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手持金屬探測儀的探測原理
手持金屬探測儀的探測原理提起金屬探測器,人們就會聯想到探雷器,工兵用它來探測掩埋的地雷。金屬探測器是一種專門用來探測金屬的儀器,除了用于探測有金屬外殼或金屬部件的地雷之外,還可以用來探測隱蔽在墻壁內的電線、埋在地下的水管和電纜,甚至能夠地下探寶,發(fā)現埋藏在地下的金屬物體。金屬探測器還可以作為開展青少年國防教育和科普活動的用具,當然也不失為是一種有趣的娛樂玩具。
工作原理
高頻振蕩器
手持金屬探測儀的探測原理 由三極管VT1和高頻變壓器T1等組成,是一種變壓器反饋型LC振蕩器。T1的初級線圈L1和電容器C1組成LC并聯振蕩回路,其振蕩頻率約200kHz,由L1的電感量和C1的電容量決定。T1的次級線圈L2作為振蕩器的反饋線圈,其“C”端接振蕩管VT1的基極,“D”端接VD2。由于VD2處于正向導通狀態(tài),對高頻信號來說,“D”端可視為接地。在高頻變壓器T1中,如果“A”和“D”端分別為初、次級線圈繞線方向的首端,則從“C”端輸入到振蕩管VT1基極的反饋信號,能夠使電路形成正反饋而產生自激高頻振蕩。振蕩器反饋電壓的大小與線圈L1、L2的匝數比有關,匝數比過小,由于反饋太弱,不容易起振,過大引起振蕩波形失真,還會使金屬探測器靈敏度大為降低。振蕩管VT1的偏置電路由R2和二極管VD2組成,R2為VD2的限流電阻。由于二極管正向閾值電壓恒定(約0.7V),通過次級線圈L2加到VT1的基極,以得到穩(wěn)定的偏置電壓。顯然,這種穩(wěn)壓式的偏置電路能夠大大增強VT1高頻振蕩器的穩(wěn)定性。為了進一步提高金屬探測器的可靠性和靈敏度,高頻振蕩器通過穩(wěn)壓電路供電,其電路由穩(wěn)壓二極管VD1、限流電阻器R6和去耦電容器C5組成。振蕩管VT1發(fā)射極與地之間接有兩個串聯的電位器,具有發(fā)射極電流負反饋作用,其電阻值越大,負反饋作用越強,VT1的放大能力也就越低,甚至于使電路停振。RP1為振蕩器增益的粗調電位器,RP2為細調電位器。
高頻振蕩器探測金屬的原理
調節(jié)高頻振蕩器的增益電位器,恰好使振蕩器處于臨界振蕩狀態(tài),也就是說剛好使振蕩器起振。當探測線圈L1靠近金屬物體時,由于電磁感應現像,會在金屬導體中產生渦電流,使振蕩回路中的能量損耗增大,正反饋減弱,處于臨界態(tài)的振蕩器振蕩減弱,甚至無法維持振蕩所需的*低能量而停振。如果能檢測出這種變化,并轉換成聲音信號,根據聲音有無,就可以判定探測線圈下面是否有金屬物體了。
振蕩檢測器
振蕩檢測器由三極管開關電路和濾波電路組成。開關電路由三極管VT2、二極管VD2等組成,濾波電路由濾波電阻器R3,濾波電容器C2、C3和C4組成。在開關電路中,VT2的基極與次級線圈L2的“C”端相連,當高頻振蕩器工作時,經高頻變壓器T1耦合過來的振蕩信號,正半周使VT2導通,VT2集電極輸出負脈沖信號,經過π型RC濾波器,在負載電阻器R4上輸出低電平信號。當高頻振蕩器停振蕩時,“C”端無振蕩信號,又由于二極管VD2接在VT2發(fā)射極與地之間,VT2基極被反向偏置,VT2處于可靠的截止狀態(tài),VT2集電極為高電平,經過濾波器,在R4上得到高電平信號。由此可見,當高頻振蕩器正常工作時,在R4上得到低電平信號,停振時,為高電平,由此完成了對振蕩器工作狀態(tài)的檢測。
音頻振蕩器
音頻振蕩器采用互補型多諧振蕩器,由三極管VT3、VT4,電阻器R5、R7、R8和電容器C6組成?;パa型多諧振蕩器采用兩只不同類型的三極管,其中VT3為NPN型三極管,VT4為PNP型三極管,連接成互補的、能夠強化正反饋的電路。在電路工作時,它們能夠交替地進入導通和截止狀態(tài),產生音頻振蕩。R7既是VT3負載電阻器,又是VT3導通時VT4基極限流電阻器。R8是VT4集電極負載電阻器,振蕩脈沖信號由VT4集電極輸出。R5和C6等是反饋電阻器和電容器,其數值大小影響振蕩頻率的高低。
