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【每日电路赏析】金属探测器电路

2019-10-24 16:48:00  8045 电路设计 金属探测器 电感 RLC
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在机场,影院等许多公共场所你都可以看到金属检测器的存在。它们往往是出于安全考虑以检测是否有人携带不符规定的金属物体。在本项目中我们来设计一个简单的金属检测器电路。金属探测器的电路有许多种,但大部分设计都比较复杂,所以此处我们就用555定时器来设计一个简单的金属探测器电路。

继续深入之前我们需要了解电感和RLC电路的概念。我们先来谈谈电感。电感其实就是绕成不同形状大小的线圈。一个电感的电感值往往由许多参数来决定。其中对电感值影响很大的一个参数就是磁芯

下图展示的是空芯电感,这些电感中没有磁芯,所以基本上就是放置在空气中的线圈。电感产生磁场的传递介质为空气。这些电感一般有着非常低的电感值。
1.png

这些电感一般都在微亨级,所以并不适用于毫亨级以上的应用。以下是加入了磁芯的电感。
2.png

当电感的磁芯是铁氧体或是铁芯时,其线圈的电感量会急剧增加。该增量远大于同样大小及形状的空芯电感。

现在我们来看RLC电路,如下图所示,a和c引脚间的电抗或感抗取决于L和C的值,前提是信号频率恒定。
3.png
所以如果电感值改变,则电感或感抗的值也会改变。而电感和RLC电路是如何运用到金属检测电路中的,我们将在后面的原理部分详解。

所需元器件

1. +9V电源
2. 555定时器
3. 47kΩ电阻
4. 2.2uF电容 x 2
5. 扬声器(8Ω)
6. 直径为10cm的150匝线圈

电路图及原理
4.png
上图便是金属检测器的电路图。555定时器在此处的作用为方波生成器,它会生成人可以听见的脉冲频率。引脚1和引脚2之间的电容不应改变,因为它需要用来生成人可以听到的频率。

在该电路中有一部分RLC电路,由47Ω电阻,2.2uF电容和150匝的电感组成。其中RLC电路部分就是用来检测金属的部分。正如我们上述所说,一个金属磁芯的电感比空芯电感的电感值要打。

要知道我们此处使用的是一个空芯电感,所以当一个金属物体接近线圈时,金属物体就充当了磁芯的身份。而金属物体作为磁性后,线圈的电感值会极大增加。如此突增让RLC电路的总电抗或感抗也发生了极大的改变。

一开始没有金属物体时,信号通过扬声器会形成一些声音。有了RLC电路的电抗变化,这时候传入扬声器的信号就不再相同了,因此扬声器里传出来的声音也会与之前不同。

所以无论何时一个金属物体接近线圈,RLC的感抗变化会使信号发生改变,也就导致了扬声器生成的声音改变。

提示

1.线圈一端焊接的时候应该去掉外层的瓷釉。
2.不同线规会产生不同的RLC感抗,所以对于敏感的金属检测来说应该试验一下RLC的阻抗影响。
3.可以选取各种类型的扬声器。但若阻值小于8Ω的话,定时器很可能会过热。
4.电源电压需要高于5V。
5.png


niu333 2019-10-26 15:14:50
排雷就是这个原理吧、
、、
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PCB00034526 2019-10-28 08:51:21
不错的原理分析
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