【每日电路赏析】金属探测器电路

电路

`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。

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。

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。

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

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。

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