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1、金属探测器的原理与制作金属探测器原理与制作金属探测器是一种专门用来探测金属的仪器，除了用于探测有金属外壳或金属部件的地雷之外，还能够用来探测隐蔽在墙壁内的电线、埋在地下的水管和电缆，甚至能够地下探宝，发现埋藏在地下的金属物体。金属探测器还能够作为开展青少年国防教育和科普活动的用具，当然也不失为是一种有趣的娱乐玩具。工作原理由金属探测器的电路框图能够看出，本金属探测器由高频振荡器、振荡检测器、音频振荡器和功率放大器等组成。高频振荡器由三极管VT1和高频变压器T1等组成，是一种变压器反应型LC振荡器。T1的初级线圈L1和电容器C1组成LC并联振荡回路，其振荡频率约200kHz，由L1的电感量和C1
2、的电容量决定。T1的次级线圈L2作为振荡器的反应线圈，其“C端接振荡管VT1的基极，“D端接VD2。由于VD2处于正向导通状态，对高频信号来讲，“D端可视为接地。在高频变压器T1中，假如“A和“D端分别为初、次级线圈绕线方向的首端，则从“C端输入到振荡管VT1基极的反应信号，能够使电路构成正反应而产生自激高频振荡。振荡器反应电压的大小与线圈L1、L2的匝数比有关，匝数比过小，由于反应太弱，不容易起振，过大引起振荡波形失真，还会使金属探测器灵敏度大为降低。振荡管VT1的偏置电路由R2和二极管VD2组成，R2为VD2的限流电阻。由于二极管正向阈值电压恒定约0.7V，通过次级线圈L2加到VT1的基极
3、，以得到稳定的偏置电压。显然，这种稳压式的偏置电路能够大大加强VT1高频振荡器的稳定性。为了进一步提高金属探测器的可靠性和灵敏度，高频振荡器通过稳压电路供电，其电路由稳压二极管VD1、限流电阻器R6和去耦电容器C5组成。振荡管VT1发射极与地之间接有两个串联的电位器，具有发射极电流负反应作用，其电阻值越大，负反应作用越强，VT1的放大能力也就越低，甚至于使电路停振。RP1为振荡器增益的粗调电位器，RP2为细调电位器。振荡检测器振荡检测器由三极管开关电路和滤波电路组成。开关电路由三极管VT2、二极管VD2等组成，滤波电路由滤波电阻器R3，滤波电容器C2、C3和C4组成。在开关电路中，VT2的基极
4、与次级线圈L2的“C端相连，当高频振荡器工作时，经高频变压器T1耦合过来的振荡信号，正半周使VT2导通，VT2集电极输出负脉冲信号，经过型RC滤波器，在负载电阻器R4上输出低电平信号。当高频振荡器停振荡时，“C端无振荡信号，又由于二极管VD2接在VT2发射极与地之间，VT2基极被反向偏置，VT2处于可靠的截止状态，VT2集电极为高电平，经过滤波器，在R4上得到高电平信号。由此可见，当高频振荡器正常工作时，在R4上得到低电平信号，停振时，为高电平，由此完成了对振荡器工作状态的检测。音频振荡器音频振荡器采用互补型多谐振荡器，由三极管VT3、VT4，电阻器R5、R7、R8和电容器C6组成。互补型多谐
5、振荡器采用两只不同类型的三极管，其中VT3为NPN型三极管，VT4为PNP型三极管，连接成互补的、能够强化正反应的电路。在电路工作时，它们能够交替地进入导通和截止状态，产生音频振荡。R7既是VT3负载电阻器，又是VT3导通时VT4基极限流电阻器。R8是VT4集电极负载电阻器，振荡脉冲信号由VT4集电极输出。R5和C6等是反应电阻器和电容器，其数值大小影响振荡频率的高低。功率放大器功率放大器由三极管VT5、扬声器BL等组成。从多谐振荡器输出的正脉冲音频信号经限流电阻器R9输入到VT5的基极，使其导通，在BL产生瞬时较强的电流，驱动扬声器发声。由于VT5处于开关工作状态，而导通时间又非常短，因而功
