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无线电电子与电气工程百科全书 脉冲金属探测器。 无线电电子电气工程百科全书
引起您注意的脉冲金属探测器是作者和来自顿涅茨克（乌克兰）的工程师 Yuri Kolokolov（网址 - home.skif.net/~yukol/index.htm）联合开发的，他成功地将这个想法转化为基于可编程单芯片微控制器的成品。 他开发了该软件，并进行了全面的测试和广泛的调试工作。 目前，莫斯科“Master Kit”公司正计划为无线电爱好者生产用于自行组装上述金属探测器的套件。 该套件将包含印刷电路板和电子元件，包括已经编程的控制器。 也许，对于许多寻宝和文物爱好者来说，购买这样的套件及其随后的简单组装将成为购买昂贵的工业设备或完全自己制作金属探测器的便捷替代方案。 对于那些充满自信并准备尝试制作和编程微处理器脉冲金属探测器的人来说，在 Internet 上的 Yuri Kolokolov 个人页面上有 Intel HEX 格式的控制器固件试用版和其他有用信息。 该固件版本与完整版本的不同之处在于缺少某些金属探测器操作模式。 脉冲或涡流金属探测器的工作原理是基于金属物体中脉冲涡流的激励以及这些电流感应的二次电磁场的测量。 在这种情况下，激励信号不是恒定地而是以脉冲的形式周期性地提供给传感器的发射线圈。 在导电物体中，会感应出阻尼涡流，从而激发阻尼电磁场。 该磁场又会在传感器的接收线圈中感应出阻尼电流。 根据物体的导电特性和尺寸，信号会改变其形状和持续时间。 上图。 图24.示意性地示出了脉冲金属探测器的接收线圈上的信号。
脉冲金属探测器有其优点和缺点。 优点是对矿化土壤和盐水敏感性低，缺点是金属类型选择性差，能耗较高。 实用设计 脉冲金属探测器的大多数实用设计要么构建在双线圈电路上，要么构建在具有附加电源的单线圈电路上。 在第一种情况下，该设备具有单独的接收和发射线圈，这使得传感器的设计变得复杂。 在第二种情况下，传感器中只有一个线圈，为了放大有用信号，使用了放大器，该放大器由额外的电源供电。 这种结构的含义如下：自感应信号的电势高于用于向发射线圈提供电流的电源的电势。 因此，要放大这样的信号，放大器必须有自己的电源，其电位必须高于被放大信号的电压。 它还使设备电路变得复杂。 所提出的单线圈设计是根据原始方案构建的，没有上述缺点。 主要技术特点
检测深度：
尽管所提出的脉冲金属探测器的设计相对简单，但由于需要在微控制器中输入特殊程序，其在家制造可能很困难。 仅当您具有使用微控制器的适当资格以及软件和硬件时才能完成此操作。 结构方案 框图如图所示。 25 该设备的基础是微控制器。 在它的帮助下，形成时间间隔来控制设备的所有组件，以及设备的指示和一般控制。 使用强大的开关，能量以脉冲方式累积在传感器线圈中，然后中断电流，之后发生自感应脉冲，在目标中激发电磁场。
该方案的“亮点”是在输入级使用差分放大器。 它用于放大电压高于电源电压的信号，并将其绑定到某个电位（+5V）。 为了进一步放大，使用具有高增益的接收放大器。 第一个积分器用于测量有用信号。 在直接积分期间，有用信号以电压的形式累积，在反向积分期间，结果被转换为脉冲持续时间。 第二个积分器具有较大的积分常数（240 ms），用于平衡直流放大路径。 示意图 脉冲金属探测器的示意图如图26所示。 XNUMX-差分放大器、接收放大器、积分器和强大的开关。
上图。 图27示出了微控制器以及控制和指示。 所提出的设计完全是在进口部件的基础上开发的。 使用来自领先制造商的最常见组件。 您可以尝试用国产的替换一些元件，这将在下面讨论。 所使用的大部分元件并不短缺，可以通过销售电子元件的公司在俄罗斯和独联体的大城市购买。
