平衡探测器工作原理(「电路分享」简易金属探测器电路)

Posted 2023-05-25

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平衡探测器工作原理(「电路分享」简易金属探测器电路)

有时贵金属藏得太深，除非用复杂的仪器才能检测出来。然而，在许多情况下，埋在地表附近的小块贵金属可以用相对简单的方法检测出来。每个人都很有吸引力去发现一些潜在的有价值的东西，藏在地下几厘米的地方。很多人都想用探测器在沙滩上寻找。金属探测器也有专业的应用，比如探测地下的金属管道，当然还有探测埋在地下的炮弹和地雷。很明显，金属探测器的规格取决于用途。大多数业余爱好者不需要昂贵和复杂的设备，这就是为什么这个电路非常简单。20厘米深的金属硬币可以探测到。这意味着，尽管它很简单，我们的探测器可以很好地工作在花园里，在小路上或海边。对实验感兴趣的人会发现这个电路非常有趣。

寻宝

探测地面内的金属物体基于两个物理学原理：

首先，接近线圈的金属物体引起搜索线圈的电感变化。如果同一空间中有多个线圈，则两个线圈之间的线圈将发生变化。这种变化可能是递增的，也可能是递减的。这种现象是由于金属附近空间所谓的相对磁导率（μ）的变化造成的。铁磁性、顺磁性和抗磁性三种类型是根据这些材料周围的相对磁导率来划分的。虽然很难从埋在地下的顺磁性材料中分离出抗磁材料，但是将铁磁性材料从其他材料中分离出来是完全可能的。

其次，在线圈附近流过交流电（循环流）的任何金属上，都会产生所谓的涡流。这些会导致金属中的热损失，从而增加线圈的电阻率，增加其损耗并降低其质量（Q）。涡流的强度取决于金属的尺寸、形状和类型，以及与线圈的距离和泄漏电流的频率。一般来说，没有孔的大型金属板比较小或粉碎的金属物体产生更强的涡流。

最后，除了物体在地面上的深度外，土壤或土壤的类型和湿度也很重要。综上所述，很明显，仅基于一个识别参数进行精确的金属分离实际上是不可能的。

基本金属搜索电路类型

实用探测器金属电路分为三个基本类别：

BFO (拍频振荡器). 在这个系统中有两个振荡器，其中一个是恒定的，另一个有一个线圈作为谐振线圈。两个振荡器之间的频率差，如两个信号的非线性混频器所示，在金属探测期间发生变化，保持在可听频谱的低腰区域。用户通过改变耳机或扬声器的响度频率来了解金属的存在。

TR/IB公司 (传输/接收/感应平衡). 这是一个发射机和接收机，加上松散的感应耦合。土壤中金属的存在改变了感应耦合的值。结果由振荡器输出信号的电平变化来表示。

圆周率 (脉冲感应). 在这个系统中，脉冲被拉入埋在地下的金属中，金属被反射并扭曲回来。变形类型表示检测到的金属的性质是否存在。

以上各类探测器各有优缺点。因此，理想的金属探测器应结合所有三种探测器类别。不幸的是，这将导致一个非常复杂的系统。

简单的方法

该电路所用的检测方法与BFO非常相似，只是它没有声音，但信号变成电流并驱动微表。

你会同意很难找到一个更简单的探测器电路。只使用了一个集成电路4030，一个动圈微安表，一些电阻，几个电容器和两个线圈。零件的总成本应低于15美元。电路采用两个由IC1a和IC1c门构成的Colpitts型LC振荡器。C7使两个振荡器之间的电容耦合松散。

振荡器IC1a的固定频率约为300kHz。振荡器IC1c在范围内没有金属时以完全相同的频率工作，因为它是由恒定的IC1a振荡器以大约90度的相位角通过C7同步的。当金属充分改变L2的电感时，振荡器IC1c改变频率。IC1d网关对两个振荡器的输出信号执行排他EX（EXOR）逻辑，以约50%的周期比在其输出端提供双频（约600KHz，无检测到的金属）。

当检测到金属物体时，周期比以及因此通过M1仪器的电流发生变化。当P1调节仪器的灵敏度时，IC1b门引导M1作为反相器。

电路由9伏电池供电，可持续数小时。D1防止电路反向供电。

建造金属探测器

探测器PCB如下图所示。除了L2外，电路中没有其他关键部件，因此结构不应出现特殊困难。只需将每个组件连接到零件视图指示的位置即可。将光标P1向左转到最低灵敏度位置。检测线圈为空气芯，直径约7.5cm，漆包铜线40匝或直径20cm，漆包铜线25匝。线圈被包裹在圆木或塑料排水管或排水沟的周围。增加线圈的灵敏度范围。L1是现成的，如果它有螺纹铁氧体磁芯，C8可以省略。如果实际电路不是很敏感，可以稍微提高R2值。

设置完成的电路非常简单。接通电路并设置C8，使仪器指针从右向左移动，当然L2附近没有金属。C8的正确设置是指针在刻度开始时保持稳固（不向左敲击）。你可能需要在外部制作C8，这样你就可以在寻找金属时调整探测器的灵敏度。

电路简单的缺点是检测振荡器的热不稳定性。如果这被证明是有问题的，你应该把L2，C4，C5和C6放在很近的地方，以便进行热合作。因此，如果线圈离电路的其余部分相对较远，这些电容器应该放在线圈附近，而不是放在电路板上。线圈的稳定性可以通过将其封闭在环氧树脂外壳中或用胶带覆盖来提高。从人体工程学的角度来看，稳定的线圈应该固定在棍子的末端。电路的其余部分放在一个小塑料盒子里，盒子固定在棍子的把手上。

原型有一个直径为32mm的塑料排水管，用于吸管。装有电路的盒子装在“T”上。探测头有一个200mm的塑料塞帽。线圈托架与斗杆的连接呈135度角。在斗杆的顶部插入了一个32毫米的相应插头。线圈缠绕可以在载体插头的外表面进行，然后用绝缘胶带（PVC粘合剂）将线圈固定到位。探测头的照片信息量很大。整个建设的成本显然很小。所有的非电子材料都可以在水暖店找到。

准备寻宝了吗

现在探测器的建造已经完成，你将渴望去寻找宝藏。但你必须熟悉探测器的使用，然后才能看到山脉和沟壑。

实际上，抗磁性和顺磁性材料对探测器读数的影响很小。然而，铁磁性材料在仪器中引起强烈的证据，增加了L2的电感。但是，因为你通常是在寻找硬币，也就是说，小金属物体，而且300kHz的频率相对较高，你会因为降低振荡器频率的涡流而损失惨重。由于这里的主要检测因素是涡流的存在，所以对于所有种类的金属，仪器针都朝同一方向发散。如果你看着针和它的移动，这意味着有东西埋在地上。所以开始挖掘，祝你好运。:-)

部件清单

电阻：
R1, R2 = 22KΩ
P1 = 10KO, trimer

电容器：
C1, C3, C4, C6 = 680pF
C2 = 220pF
C5 = 270pF
C7 = 3p3
C8 = 100pF, Trimmer
C9 = 10μF / 63V

线圈：
L1 = 330μH
L2 = hand coil, see text

半导体：
D1 = BAT85
IC1 = CD4030

其他：
M1 = 100μA moving coil instrument