一種手持?jǐn)?shù)字金屬探測(cè)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種手持?jǐn)?shù)字金屬探測(cè)器，包括電源、探測(cè)線圈、振蕩電路、峰值保持電路、信號(hào)放大電路、A/D采集模塊、主控芯片、聲光報(bào)警電路和人機(jī)交互模塊，所述電源給振蕩電路、峰值保持電路和信號(hào)放大電路供電，所述探測(cè)線圈的輸出端連接振蕩電路的輸入端，所述振蕩電路產(chǎn)生的高頻電路信號(hào)經(jīng)峰值保持電路送入信號(hào)放大電路，所述信號(hào)放大電路將前述信號(hào)放大后送入A/D采集模塊，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)送入主控芯片，所述主控芯片將前述信號(hào)與預(yù)存的閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果觸發(fā)聲光報(bào)警電路動(dòng)作，所述主控芯片同時(shí)將前述信號(hào)送入人機(jī)交互模塊進(jìn)行顯示，操作簡(jiǎn)單方便、靈敏度可調(diào)。
【專利說(shuō)明】一種手持?jǐn)?shù)字金屬探測(cè)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于金屬探測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種手持?jǐn)?shù)字金屬探測(cè)器。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬探測(cè)器作為一種最重要的安檢設(shè)備，已被廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生活和工業(yè)生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域。在交通運(yùn)輸中，金屬探測(cè)器可用于檢測(cè)槍支、彈藥、刀具等違禁金屬物品，比如在機(jī)場(chǎng)、火車站、海關(guān)、展覽會(huì)等都用金屬探測(cè)器來(lái)對(duì)過(guò)往人員及行李進(jìn)行安檢，以排除違禁金屬物品；在工業(yè)生產(chǎn)中，金屬探測(cè)器用于在線監(jiān)測(cè)，如去掉在食品、紡織和煤炭中的金屬雜物等；在教學(xué)領(lǐng)域，用于探測(cè)手機(jī)等高科技產(chǎn)品、預(yù)防學(xué)生考試作弊等使用。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)金屬探測(cè)儀器已逐步由模擬時(shí)代轉(zhuǎn)向數(shù)字時(shí)代。模擬式金屬探測(cè)器多采用電子管和晶體管，線路龐大而且功耗較高。隨著電子器件大規(guī)模集成電路和微處理芯片的廣泛應(yīng)用，使得金屬探測(cè)器逐步向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。如今，金屬探測(cè)儀器大量用在社會(huì)生活和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，國(guó)外產(chǎn)品占了很大一部分。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品與國(guó)外產(chǎn)品相比還有一定差距。很大一部分政府機(jī)關(guān)、企業(yè)、大型活動(dòng)組織者都傾向國(guó)外產(chǎn)品。但國(guó)外產(chǎn)品或是價(jià)格昂貴、或是對(duì)于小塊金屬靈敏度不高、或是體積龐大、或是界面不夠友好而操作困難，這些都不適合可攜帶的小型金屬探測(cè)器的廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的金屬探測(cè)器則利用模擬電路進(jìn)行檢測(cè)和控制的，其電路復(fù)雜，探測(cè)靈敏度低，且整個(gè)系統(tǒng)易受外界干擾。
[0004]因此，基于現(xiàn)有手持金屬探測(cè)器的不足，對(duì)現(xiàn)有手持金屬探測(cè)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新性研究，本案由此產(chǎn)生。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的，在于提供一種電路簡(jiǎn)單、探測(cè)靈敏度高的手持?jǐn)?shù)字金屬探測(cè)器。
