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1、2006年仪表技术与传感器2006第1期InstrumentTechniqueandSensorNo11一种新型智能金属探测仪的设计贺桂芳(山东交通学院信息工程系,山东济南250023)摘要:介绍了一种基于金属体内电涡流效应的新型高灵敏度金属探测仪设计。它可用于交通部门对旅客和行李进行安全检查,也可用于建筑施工中,探明墙体内是否装有钢筋、金属管等。传感器探头由激励线圈和巨磁阻传感器芯片构成,在线圈中通入方波脉冲使周围产生交变磁场,当靠近金属物体时,金属内产生涡流,使原线圈的磁场发生变化,位于线圈中央的巨磁阻传感器将其转变成电信
2、号,在单片机的控制下进行处理和显示。关键词:巨磁阻传感器;金属探测;电涡流中图分类号:TM930.12文献标识码:B文章编号:1002-1841(2006)01-0013-02DesignofNewIntelligentMetalDetectorHEGui2fang(Dept.ofInfo.Engin.,ShandongJiaotongUniversity,Jinan250023,China)Abstract:Anewexcellentsensitivitymetaldetectorbasedoneddycurrentofme
3、talisintroduced.Itisusedbytrafficdepartmentforsafetycheckingtotravelersandtheirbaggage,italsobeusedinconstructiontodetectreinforcingbar,irontubeandsoon.Thesensorprobeiscomposedoffieldcoilandgiantmagnetoresistivesensor.Theinputsquarewavepulsemakesalternatingmagneticf
4、ieldgeneratedaroundthefieldcoil.Whenapproachingmetal,magneticfieldoftheoriginalfieldcoilischangedbecauseoftheeddycurrentmagneticfieldgeneratedfromthemetal.Thechangedmagneticfieldistransformedintoelectricalsignalbythegiantmagnetoresistivesensorcen2teredinthefieldcoil
5、.Thesignalisprocessedanddisplayedunderthecontrolofsinglechipprocessor.KeyWords:GiantMagnetoResistiveSensor;MetalDetection;EddyCurrent0引言阻组成惠斯登电桥,结构如图1所示。由于4个巨磁电阻是由金属探测仪可以检测隐藏的金属物体,其用途十分广泛,相同的材料制作,所以温度系数等性能相同,温漂小。图1中在国防、公安、海关、地质、冶金等部门以及日常生活等领域均R1和R3是参考电阻,R2和R4是感应电阻。参
6、考电阻R1和有应用。传统的金属探测仪其探头由LC正弦波振荡电路组R3被密封,使其与外部磁场隔离,阻值不会因为外部磁场的变成,当金属物体经过探头或在附近移动时,在金属体内产生涡化而变化。当施加外部磁场时,感应电阻R2和R4的阻值会随流,引起振荡电路正弦波幅值、频率的变化,通过检测该信号变着外部磁场的变化而变化,而参考电阻R1和R3阻值不变,导化来检测金属物体是否存在。这种方式主要存在的问题是:一致电桥失去平衡,将磁场大小转换为电压信号输出。般采用模拟电路设计,抗干扰能力差,易出现振荡失真或停振,[1]导致系统无法正常工作;测量灵
7、敏度较低,不能满足使用要求;灵敏度高的探测仪成本较高,结构复杂,安装、调试困难,使[2]用不便。设计的金属探测仪借鉴传统金属探测仪的优点,采用单个探测线圈,结构简单,便于操作;该金属探测仪一改传统的线圈频率变化或电压变化检测原理,选用高灵敏度的巨磁阻传感器芯片检测金属物体存在时线圈周围磁场的变化,提高了系统稳图1巨磁阻传感器内部结构定性和灵敏度;处理部件采用性能优良的AT89C51单片机替代与霍尔传感器及AMR传感器相比较,巨磁阻传感器有很传统的复杂模拟电路,提高了系统的抗干扰能力和智能化程大优势。例如灵敏度高,尺寸小,信号范
8、围大,温度稳定性好度。等。因此,巨磁阻传感器具有独特的和非常广泛的应用领域。1巨磁电阻传感器测量磁场原理2金属探测原理及探头设计巨磁电阻(GMR)因其磁阻变化率远大于基于各向异性的图2为传感器探头结构示意图。图中扁平圆线圈由014磁阻(AMR)而得名。巨磁阻传感器芯片主要是利