互補型多諧振蕩器的工作原理
接通電源時,由于VT3基極接有偏置電阻器R1、R3而被正向偏置,假設VT3集電極電流處于上升階段,VT4基極電流隨之上升,導致VT4集電極電流劇增,VT4集電極電位隨之迅速升高,由VT4輸出的電流通過與之相連的R5向C6充電,流經VT3的基極入地,又導致VT3基極電流進一步升高。如此反復循環(huán),強烈的正反饋使得VT3、VT4迅速進入飽和導通狀態(tài),VT4集電極處于高電平,使多諧振蕩器進入**個暫穩(wěn)態(tài)過程。隨著電源通過飽和導通的VT4經R5向C6充電,當VT3基極電流下降到一定程度時,VT3退出飽和導通狀態(tài),集電極電流開始減小,導致VT4集電極電流減小,VT4集電極電位下降,這一過程又進一步加劇了向C6充電電流迅速減小,VT3基極電位急劇降低而使VT3截止,VT4集電極迅速跌至低電平,多諧振蕩器翻轉到**個暫穩(wěn)態(tài)。多諧振蕩器剛進入**暫穩(wěn)態(tài)時,先前向C6充電的結果,其電容器右端為正,左端為負,現在C6右端對地為低電平,由于電容器C6兩端電壓不能躍變,故VT3基極被C6左端負電位強烈反向偏置,使兩只三極管在較長時間繼續(xù)保持截止狀態(tài)。在C6放電時,電流從電容器右端流出,主要流經R5、(R8)、R9、VT5發(fā)射結入地,又經過電源、R6、R1、R3流回電容器C6左端。直到C6放電結束,電源繼續(xù)通過上述回路開始對C6反向充電,C6左端為正。當C6兩端的電位上升至0.7V,VT3開始進入導通狀態(tài),經過強烈正反饋,迅速進入飽和導通狀態(tài),使電路再次發(fā)生翻轉,重復先前的暫穩(wěn)態(tài)過程,如此周而復始,電路產生自激多諧振蕩。從電路工作過程可以看出,向C6充電時,充電電阻器R5電阻值較小,因此充電過程較快,電路處在飽和導通狀態(tài)時間很短;而在C6放電時,需要流經許多有關電阻器,放電電阻器總的數值較大,因而放電過程較慢,也就是說電路處于截止時間較長。因此,從VT4集電極輸出波形占空比很大,正脈沖信號的脈寬很窄,其振蕩頻率約330Hz。
功率放大器
功率放大器由三極管VT5、揚聲器BL等組成。從多諧振蕩器輸出的正脈沖音頻信號經限流電阻器R9輸入到VT5的基極,使其導通,在BL產生瞬時較強的電流,驅動揚聲器發(fā)聲。由于VT5處于開關工作狀態(tài),而導通時間又非常短,因此功率放大器非常省電,可以利用9V積層電池供電。
手持金屬探測儀的探測原理 調試與使作方法
金屬探測器電路除了靈敏度調節(jié)電位器外,沒有調整部分,只要焊接無誤,電路就能正常工作。整機在靜態(tài),也就是揚聲器不發(fā)聲時,總電流約為10mA,探測到金屬揚聲器發(fā)出聲音時,整機電流上升到20mA。一個新的積層電池可以工作20~30小時。
新焊接的金屬探測器如果不能正常工作,首先要檢查電路板上各元器件、接線焊接是否有誤,再測量電池電壓及供電回路是否正常,穩(wěn)壓二極管VD1穩(wěn)定電壓5.5~6.5V之間,VD2極性不要焊反。探測碟內振蕩線圈初次級及首尾端不要焊錯。
金屬探測器使用前,需要調整探測桿的長度,只要將黑膠通旋松,推拉膠通套管至適宜的長度,再旋轉膠內通管,使電纜線繞緊,并使手柄**朝上,*后將黑膠通旋緊,鎖住膠通套管。這樣,手握探測器手柄時,大拇指正好緊挨靈敏度調節(jié)電位
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