[0006]為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是:一種手持?jǐn)?shù)字金屬探測(cè)器，包括電源、探測(cè)線圈、振蕩電路、峰值保持電路、信號(hào)放大電路、A/D采集模塊、主控芯片、聲光報(bào)警電路和人機(jī)交互模塊，所述電源給振蕩電路、峰值保持電路和信號(hào)放大電路供電，所述探測(cè)線圈的輸出端連接振蕩電路的輸入端，所述振蕩電路產(chǎn)生的高頻電路信號(hào)經(jīng)峰值保持電路送入信號(hào)放大電路，所述信號(hào)放大電路將前述信號(hào)放大后送入A/D采集模塊，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)送入主控芯片，所述主控芯片將前述信號(hào)與預(yù)存的閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果觸發(fā)聲光報(bào)警電路動(dòng)作，所述主控芯片同時(shí)將前述信號(hào)送入人機(jī)交互模塊進(jìn)行顯示。
[0007]進(jìn)一步的，所述振蕩電路包括第一、二、三電阻和第一、二、三電容，所述第一、三電容的一端連接，并共同連接探測(cè)線圈的一端，第三電容的另一端分別連接三極管的基極和第二電阻的一端，而第二電阻的另一端與三極管的集電極連接，并共同連接電源；所述第一電容的另一端分別連接第一電阻的一端和第二電容的一端，第一電阻的另一端、三極管的發(fā)射極和第三電阻的一端連接，并共同連接峰值保持電路的輸入端，所述第三電阻的另一端、第二電容的另一端和探測(cè)線圈的另一端連接，并共同接地。[0008]進(jìn)一步的，所述峰值保持電路包括第一、二級(jí)運(yùn)算放大器、第四、五、六、七電阻、第四電容和第一至四二極管，所述電源給第一、二級(jí)運(yùn)算放大器供電，所述第一級(jí)運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端分別連接第五電阻的一端和第三二極管的陽(yáng)極，振蕩電路的輸出端依次連接第一、二二極管后分別連接第一級(jí)運(yùn)算放大器的正輸入端和第四電阻的一端，而第三二極管的陰極、第六電阻的一端和第四二極管的陽(yáng)極連接，并共同連接第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端；所述第二級(jí)運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端分別連接第五、六電阻的另一端和第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端，第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端還分別連接第七電阻的一端和信號(hào)放大電路的輸入端，而第四二極管的陰極和第四電容的一端連接，并共同連接第二級(jí)運(yùn)算放大器的正輸入端，所述第四、七電阻的另一端、第四電容連接，并共同接地。
[0009]進(jìn)一步的，所述信號(hào)放大電路包括第三、四、五級(jí)運(yùn)算放大器、第八、十至十六電阻和可變電阻，所述電源給第三、四、五級(jí)運(yùn)算放大器供電，并連接可變電阻的一端，可變電阻的另一端與第八電阻的一端連接，并共同連接第三級(jí)運(yùn)算放大器的正輸入端，第三級(jí)運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端分別連接第十、十二電阻的一端，而第十二電阻的另一端與第十四電阻的一端連接，并共同連接第三級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端，而第十電阻的另一端與第十一電阻的一端連接，并共同連接第四級(jí)運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，第十一電阻的另一端與第十三電阻連接，并共同連接第四級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端，前述峰值保持電路的輸出端與第四級(jí)運(yùn)算放大器的正輸入端連接，第十三電阻的另一端與第十五電阻的一端連接，并共同連接第五級(jí)運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，而第十五電阻的另一端與第五級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端連接，并共同連接前述A/D采集模塊的輸入端，第十四電阻的另一端與第十六電阻的一端連接，并共同連接第五級(jí)運(yùn)算放大器的正輸入端，第八、十六電阻的另一端連接，并共同接地。