6、率放大器非常省电，能够利用9V积层电池供电。高频振荡器探测金属的原理调节高频振荡器的增益电位器，恰好使振荡器处于临界振荡状态，也就是讲恰好使振荡器起振。当探测线圈L1靠近金属物体时，由于电磁感应现象，会在金属导体中产生涡电流，使振荡回路中的能量损耗增大，正反应减弱，处于临界态的振荡器振荡减弱，甚至无法维持振荡所需的最低能量而停振。假如能检测出这种变化，并转换成声音信号，根据声音有无，就能够断定探测线圈下面能否有金属物体了。互补型多谐振荡器的工作原理接通电源时，由于VT3基极接有偏置电阻器R1、R3而被正向偏置，假设VT3集电极电流处于上升阶段，VT4基极电流随之上升，导致VT4集电极电流剧增，
7、VT4集电极电位随之迅速升高，由VT4输出的电流通过与之相连的R5向C6充电，流经VT3的基极入地，又导致VT3基极电流进一步升高。如此反复循环，强烈的正反应使得VT3、VT4迅速进入饱和导通状态，VT4集电极处于高电平，使多谐振荡器进入第一个暂稳态经过。随着电源通过饱和导通的VT4经R5向C6充电，当VT3基极电流下降到一定程度时，VT3退出饱和导通状态，集电极电流开场减小，导致VT4集电极电流减小，VT4集电极电位下降，这一经过又进一步加剧了向C6充电电流迅速减小，VT3基极电位急剧降低而使VT3截止，VT4集电极迅速跌至低电平，多谐振荡器翻转到第二个暂稳态。多谐振荡器刚进入第二暂稳态时，
8、先前向C6充电的结果，其电容器右端为正，左端为负，如今C6右端对地为低电平，由于电容器C6两端电压不能跃变，故VT3基极被C6左端负电位强烈反向偏置，使两只三极管在较长时间继续保持截止状态。在C6放电时，电流从电容器右端流出，主要流经R5、R8、R9、VT5发射结入地，又经过电源、R6、R1、R3流回电容器C6左端。直到C6放电结束，电源继续通过上述回路开场对C6反向充电，C6左端为正。当C6两端的电位上升至0.7V，VT3开场进入导通状态，经过强烈正反应，迅速进入饱和导通状态，使电路再次发生翻转，重复先前的暂稳态经过，如此周而复始，电路产生自激多谐振荡。从电路工作经过能够看出，向C6充电时，
9、充电电阻器R5电阻值较小，因而充电经过较快，电路处在饱和导通状态时间很短；而在C6放电时，需要流经很多有关电阻器，放电电阻器总的数值较大，因此放电经过较慢，也就是讲电路处于截止时间较长。因而，从VT4集电极输出波形占空比很大，正脉冲信号的脉宽很窄，其振荡频率约330Hz。调试与使用方法金属探测器电路除了灵敏度调节电位器外，没有调整部分，只要焊接无误，电路就能正常工作。整机在静态，也就是扬声器不发声时，总电流约为10mA，探测到金属扬声器发出声音时，整机电流上升到20mA。一个新的积层电池能够工作2030小时。新焊接的金属探测器假如不能正常工作，首先要检查电路板上各元器件、接线焊接能否有误，再测
10、量电池电压及供电回路能否正常，稳压二极管VD1稳定电压5.56.5V之间，VD2极性不要焊反。探测碟内振荡线圈初次级及首尾端不要焊错。金属探测器使用前，需要调整探测杆的长度，只要将黑胶通旋松，推拉胶通套管至适宜的长度，再旋转胶内通管，使电缆线绕紧，并使手柄尖端朝上，最后将黑胶通旋紧，锁住胶通套管。这样，手握探测器手柄时，大拇指正好紧挨灵敏度调节电位器。调整金属探测器灵敏度时，探测碟振荡线圈要远离金属，包括带铝箔的纸张，然后旋转灵敏度细调电位器旋钮FINETUNING打开电源开关，并旋转到一半的位置，再调节粗调电位器旋钮TUNING，使扬声器音频叫声停止，最后再微调细调电位器，使扬声器叫声恰好停止，这时金属探测器的灵敏度最高。用金属探测器探测金属时，只要探测碟靠近任何金属，扬声器便会发出声音，远离到一定位置叫声自动停止。本金属探测器有较高的灵敏度，用它探测大块金属时，探测碟距金属物体20cm扬声器就会发出声音，小到曲别针，甚至一枚大头针都能检测到，只是探测碟线圈必须紧靠细小金属物体。由于金属探测器利用振荡线圈的电磁感应来探测金属物体，能够透过非金属物体，比方纸张、木材、塑料、砖石、土壤、甚至水层，探测到被遮盖的的金属物体，因而具有实用性，比方在装修房屋时，用它探测到墙内的电线或钢筋，以免造成施工危险和安全隐患；又如安检用的金属探测器就是根据这个原理制成的。