基于阻抗变化的金属探测器

利用激励线圈在探测区产生一个稳定的交变电磁场，以在被测金属物体中感应出涡流，涡流反作用于激励线圈的二次磁场，使激励线圈阻抗发生变化，从而使金属探测器输出信号的幅值发生变化。将该幅值变化量作为探测信号，经过放大、变换后转换成音频信号，驱动音响电路发声，音频信号随被测金属物的大小及激励线圈与金属物体之间距离的变化而变化。

上图所示为一手持式金属探测器的信号处理系统框图。系统探头为一电感线圈——激励线圈，是振荡器的一部分，用于产生一次磁场和接收二次磁场。检波器的作用是将振荡器振幅的变化转变为直流信号。直流信号处理部分由前置放大器、电压—电流

变换器以及电流—频率变换器组成。其作用是将直流信号转换为音频信号。为方便后续信号处理，系统多采用直流供电，如电池或稳压电源，欠压报警电路是一个电源监控器，当电池电压不足时，会自动发出报警信号。

金属探测器的具体探测、处理电路有很多，这里我们只列举一二。

一、直流电源及振荡、检波电路

电路原理如图2所示。系统稳压电路采用集成三端稳压器CW79105，其输人端接电池–12VDC，输出稳压值为–5VDC。振荡器是用变压器实现正反馈的正弦振荡器，二极管D，和电容C，组成检波电路。

二、前置放大电路

前置放大电路采用差动输入放大器，如图3所示。图中R,、C、R。及C。构成差动积分电路，即自动回零电路，其作用是对变化缓慢的直流信号进行抑制，而对变化较快的金属探测信号进行高倍放大。

三、电压—电流变换电路

电压—电流变换电路是用运算放大器和三极管等组成电流负反馈电路，如图4所示。由前置放大器输出的直流脉动信号经本级放大后得到稳定的恒流输出，以驱动后级电流—频率变换器。图中R。为系统工作状态调节电位。静态时，调节R。使三极管工作于临界截止状态，二极管接近导通。一旦V，输人脉动放大信号，三极管进入放大状态，二极管迅速导通，驱动下一级工作。电阻R。取值较大，使得三极管T集电极电流只要稍有变化，就会使二极管D迅速导通。

四、电流—频率变换电路

电流—频率变换电路的作用是将前级放大后的直流信号转换成音频信号，驱动喇叭发出声响。金属物体越大或者探头离金属物体越近，其输出信号就越强，频率就越高。采用CMOS时基电路CH7555构成由输人电压控制的多谐振荡器，电路如图5所示。图中，输人信号V，控制电容器C。的充电时间，从而决定输出音频信号的频率，实现电流—频率转换。当无输人信号V,时（前级输出端二极管截止，电流为零)，由R、C、D产生充放电信号，使变换器输出一个间隔约3s的窄脉冲，喇叭中产生一间隔为3s的“嗒—嗒”声，以示无探测信号。当探测到金属物体时，喇叭发声的频率增高，信号增大。

五、直流电源欠压报警电路

当电池电压V;由-12VDC变至–6.5VDC时，三端稳压器输出的稳压值会发生较大偏差，应更换新电池，所以系统中设计了直流电源欠压报警电路。报警电路如图6所示。电路用CMOS时基电路CH7555和阻容元件组成多谐振荡器，采用-5VDC稳压电源供电。当V，下降至–6.5V时，电路起振，发出电压不足报警信号。该振荡器的振荡频率f=4.9kHz，比探测信号频率高，且固定不变，因此不会与探测信号相混淆。将上述各部分电路按框图顺序级连，便可得到总体电路图。