[0010]采用上述方案后，本實(shí)用新型手持?jǐn)?shù)字金屬探測(cè)器操作簡(jiǎn)單方便、體積小便攜、開(kāi)發(fā)價(jià)格低、靈敏度可調(diào)和界面友好，通過(guò)樣機(jī)完善，可實(shí)現(xiàn)該儀器的產(chǎn)品化。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型手持?jǐn)?shù)字金屬探測(cè)器的整體模塊圖。
[0012]圖2是本實(shí)用新型手持?jǐn)?shù)字金屬探測(cè)器的探測(cè)線圈、振蕩電路電路圖。
[0013]圖3是本實(shí)用新型手持?jǐn)?shù)字金屬探測(cè)器的峰值保持電路圖。
[0014]圖4是本實(shí)用新型手持?jǐn)?shù)字金屬探測(cè)器的信號(hào)放大電路圖。
[0015]圖5是本實(shí)用新型手持?jǐn)?shù)字金屬探測(cè)器的使用邏輯圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案及工作過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]如圖1所示，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種手持?jǐn)?shù)字金屬探測(cè)器，包括電源、探測(cè)線圈、振蕩電路、峰值保持電路、信號(hào)放大電路、A/D采集電路、主控芯片、聲光報(bào)警電路和人機(jī)交互模塊。所述電源給振蕩電路、峰值保持電路和信號(hào)放大電路供電，所述探測(cè)線圈的輸出端連接振蕩電路的輸入端，利用金屬探測(cè)器探測(cè)是否存在金屬時(shí)，根據(jù)所述振蕩電路產(chǎn)生穩(wěn)定高頻信號(hào)，通過(guò)探測(cè)線圈產(chǎn)生一定磁場(chǎng)，當(dāng)探測(cè)線圈探測(cè)到金屬時(shí)，由于渦流效應(yīng)，電渦流產(chǎn)生新的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反，原磁場(chǎng)發(fā)生變化，即原振蕩電路的振幅發(fā)生變化，所述振蕩電路產(chǎn)生的變化的高頻電路信號(hào)經(jīng)峰值保持電路送入信號(hào)放大電路，所述信號(hào)放大電路將前述信號(hào)放大后送入A/D采集模塊，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)送入主控芯片，所述主控芯片將前述信號(hào)與預(yù)存的閾值進(jìn)行比較，以確認(rèn)是否有金屬存在，并根據(jù)比較結(jié)果觸發(fā)聲光報(bào)警電路動(dòng)作，所述主控芯片同時(shí)將前述信號(hào)送入人機(jī)交互模塊進(jìn)行顯示。整個(gè)設(shè)計(jì)電源部分采用三端穩(wěn)壓集成電路塊LM7805芯片穩(wěn)壓輸出為系統(tǒng)供電，供電質(zhì)量穩(wěn)定。
[0018]如圖2所示，所述振蕩電路包括第一、二、三電阻R1、R2、R3和第一、二、三電容Cl、C2、C3，所述第一、三電容C1、C3的一端連接，并共同連接探測(cè)線圈L的一端，第三電容C3的另一端分別連接三極管Ql的基極和第二電阻R2的一端，而第二電阻R2的另一端與三極管Ql的集電極連接，并共同連接電源VCC ;所述第一電容Cl的另一端分別連接第一電阻Rl的一端和第二電容C2的一端,第一電阻Rl的另一端、三極管Ql的發(fā)射極和第三電阻R3的一端連接，并共同連接峰值保持電路的輸入端，所述第三電阻R3的另一端、第二電容C2的另一端和探測(cè)線圈L的另一端連接，并共同接地。通過(guò)振蕩電路產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，進(jìn)行金屬探測(cè)時(shí)，當(dāng)有金屬存在時(shí)，探測(cè)線圈L內(nèi)便產(chǎn)生電渦流，根據(jù)渦流效應(yīng)，電渦流將產(chǎn)生新的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反，從而使原有振蕩電路的振幅發(fā)生變化。該振蕩電路的振蕩頻率近似為L(zhǎng)C并聯(lián)電路的諧振頻率，即r.1 * 一 C\C2
_9] =
