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
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。
电源电压需要高于 5V。