模電課程設(shè)計(jì)報(bào)告

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1、金屬探測器的設(shè)計(jì)6　　　　　　　　　　任務(wù)書1、設(shè)計(jì)題目：金屬探測器的設(shè)計(jì)2、設(shè)計(jì)目的（1）學(xué)會利用金屬物體對信號產(chǎn)生諧波的場強(qiáng)變化而使振幅隨之變化來識別金屬物體。（2）掌握信號檢測，放大、變換、驅(qū)動電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法。（3）了解金屬探測的場強(qiáng)識別方法。3、設(shè)計(jì)任務(wù)3．1金屬探測器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）探測距離大于20cm（金屬物體越大，探測距離也越大，對1分硬幣的探測距離為20cm）。（2）具有自動回零功能。（3）連續(xù)工作時間：一組5號干電池可連續(xù)工作40h.。3．2設(shè)計(jì)要求（1）計(jì)算參數(shù)，組裝、調(diào)試電路，以滿足設(shè)計(jì)要求。

2、（2）畫出完整電路圖，寫出設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。金屬探測器的設(shè)計(jì)6　　　　　　　　　　目錄1、緒論-------------------------------22、方案規(guī)劃-------------------------33、方案說明----------------------------64、、硬件方案設(shè)計(jì)-----------------------------75、調(diào)試-----------------------------------126、技術(shù)總結(jié)-------------------------------137、參考文獻(xiàn)---

3、----------------------------148、附錄------------------------------------14金屬探測器的設(shè)計(jì)6　　　　　　　　　　1、緒論1.1金屬探測器的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢全球第一臺金屬探測器誕生于1960年，最初的金屬探測器主要應(yīng)用于工礦企業(yè)，其為檢查礦產(chǎn)純度和提高效益的得力幫手。隨后于1970年，隨著社會的不斷發(fā)展，金屬探測器被引入一個新的應(yīng)用領(lǐng)域—安全檢查，其廣泛運(yùn)用于民航、公安、緝私和邊防等領(lǐng)域，也就是今天我們所使用的金屬探測器的雛形，它的出現(xiàn)意味著人類對安全的認(rèn)知已步入了一個

4、新的時代。40多年過去了，金屬探測器經(jīng)歷了幾代探測技術(shù)的變革，從最初的信號模擬技術(shù)到連續(xù)波技術(shù)直到今天所使用的數(shù)字脈沖技術(shù)，金屬探測器簡單的磁場切1.2金屬探測器的應(yīng)用金屬探測器作為一種最重要的安全檢查設(shè)備，己被廣泛地應(yīng)用于社會生活和工業(yè)生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域。比如在機(jī)場、大型運(yùn)動會(如奧運(yùn)會)、展覽會等都用金屬探測器來對過往人員進(jìn)行安全檢測,以排查行李、包裹及人體夾帶的刀具、槍支、彈藥等傷害性違禁金屬物品;工業(yè)部門(包括手表、眼鏡、金銀首飾、電子等生產(chǎn)含有金屬產(chǎn)品的工廠)也使用金屬探測器對出入人員進(jìn)行檢測，以防止貴重金屬材料的丟失;目前，就連考

5、試也開始啟用金屬探測器來防止考生利用手機(jī)等工具進(jìn)行作弊。由此可見，金屬探測器對工業(yè)生產(chǎn)及人身安全起著重要的作用。而為了能夠準(zhǔn)確判定金屬物品藏匿的位置，就需要金屬探測器具有較高的檢測精度。2、方案論證2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)組成本金屬探測器由高頻振蕩器、功率放大器、整流器與3V的直流電壓組成。如圖2.1所示。金屬探測器的設(shè)計(jì)6　　　　　　　　　　圖2.1總體設(shè)計(jì)方案框圖2.2理論描述常見的金屬探測器都是利用金屬物體對電磁信號產(chǎn)生渦流效應(yīng)的原理。利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，會在金屬導(dǎo)體中產(chǎn)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

6、弱，甚至無法維持振蕩所需的最低能量而停振。如果能檢測出這種變化，并轉(zhuǎn)換成聲音或光電信號，根據(jù)信號的有無，就可以判定探測線圈下面是否有金屬物。金屬探測器是采用線圈的電磁感應(yīng)原理來探測金屬的。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)有金屬物靠近通電線圈平面附近時，將發(fā)生線圈介質(zhì)條件的變化和渦流效應(yīng)兩個現(xiàn)象。2.2.1線圈介質(zhì)條件的變化當(dāng)金屬物接近通電線圈時，將使通電線周圍的磁場發(fā)生變化，對于半徑為R的單匝圓形電感線圈，當(dāng)其中通過交變電流I=Imcoswt圈周圍空間產(chǎn)生交變磁場，根據(jù)畢奧一薩伐爾定律可計(jì)算線圈中心軸線上一點(diǎn)的磁感應(yīng)(1-1)其中，μ=μ0μr，μ為

7、介質(zhì)的磁導(dǎo)率，μr為相對磁導(dǎo)率，μ0為真空磁導(dǎo)率。對于緊密纏繞N匝的線圈，線圈中心軸線上一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度則為：(1-2)由公式(1-2)可知，當(dāng)線圈有效探測范圍內(nèi)無金屬物時，μr=1金屬探測器的設(shè)計(jì)6　　　　　　　　　　(非金屬的相對磁導(dǎo)率)，線圈中心磁感應(yīng)強(qiáng)度B保持不變，當(dāng)線圈有效探測范圍內(nèi)出現(xiàn)鐵磁性金屬物時，μr會變大，B隨之也會變大。2.2.2渦流效應(yīng)根據(jù)電磁理論，我們知道，當(dāng)金屬物體被置于變化的磁場中時，金屬導(dǎo)體內(nèi)就會產(chǎn)生自行閉合的感應(yīng)電流，這就是金屬的渦流效應(yīng)。渦流要產(chǎn)生附加的磁場，與外磁場方向相反，削弱外磁場的變化。據(jù)此，將一

8、交流正弦信號接入繞在骨架上的空心線圈上，流過線圈的電流會在周圍產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)將金屬靠近線圈時，金屬產(chǎn)生的渦流磁場的去磁作用會削弱線圈磁場的變化。金屬的電導(dǎo)率σ越大，交變電流的頻率越大，則渦電