畢業(yè)設(shè)計（論文）-金屬探測器的研究與設(shè)計

1、德州學(xué)院2013屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計1提供全套畢業(yè)論文，各專業(yè)都有金屬探測器的研究與設(shè)計金屬探測器的研究與設(shè)計陳亮陳亮(德州學(xué)院物電學(xué)院，山東德州253023)摘要金屬探測器是專門用來探測金屬的儀器，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、安檢、娛樂等領(lǐng)域，本文設(shè)計的金屬探測是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的，將一金屬置于變化的磁場當(dāng)中時，根據(jù)電磁感應(yīng)原理就會在金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生的磁場反過來又影響原磁場，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

2、行檢測。由正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，流過探頭線圈產(chǎn)生交變電磁場，在被測金屬物體中感應(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，從而使探測器的振幅也發(fā)生變化。該振幅變化量作為探測信號，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，最后將這個變化量轉(zhuǎn)換成音頻信號，驅(qū)動揚聲器，使揚聲器所發(fā)的聲音發(fā)生改變，音頻信號隨被測金屬物體的大小及距離變化而變化。關(guān)鍵詞金屬探測；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緒論金屬探測器是一種專門用來探測金屬的儀器，探測有金屬外殼或金屬部件的地雷，還可以用來探測隱蔽在墻壁內(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議中心、體育場管公檢法、監(jiān)獄系統(tǒng)及娛樂場所的安全檢查和工廠企業(yè)[1]的防偷檢查，甚至用于對高考作弊檢查。早在20世紀(jì)40年代二戰(zhàn)期間，出于戰(zhàn)爭的需要，軍隊就使用了差拍式金屬探測器來排查地雷。作為探雷器由于軍事的保密需要，隨后的

4、20年金屬探測器沒有得到大的技術(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，劫機和危險事件的發(fā)生使航空和機場安全逐漸受到重視，于是在機場眾多設(shè)備中，金屬探測門被用來充當(dāng)排查違禁物品的重要角色。同時，由于金屬探測門在機場安檢中嶄露頭角，大型運動會、展覽會及政府安全保衛(wèi)工作中開始啟用金屬探測門。20世紀(jì)80年代，監(jiān)獄暴力案件呈直線上升趨勢，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，在依靠警員對囚犯加強管理

5、的同時，金屬探測門再次成為了美國、英國、比利時等發(fā)達國家監(jiān)獄管理機構(gòu)必備的安檢設(shè)備；與此同時西方興起的“探寶熱”，也使金屬探測器取得了長足的發(fā)展。進入20世紀(jì)90年代，迅速升溫的電子制造業(yè)[2]成了這個時代的寵兒，大型的電子公德州學(xué)院2013屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計3，所以，磁感應(yīng)強度B也會隨的減小而減小。由此可見，金屬的出現(xiàn)會使介質(zhì)1r??r?的磁導(dǎo)率發(fā)生變化，從而引起線圈周圍的磁感應(yīng)強度變化。另一方面，置于該交變磁場中的金屬導(dǎo)體內(nèi)

6、會產(chǎn)生自行閉合的渦電流，渦流要產(chǎn)生附加的磁場與外磁場方向相反會削弱線圈磁場的變化。金屬的電導(dǎo)率越大，線圈中通過?的交變電流的頻率越大，則渦電流強度就越大，對原磁場的抑制作用越強。?通過以上分析可知，當(dāng)有金屬物靠近通電線圈平面附近時，無論是介質(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)強度B的變化。本設(shè)計正是基于上述理論，尋找一種適合的傳感器來感應(yīng)金屬的出現(xiàn)而引起的線圈磁場變化并把磁場信號的變化轉(zhuǎn)變成電信號的變化，從而實現(xiàn)單片機的控制。

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)體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，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，但從基本工作原理上來說仍是相似的。電渦流式傳感器最大的特點是能對位移、厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進行非接觸式連續(xù)測量，另外還具有體積小，靈敏

8、度高，頻率響應(yīng)寬等特點，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，線圈周圍空間必然產(chǎn)生正1I弦交變磁場，使置于此磁場中的金屬導(dǎo)體中感應(yīng)電渦流，又產(chǎn)生新的交變磁場1H2I2I。根據(jù)愣次定律，的作用將反抗原磁場，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金屬導(dǎo)體的電渦流效應(yīng)。而電渦流效應(yīng)既與被測體的