场效应晶体管VT1上装有一个强大的钥匙。 由于所使用的场效应晶体管 IRF740 的栅极电容超过 1000 pF，因此使用晶体管 VT2 上的初级将其快速关闭。 由于感性负载中的电流逐渐增加，强力钥匙的开启速度不再那么关键。 电阻器R1、R3旨在“淬灭”自感能量。 选择其额定值的原因是晶体管 VT1 的安全运行，以及确保电路中由传感器电感和寄生匝间电容形成的瞬态过程的非周期性特性。 保护二极管VD1、VD2限制差分放大器输入端的压降。 差分放大器组装在D1.1 运算放大器上。 芯片D1为TL074型四运放。 其显着特点是高速、低功耗、低噪声、高输入阻抗以及能够在接近电源电压的输入电压下工作。 这些特性决定了它在差分放大器以及整个电路中的使用。 差分放大器的增益约为7，由电阻R3、R6-R9、R11的值决定。 接收放大器D1.2是同相放大器，增益为56。在自感脉冲高压部分作用期间，利用模拟开关D1将该系数减小到2.1。 这可以防止输入放大路径过载，并提供快速进入放大微弱信号的模式。 晶体管 VT3 以及晶体管 VT4 旨在匹配从微控制器提供给模拟开关的控制信号电平。 使用第二个积分器D1.3，输入放大器电路自动平衡直流。 选择足够大的积分常数 240 ms，以便该反馈不会影响快速变化的有用信号的放大。 使用该积分器，放大器 D1.2 的输出在没有信号的情况下保持 +5 V 的电平。 测量第一积分器是在 D1.4 上制作的。 在有用信号的积分时，键D2.2打开，相应地，键D2.4关闭。 D2.3 键上实现了逻辑反相器。 信号积分完成后，按键D2.2闭合，按键D2.4打开。 存储电容C6开始通过电阻R21放电。 放电时间将与有用信号积分结束时在电容器 C6 上建立的电压成正比。 该时间是使用执行模数转换的微控制器来测量的。 为了测量电容器 C6 的放电时间，使用了微控制器 D3 中内置的模拟比较器和定时器。 在 LED VD3...VD8 的帮助下进行灯光指示。 按钮 S1 用于微控制器的初始重置。 开关S2和S3设置设备的操作模式。 使用可变电阻R29来调整金属探测器的灵敏度。 运行算法 为了阐明图28中所描述的脉冲金属探测器的工作原理， 图XNUMX示出了该装置最重要点的信号波形。
在间隔 A 期间，钥匙 VT1 打开。 锯齿波电流开始流过传感器线圈 - 波形 2。当电流达到约 2 A 时，按键关闭。 在晶体管 VT1 的漏极处，出现自感电压浪涌 - 波形 1。该浪涌的幅度超过 300 V (!)，并受到电阻器 R1、R3 的限制。 为了防止放大路径过载，使用限流二极管VD1、VD2。 为此，在时间间隔A（线圈中的能量积聚）和时间间隔B（自感应的排出）期间，钥匙D2.1被打开。 这将路径的端到端增益从 400 降低到 7。波形图 3 显示了放大路径输出端的信号（引脚 8 D1.2）。 从区间C开始，关键D2.1关闭，路径增益变大。 保护间隔C完成后，在此期间，放大路径进入模式，按键D2.2打开，按键D2.4关闭——有用信号的积分开始——间隔D。在此间隔之后，按键D2.2 .2.4 关闭，钥匙 D6 打开 - “反向”积分开始。 在此期间（时间间隔E和F），电容器C1.0完全放电。 使用内置模拟比较器，微控制器测量间隔E的值，该值与输入有用信号的电平成正比。 对于固件版本XNUMX，设置了以下间隔值：
微控制器处理接收到的数字数据，并使用 LED VD3-VD8 和声音发射器 Y1 指示目标对传感器的影响程度。 LED 指示类似于刻度盘指示器 - 如果没有目标，VD8 LED 会亮起，然后根据撞击程度，VD7、VD6 等依次亮起。 零件类型和设计 您可以尝试使用TL1N或两个TL074N、TL084N类型的双运放来代替运算放大器D072 TL082N。 D2芯片为CD4066型四路模拟按键，可更换为国产K561KTZ芯片。 D4 AT90S2313-10PI 微控制器没有直接类似物。 该电路不提供用于在线编程的电路，因此建议将控制器安装在插座上，以便可以重新编程。 78L05 稳定器在极端情况下可以用 KR142EN5A 代替。 晶体管VT1型IRF740可以用IRF840代替。 2N4 型晶体管 VT2-VT5551 可用任何字母索引的 KT503 代替。 但是，您应该注意它们具有不同的引脚排列。 