[0020]如圖3所示，所述振蕩電路輸出的電壓Vs經(jīng)第一、二二極管Dl、D2降壓，減小共模信號(hào)后得到Vil輸入到峰值保持電路。所述峰值保持電路包括第一、二級(jí)運(yùn)算放大器U1、U2,第四、五、六、七電阻R4、R5、R6、R7，第四電容C4和第一至四二極管Dl、D2、D3、D4，所述電源VCC給第一、二級(jí)運(yùn)算放大器Ul、U2供電，所述第一級(jí)運(yùn)算放大器Ul的負(fù)輸入端分別連接第五電阻R5的一端和第三二極管D3的陽(yáng)極，振蕩電路的輸出端依次連接第一、二二極管Dl、D2后分別連接第一級(jí)運(yùn)算放大器Ul的正輸入端和第四電阻R4的一端，而第三二極管D3的陰極、第六電阻D3、R6的一端和第四二極管D4的陽(yáng)極連接，并共同連接第一級(jí)運(yùn)算放大器Ul的輸出端；所述第二級(jí)運(yùn)算放大器U2的負(fù)輸入端分別連接第五、六電阻R5、R6的另一端和第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端U2，第二級(jí)運(yùn)算放大器U2的輸出端還分別連接第七電阻R7的一端和信號(hào)放大電路的輸入端，而第四二極管的陰極和第四電容C4的一端連接，并共同連接第二級(jí)運(yùn)算放大器U2的正輸入端，所述第四、七電阻R4、R7的另一端、第四電容C4連接，并共同接地。峰值保持電路由兩級(jí)運(yùn)算放大器組成，第一級(jí)運(yùn)算放大器Ul將輸入信號(hào)的峰值傳遞到電容C4上，并保持下來(lái)。第二級(jí)運(yùn)算放大器U2組成緩沖放大器，將輸出與電容C4隔離開(kāi)來(lái)。在設(shè)計(jì)中，為了獲得優(yōu)良的保持性能和傳輸性能，采用了輸入阻抗高、響應(yīng)速度較快、跟隨精度較好的運(yùn)算放大器LM358。當(dāng)輸入電壓Vil上升時(shí)，Vol跟隨上升，使二極管D4導(dǎo)通，D3截止，第二級(jí)運(yùn)算放大器U2工作在深度負(fù)反饋狀態(tài)，使第四電容C4充電，輸出Vc上升。當(dāng)輸入電壓Vil下降時(shí)，Vol跟隨下降，D3導(dǎo)通，U2也工作在深度負(fù)反饋狀態(tài)，深度負(fù)反饋保證了第四二極管D4可靠截止，Vc值得以保持。
[0021]如圖4所示，本實(shí)用新型中來(lái)自振蕩電路的信號(hào)通常都伴隨著很大的共模信號(hào)，由探測(cè)線圈和振蕩電路輸出，再經(jīng)峰值保持電路輸出的電壓Vc共模信號(hào)大，差模信號(hào)小，所以考慮使用三運(yùn)放組成的高共模抑制比電路來(lái)放大差模信號(hào)。所述信號(hào)放大電路包括第三、四、五級(jí)運(yùn)算放大器U3、U4、U5、第八、十至十六電阻R8、R10-R16和可變電阻(在本實(shí)施例中采用滑動(dòng)變阻器R9)，所述電源VCC給第三、四、五級(jí)運(yùn)算放大器U3、U4、U5供電，并連接滑動(dòng)變阻器R9的一端，可變電阻R9的另一端與第八電阻R8的一端連接，并共同連接第三級(jí)運(yùn)算放大器U3的正輸入端，第三級(jí)運(yùn)算放大器U3的負(fù)輸入端分別連接第十、十二電阻R10、R12的一端，而第十二電阻R12的另一端與第十四電阻R14的一端連接，并共同連接第三級(jí)運(yùn)算放大器U3的輸出端，而第十電阻RlO的另一端與第十一電阻Rll的一端連接，并共同連接第四級(jí)運(yùn)算放大器U4的負(fù)輸入端，第十一電阻Rll的另一端與第十三電阻R13連接，并共同連接第四級(jí)運(yùn)算放大器U4的輸出端，前述峰值保持電路的輸出端與第四級(jí)運(yùn)算放大器U4的正輸入端連接，第十三電阻R13的另一端與第十五電阻R15的一端連接，并共同連接第五級(jí)運(yùn)算放大器U5的負(fù)輸入端，而第十五電阻R15的另一端與第五級(jí)運(yùn)算放大器U5的輸出端連接，并共同連接前述A/D采集模塊的輸入端，第十四電阻R14的另一端與第十六電阻R16的一端連接，并共同連接第五級(jí)運(yùn)算放大器U5的正輸入端，第八、十六電阻R8、R16的另一端連接，并共同接地。所述信號(hào)放大電路由三個(gè)運(yùn)算放大器U3、U4、U5組成，其中U3、U4為兩個(gè)性能一致的同相輸入通用集成運(yùn)算放大器，構(gòu)成平衡對(duì)稱差動(dòng)放大輸入級(jí)，U5構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級(jí)，用來(lái)進(jìn)一步抑制U3、U4的共模信號(hào)。在此引入可調(diào)參考電壓Vr，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R9旋鈕獲得。三運(yùn)放高共模抑制比電路輸出電壓Vo公式為:
[0022]
【權(quán)利要求】
