)備；與此同時(shí)西方興起的“探寶熱”，也使金屬探測(cè)器取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，迅速升溫的電子制造業(yè)[2]成了這個(gè)時(shí)代的寵兒，大型的電子公德州學(xué)院2013屆電子信息工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)3，所以，磁感應(yīng)強(qiáng)度B也會(huì)隨的減小而減小。由此可見(jiàn)，金屬的出現(xiàn)會(huì)使介質(zhì)1r??r?的磁導(dǎo)率發(fā)生變化，從而引起線圈周?chē)拇鸥袘?yīng)強(qiáng)度變化。另一方面，置于該交變磁場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體內(nèi)

6、會(huì)產(chǎn)生自行閉合的渦電流，渦流要產(chǎn)生附加的磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)方向相反會(huì)削弱線圈磁場(chǎng)的變化。金屬的電導(dǎo)率越大，線圈中通過(guò)?的交變電流的頻率越大，則渦電流強(qiáng)度就越大，對(duì)原磁場(chǎng)的抑制作用越強(qiáng)。?通過(guò)以上分析可知，當(dāng)有金屬物靠近通電線圈平面附近時(shí)，無(wú)論是介質(zhì)磁導(dǎo)率的變化還是金屬的渦流效應(yīng)均能引起磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化。本設(shè)計(jì)正是基于上述理論，尋找一種適合的傳感器來(lái)感應(yīng)金屬的出現(xiàn)而引起的線圈磁場(chǎng)變化并把磁場(chǎng)信號(hào)的變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的變化，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的控制。

7、2.2傳感器原理根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，此電流叫電渦流，以上現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。按照電渦流在導(dǎo)體內(nèi)的貫穿情況，此傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類(lèi)，但從基本工作原理上來(lái)說(shuō)仍是相似的。電渦流式傳感器最大的特點(diǎn)是能對(duì)位移、厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進(jìn)行非接觸式連續(xù)測(cè)量，另外還具有體積小，靈敏

8、度高，頻率響應(yīng)寬等特點(diǎn)，應(yīng)用極其廣泛[4]。一、電渦流式傳感器的工作原理圖22由傳感器線圈和被測(cè)導(dǎo)體組成線圈—導(dǎo)體系統(tǒng)。根據(jù)法拉第定律，當(dāng)傳感器線圈通以正弦交變電流時(shí)，線圈周?chē)臻g必然產(chǎn)生正1I弦交變磁場(chǎng)，使置于此磁場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體中感應(yīng)電渦流，又產(chǎn)生新的交變磁場(chǎng)1H2I2I。根據(jù)愣次定律，的作用將反抗原磁場(chǎng)，導(dǎo)致傳感器線圈的等效阻抗發(fā)生變2H2H1H化。由上可知，線圈阻抗的變化完全取決于被測(cè)金屬導(dǎo)體的電渦流效應(yīng)。而電渦流效應(yīng)既與被測(cè)體的