金属探测器的制作

1、自动检测与过程控制期末作业姓 名 朱胜迪 班 级 信息072 学 号 200711513121 日 期 一、 作业题目设计一个电感式接近开关的电路，当开关探头接近金属至一定距离时，开关可使一外部的直流负载通电工作，并在内部点亮一指示灯，探头离开一定距离后开关断开，且开、关的动作可靠，不能有抖动。（注：开关最大工作电压36V，最大工作电流30mA）二、 题目分析及设计思路1、 题目分析：题目要求设计一电感式接近开关，即开关量为电路探头是否探测到金属，探测到的话有电流输出，没有探测到则没有输出。2、 设计思路：利用电感线圈在接近金属时会产生涡流效应导致自身电感量的改变来实现有没有金属接近这一实际动

2、作到电路信号的变化。在对这一信号加以处理进而得到电流的变化从而实现设计要求。3、 方案设计说明：系统框图：震荡电路整形电路输出电路探测线圈探测线圈：电路的探测原件，自身属于探测线圈震荡电路，当有金属接近时探测线圈电感量发生变化。震荡电路：有两组，一组为探测线圈震荡电路，一组为基本震荡电路，基本震荡电路用于与探测线圈震荡电路产生的震荡形成对比，产生差量。整形电路：包含放大电路和整形电路。将两组震荡电路产生的震荡波形进行放大整形的处理实现一组波形变化时会与另一组震荡波形形成差量，并转换为电压信号输出到下一级电路。输出电路：主要为放大电路，整形电路输出电压将驱动输出电路放大并输出电压来带动负载工作。

3、三、 单元电路设计说明1、 震荡电路：A、 电路原理图：B、 震荡电路单元由两组震荡电路合并而成，左侧虚线框内为探测线圈震荡电路，L1为探测线圈，通电情况下有金属接近L1时其电感量会发生变化，导致震荡波形变化。调节Rw可进行电路工作时的校准，C2可进行微调。右侧虚线框内为基准震荡电路，其产生的震荡波形为一常量，用于与探测线圈震荡电路产生的波形进行比较，正常情况下两者输出波形一致。A点为基准震荡电路的输出端，B点为探测线圈震荡电路的输出端，两个端口将接入电路下一级将信号进行变换处理。2、 整形电路：A、 电路原理图:B、整形电路单元由放大部分、整形部分、比较整合部分构成。左侧虚线框内为放大部分，

4、电容、电阻和非门形成放大环节。非门通常情况下有无限放大的功能，利用电阻将输出以负反馈的形式接入输入端来限制其放大能力以实现有限放大。之间部分的虚线框内为整形部分，非门根据其输入的上下限的要求及反相的特性将震荡输出的正弦波变换为矩形波。非门将会把正弦波中达到其高电平要求的波形全部转换为低电平输出，而将达到其低电平要求的正弦波部分全部转换为高电平输出，这样就实现把正弦波转换为矩形波的功能。右侧虚线框内的部分为比较整合部分，利用非门的反相功能将基准震荡电路输出的波形进行反相变换，而原来输出基准波形和检测波形是一样的再经过一个反相一个不变的情况下将他们通过二极管VD叠加整合，如果两个波形都没有发生变化

5、则叠加后因为相互反相的关系导致输出相互抵消，输出为零；而当检测端的探头检测到金属后电感量发生变化导致波形发生变化，从而使叠加后的波形不能相互抵消，使输出量不为零，即产生了差量。这一输出量从C点处输出用来驱动输出电路。3、 输出电路：A、电路原理图：B、 驱动电压从C处输入，当驱动电压不为零且达到场效应管的栅极导通电压时，VF导通且实现放大输出。在D、E处接负载。四、 完整电路原理分析1、 电路原理图：2、 电路分析：电路中L1,R1,R2,R3,C1,C2,C3,C4和V1构成探测线圈震荡电路，L1为探测线圈，通电后其电感量会受外界金属的影响而产生变化。电路中L2,R2,R3,R4,C6,C7

6、,C8,C9呵V2构成基准震荡电路，L2为震荡电路震荡线圈，其电感量固定，不受外界影响，能使电路产生固定的正弦波。电路中R5,C10,R8,D1,D2,D3,R10为探测线圈震荡电路的波形处理电路，先由非门构成的放大器对A点进来的信号进行放大，再由D2对正弦波进行整形，将其变换为矩形波，D3对生成的矩形波进行相位取反。从B点进入的信号处理同A点的信号，只是少了相位取反。再将两路波形叠加后从DV处输出。DV1及以后的电路构成了负载的驱动电路，主要通过VF的放大作用对电压进行放大来带动负载。在探测端部受金属影响的情况下，两组震荡电路输出的波形为相位频率均相同的正弦波，波形信号经放大处理后再一路取反

7、，一路不取反的情况下形成相位相反，频率相同的两路矩形波，将这两路波形进行叠加后波形相互抵消使得输出为零发光二极管不亮。因此VF的栅级因为没有加压而使FV不能导通，也就不能带动负载。而当探测线圈受到金属影响时就回导致电感量发生变化使得波形频率也产生变化，因此再两路波形叠加后输出不为零发光二极管发光，因而VF栅极被加上电压，VF导通，并将电压放大，带动负载工作。电路实现功能。3、 原件选择(参考电感式金属探测器电路)：Rw选用小型实心电位器或密封式可变电阻器。 C1、C3、C10、C11和C13均选用高频瓷介电容器；C4C6、C9和C12选用独石电容器或涤纶电容器；C2选用瓷介可变电容器；VD选用1N4148型硅开关二极管。VS选用稳压值为4.55.1V、结电容为50PF的稳压二极管。V1和V2均选用59018型硅NPN型晶体管。VF选用V20A型场效应晶体管。非门可选两块7402集成电路来实现功能。7402管脚排列如下：A、B、C、D为输入端口，Y为输出端口，GND为接地VCC为接电源正极。L1用0.27mm的漆包线在25mm的塑料环上绕90110匝，线圈外部包上铝箔（铝箔宜留有开口，并用屏蔽线将铝箔与地之间连接好）；L2选用固定电感器（例如TDK色码电感）。五、 使用方法接上负载闭合开关S，将探头远离金属物品，观察发光二极管是否会