1.一種手持?jǐn)?shù)字金屬探測(cè)器，其特征在于:包括電源、探測(cè)線圈、振蕩電路、峰值保持電路、信號(hào)放大電路、A/D采集模塊、主控芯片、聲光報(bào)警電路和人機(jī)交互模塊，所述電源給振蕩電路、峰值保持電路和信號(hào)放大電路供電，所述探測(cè)線圈的輸出端連接振蕩電路的輸入端，所述振蕩電路產(chǎn)生的高頻電路信號(hào)經(jīng)峰值保持電路送入信號(hào)放大電路，所述信號(hào)放大電路將前述信號(hào)放大后送入A/D采集模塊，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)送入主控芯片，所述主控芯片將前述信號(hào)與預(yù)存的閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果觸發(fā)聲光報(bào)警電路動(dòng)作，所述主控芯片同時(shí)將前述信號(hào)送入人機(jī)交互模塊進(jìn)行顯示。
2.如權(quán)利要求1所述的一種手持?jǐn)?shù)字金屬探測(cè)器，其特征在于:所述振蕩電路包括第一、二、三電阻和第一、二、三電容，所述第一、三電容的一端連接，并共同連接探測(cè)線圈的一端，第三電容的另一端分別連接三極管的基極和第二電阻的一端，而第二電阻的另一端與三極管的集電極連接，并共同連接電源；所述第一電容的另一端分別連接第一電阻的一端和第二電容的一端,第一電阻的另一端、三極管的發(fā)射極和第三電阻的一端連接，并共同連接峰值保持電路的輸入端，所述第三電阻的另一端、第二電容的另一端和探測(cè)線圈的另一端連接，并共同接地。
3.如權(quán)利要求1所述的一種手持?jǐn)?shù)字金屬探測(cè)器，其特征在于:所述峰值保持電路包括第一、二級(jí)運(yùn)算放大器、第四、五、六、七電阻、第四電容和第一至四二極管，所述電源給第一、二級(jí)運(yùn)算放大器供電，所述第一級(jí)運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端分別連接第五電阻的一端和第三二極管的陽(yáng)極，振蕩電路的輸出端依次連接第一、二二極管后分別連接第一級(jí)運(yùn)算放大器的正輸入端和第四電阻的一端，而第三二極管的陰極、第六電阻的一端和第四二極管的陽(yáng)極連接，并共同連接第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端；所述第二級(jí)運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端分別連接第五、六電阻的另一端和第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端，第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端還分別連接第七電阻的一端和信號(hào)放大電路的輸入端，而第四二極管的陰極和第四電容的一端連接，并共同連接第二級(jí)運(yùn)算放大器的正輸入端，所述第四、七電阻的另一端、第四電容連接，并共同接地。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的一種手持?jǐn)?shù)字金屬探測(cè)器，其特征在于:所述信號(hào)放大電路包括第三、四、五級(jí)運(yùn)算放大器、第八、十至十六電阻和可變電阻，所述電源給第三、四、五級(jí)運(yùn)算放大器供電，并連接可變電阻的一端，可變電阻的另一端與第八電阻的一端連接，并共同連接第三級(jí)運(yùn)算放大器的正輸入端，第三級(jí)運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端分別連接第十、十二電阻的一端，而第十二電阻的另一端與第十四電阻的一端連接，并共同連接第三級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端，而第十電阻的另一端與第十一電阻的一端連接，并共同連接第四級(jí)運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，第十一電阻的另一端與第十三電阻連接，并共同連接第四級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端，前述峰值保持電路的輸出端與第四級(jí)運(yùn)算放大器的正輸入端連接，第十三電阻的另一端與第十五電阻的一端連接，并共同連接第五級(jí)運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，而第十五電阻的另一端與第五級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端連接，并共同連接前述A/D采集模塊的輸入端，第十四電阻的另一端與第十六電阻的一端連接，并共同連接第五級(jí)運(yùn)算放大器的正輸入端，第八、十六電阻的另一端連接，并共同接地。
【文檔編號(hào)】G01V3/11GK203587817SQ201320747368
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】張永宏, 任偉, 盧思祺 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)