LED 可以是任何类型，VD8 需要不同的发光颜色。 二极管 VD1、VD2 型号为 1N4148。 电阻可以是任何类型，R1和R3的功耗必须为0,5 W，其余可以是0,125或0,25 W。 选择 R9 和 R11 时，最好使其电阻值相差不超过 5%。 最好使用调谐电阻 R7 多匝。 电容C1为电解电容，电压为16V，其余电容为陶瓷电容。 建议选用TKE良好的电容C6。 按钮S1、开关S2-S4、可变电阻R29可以是任何适合尺寸的类型。 作为声源，您可以使用播放器的压电发射器或耳机。 装置主体的设计可以是任意的。 靠近传感器的杆（最长1m）和传感器本身不应有金属零件和紧固件。 使用塑料伸缩钓鱼竿作为制造鱼竿的起始材料是很方便的。 该传感器包含 27 匝直径为 0,6 ... 0,8 mm 的电线，缠绕在 190 mm 的心轴上。 传感器没有屏蔽，无需使用大量螺钉、螺栓等即可将其固定在杆上。 (!)否则，其制造技术可以与感应金属探测器相同。 由于屏蔽电缆的电容较高，因此不能使用屏蔽电缆连接传感器和电子单元。 为了这些目的，需要使用两根绞合在一起的绝缘线，例如MGSHV类型的绝缘线。 设置设备 注意力！ 该器件在 VT1 集电极和传感器处含有可能危及生命的高电压。 因此，在安装和操作时，应遵守电气安全预防措施。 建议按以下顺序设置设备： 1.确保安装正确。 2. 通电并确保汲取的电流不超过 100 (mA)。 3. 使用微调电阻R7，实现放大路径的平衡，使得7脚D1.4处的波形对应于图4中的波形28。 XNUMX、此时，需要保证区间D结束时的信号不变，即此时的示波图应该是水平的。 正确组装的设备不需要进一步配置。 必须将传感器靠近金属物体并确保指示元件正常工作。 软件说明中给出了控件操作的描述。 Программноеобеспечение 在撰写本文时，软件版本 1.0 和 1.1 已经开发和测试。 Intel HEX 格式的 1.0 版“固件”代码可以在 Internet 上的 Yuri Kolokolov 个人页面 home.skif.net/~yukol/index.htm 上找到。 该软件的商业版本 1.1 计划以已编程的微控制器的形式提供，作为 Master Kit 生产的套件的一部分。 1.0版本实现了以下功能：
软件版本 1.1 的不同之处在于它允许您使用可变电阻器 R29 调整设备的灵敏度。 新版本软件的开发工作仍在继续，计划引入更多模式。 保留开关S1、S2来控制新模式。 经过广泛测试后的新版本将在“Master Kit”集中提供。 有关新版本的信息将在 Internet 上 Yuri Kolokolov 的个人页面 home.skif.net/~yukol/index.htm 上发布。 作者：Shchedrin A.I.
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▪ 文章 AM 27 MHz 收发器。 无线电电子电气工程百科全书 文章评论： 德米特里 你好！ 以及为什么选择 AT90S2313-10PI 控制器。 它（金属探测器）是否区分黑色金属和有色金属？ 我想在 STM32F030F4P6 控制器上做一个金属探测器（我们有 50 r / pc）。 或者在一个比较多腿的同事上，如果没有足够的腿......我研究了操作原理......据我了解，控制器的任务如下：1）向线圈施加电压（输出T0) 2) 开启放大器反冲保护(T1) 3) 关闭线圈，等待自感脉冲衰减 4) 关闭放大器保护(引脚T1)，开启有用信号处理(引脚 T2) 5) 打开定时器 6) 从连接到 T3 引脚的触发器中断时，从定时器中获取读数 7) 将值与参考值进行比较并给出相应的指示。 感谢您提供有用的文章。 一个受过教育的建设者，我请你不要因为我的不准确而踢我。 这将是第二个使用控制器的项目，也是第四个或第五个来自电子产品的项目。
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