毕业设计（论文）-金属探测器的研究与设计

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1、德州学院2013届电子信息工程专业毕业设计提供全套毕业论文，各专业都有金属探测器的研究与设计陈亮(德州学院物电学院，山东德州253023)摘要金属探测器是专门用来探测金属的仪器，广泛应用于工业生产、安检、娱乐等领域，本文设计的金属探测是根据电磁感应原理制成的，将一金属置于变化的磁场当中时，根据电磁感应原理就会在金属内部产生涡流，涡流产生的磁场反过来又影响原磁场，这种变化可以转换为频率和幅值的变化，供相关电路进行检测。由正弦波振荡电路产生正弦波，流过探头线圈产生交变电磁场，在被测金属物体中感应出涡流，涡流产生反作用于探头，使探头线

2、圈阻抗发生变化，从而使探测器的振幅也发生变化。该振幅变化量作为探测信号，经二极管检波电路，前置电路放大，将电压转换成电流，后把电流转换成频率，最后将这个变化量转换成音频信号，驱动扬声器，使扬声器所发的声音发生改变，音频信号随被测金属物体的大小及距离变化而变化。关键词金属探测；电磁感应原理；振荡电路；放大电路；电压电流转换电路1绪论金属探测器是一种专门用来探测金属的仪器，探测有金属外壳或金属部件的地雷，还可以用来探测隐蔽在墙壁内部的电线、埋在地下的水管电缆，甚至能够地下探宝考古，发现埋藏在地下的金属物体。目前还广泛用于各种大型会议

3、中心、体育场管公检法、监狱系统及娱乐场所的安全检查和工厂企业[1]的防偷检查，甚至用于对高考作弊检查。早在20世纪40年代二战期间，出于战争的需要，军队就使用了差拍式金属探测器来排查地雷。作为探雷器由于军事的保密需要，随后的20年金属探测器没有得到大的技术发展和应用领域的拓展。20世纪70年代随着航空工业的迅速发展，劫机和危险事件的发生使航空和机场安全逐渐受到重视，于是在机场众多设备中，金属探测门被用来充当排查违禁物品的重要角色。同时，由于金属探测门在机场安检中崭露头角，大型运动会、展览会及政府安全保卫工作中开始启用金属探测门。

4、20世纪80年代，监狱暴力案件呈直线上升趋势，如何及早预防并阻止暴力案件发生成了监狱管理工作中的重中之重，在依靠警员对囚犯加强管理的同时，金属探测门再次成为了美国、英国、比利时等发达国家监狱管理机构必备的安检设备；与此同时西方兴起的“探宝热”，也使金属探测器取得了长足的发展。进入20世纪90年代，迅速升温的电子制造业[2]25德州学院2013届电子信息工程专业毕业设计成了这个时代的宠儿，大型的电子公司为了减少产品的流失、结束员工与公司之间的尴尬局面，陆续采用了金属探测门和手持金属探测器，作为管理员工行为、减少产品流失的利刃，于是

5、金属探测器又有了它的新作用产品防盗。2金属探测理论依据2.1电磁感应原理金属探测器是采用线圈的电磁感应原理来探测金属的，对于如图2-1所示的半径为R的单匝圆形电感线圈，当其中通过交变电流时，线圈周围空间会产生交变磁场D根据毕奥-萨伐尔定律可计算出线圈中心轴线上一点的磁感应强度B为：（2-1）其中，为介质的磁导率，为相对磁导率，为真空磁导率。图2-1环形载流导线的磁场由公式（2-1）可知，当线圈有效探测范围[3]内无金属物时，（非金属的相对磁导率），线圈中心磁感应强度B保持不变。当线圈有效探测范围内出现铁磁性金属物时，由于铁磁性金

6、属的相对磁导率，所以，磁感应强度B也会随的增大而增大。当线圈有效探测范围内出现非铁磁性金属物时，由于非铁磁性金属的相对磁导率，所以，磁感应强度B也会随的减小而减小。由此可见，金属的出现会使介质的磁导率发生变化，从而引起线圈周围的磁感应强度变化。25德州学院2013届电子信息工程专业毕业设计另一方面，置于该交变磁场中的金属导体内会产生自行闭合的涡电流，涡流要产生附加的磁场与外磁场方向相反会削弱线圈磁场的变化。金属的电导率越大，线圈中通过的交变电流的频率越大，则涡电流强度就越大，对原磁场的抑制作用越强。通过以上分析可知，当有金属物靠

7、近通电线圈平面附近时，无论是介质磁导率的变化还是金属的涡流效应均能引起磁感应强度B的变化。本设计正是基于上述理论，寻找一种适合的传感器来感应金属的出现而引起的线圈磁场变化并把磁场信号的变化转变成电信号的变化，从而实现单片机的控制。2.2传感器原理根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。按照电涡流在导体内的贯穿情况，此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类，但从基本工作原理

8、上来说仍是相似的。电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，另外还具有体积小，灵敏度高，频率响应宽等特点，应用极其广泛[4]。一、电涡流式传感器的工作原理图2-2由传感器线圈和被测导体组成线圈—导体系统。根据