CN102096109B - 电感式金属接近检测探头 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子技术领域，涉及一种电感式金属接近检测探头，主要用于各种区域内的金属物体检测，可作为控制电路的前级。电感式金属接近检测探头，由高频振荡电路(检测探头)、倍压整流电路、直流放大倒相电路、直流放大电路及光电转化器件、供电电源、电源滤波电路、电源指示电路组成，其特征是高频振荡变压器作为检测探头、倍压整流电路采用锗二极管2AP9、光电转化器件采用三级管型光电耦合器。检测探头与金属物体之间最大探测距离不小于48mm。

Description

电感式金属接近检测探头
技术领域
本发明属于电子技术领域，涉及一种电感式金属接近检测探头，主要用于各种区域内的金属物体检测，是电感式接近控制电路的前级。
背景技术
市场上各种专门用来探测金属物体的仪器可谓种类繁多，功能强大的大型金属探测仪器可用于检测5m以内的人体、行李、包裹内是否藏有枪支、匕首等金属物品，这类探测仪器适用于机场、车站、码头、海关、公安、边防等公共场合对行李物品或人体进行快速安全检查；也有用于探测有金属外壳或金属部件之外，用来探测隐蔽在墙壁内的电线、埋在地下的水管或电缆，甚至能够用于地下探宝或探测埋藏在地下深达5米的金属物体。它们的共同特点是功能强大、探测距离远(地下探测深度大)，探测结果可靠、准确。虽然这些金属探测仪器使用效果很好，但普遍存在价格高、难于推广、普及等问题。
为解决日常遇到相对比较简单的金属物体的探测问题，有必要研究一种电路结构简单、性能可靠、日常使用方便、制作价格低廉的电感式金属接近检测探头，看作为工程控制的总成应用开发，以弥补大型金属探测仪器的存在的缺陷和不足。
下面详细说明一种电感式金属接近检测探头制作的相关技术。
发明内容
发明目的：本发明可解决日常遇到的相对比较简单金属探测问题，用于解决和弥补大型金属探测仪器存在的种种缺陷或不足。
有益效果：本发明可解决日常遇到的埋藏相对比较浅的金属物体探测问题(如：检测在墙壁里暗排的金属管线等)，弥补大型金属探测仪器普遍存在操作复杂、价格昂贵等缺陷和不足。因电感式金属接近检测探头的电路比较简单、制作成本较低，很适合作为一种工程方面控制前级进行应用。
电路工作原理
当高频振荡变压器B(检测探头)不靠近金属物体时，高频振荡变压器正常工作，振荡信号经锗二极管D1、D2倍压整流后，得到一直流电压使硅晶体管BG2导通，硅晶体管BG3截止，后续电路不工作。当检测探头靠近金属物体时，由于涡流损耗使高频振荡变压器B检测探头停振，使硅晶体管BG2截止，硅晶体管BG3得电导通，光电耦合器G1内置发光二级管发光，光敏型三极管导通，推动续接的控制电路工作。
技术方案：电感式金属接近检测探头，它由供电电源、电源滤波电路、高频振荡电路、倍压整流电路、直流放大倒相电路、直流放大电路及光电转化器件、电源指示电路组成，其特征包括：
高频振荡电路由高频振荡变压器B、振荡电容C3、硅晶体管BG1、微调电位器W1、偏置电阻R1和旁路电容C1、电阻R2和负反馈电容C2组成，高频振荡变压器B第III绕组的下端接硅晶体管BG1集电极和振荡电容C3下端，高频振荡变压器第III绕组上端接振荡电容C3上端和供电电源正极VCC，硅晶体管BG1基极接高频振荡变压器第II绕组的一端，高频振荡变压器第II绕组的另一端接微调电位器W1下端、偏置电阻R1的上端和旁路电容C1的上端，微调电位器W1上端接供电电源正极VCC，偏置电阻R1和旁路电容C1的下端接电路地GND，高频振荡变压器B第I绕组的一端接电路地GND，高频振荡变压器B第I绕组的另一端接倍压整流电路；
倍压整流电路由两只肖特基二极管D1～D2和滤波电容C4组成，肖特基二极管D1的负极与肖特基二极管D2的正极相连后接高频振荡变压器B第I绕组次级线圈上端，肖特基二极管D1的正极接电路地GND，肖特基二极管D2的负极接滤波电容C4的正极，滤波电容C4的负极接电路地GND；
直流放大倒相电路由硅晶体管BG2、匹配电阻R4、负载电阻R5组成，硅晶体管BG2基极接匹配电阻R4的上端，匹配电阻R4的下端和硅晶体管BG2发射极接电路地GND，硅晶体管BG2集电极经负载电阻R5接供电电源正极VCC；
直流放大及光电转化器件由硅晶体管BG3、微调电位器W2、负载电阻R6和光电耦合器G1组成，硅晶体管BG3基极与微调电位器W2的上端、硅晶体管BG2集电极相连，硅晶体管BG3发射极与微调电位器W2的活动臂及电位器W2的下端接电路地GND，硅晶体管BG3集电极接光电耦合器G1的第2脚，光电耦合器G1的第1脚通过负载电阻R6接供电电源正极VCC，光电耦合器G1的第4脚与第5脚为输出端。
附图说明
附图是电感式金属接近检测探头的电路工作原理图。
高频振荡变压器B(检测探头)是带有高频磁芯电感线圈，第I绕组是感应线圈，第II绕组是次级线圈，第III绕组是初级振荡线圈。
光电耦合器G1为三极管型，元件为4只引脚，型号是4N25或4N26，其第3脚为空脚，第4脚、第5脚为信号输出端，用户可根据需要续接相应的控制电路或应用装置。
具体实施方式
按照附图所示电路工作原理图和附图说明及以下所述的技术要求实施，即可实现本发明。
元器件选择：
1.高频振荡变压器B，即：磁芯电感(检测探头)的制作，在Φ5mm、高4mm“工”字型高频磁芯上，用Φ0.12mm的漆包线绕制，3组绕的匝数分别是：第I绕组的匝数是25T，第II绕组的匝数是11T，第III绕组的匝数是60T。绕制的顺序是先绕第III绕组，再绕第II绕组，最后绕第I绕组，绕制完成后用高频腊浸封防潮。
2.为了提高检测探头感应金属物体的灵敏度，安装高频振荡变压器(B)时不能用金属物件紧固，且装置的外壳切不能使用金属材料。
3.元器件名称及主要技术参数
  元件编号   元器件名称   主要参数   数量   备注
  BG1   2SC9013   NPN型、TO-92塑封   1只   3DG6
  BG2   2SC9013   NPN型、TO-92塑封   1只   3DG6
  BG3   2SC9013   NPN型、TO-92塑封   1只   3DG6
  B   高频变压器(探测头)   5mm×4mm磁芯   1只   3个绕组
  G1 光电耦合器(三极管型)   4N25或4N26(5脚)   1只   双列直插
  D1、D2   锗二极管   2AP9或肖特基二极管   2只
  D3   红色发光二极   Φ5、LED   1只   绿色发光管
  C1   电容   0.1μF/63V   1只
  C2   电容   0.083μF/63V   1只
  C3   电容   5600P   1只
  C4   电解电容   0.47μF/16V   1只   立式
  C5   电解电容   1000μF/16V   1只   立式
  R1   电阻   12KΩ   1只
  R2   电阻   5.1KΩ   1只
  R3   电阻   510Ω   1只   降压限流
  R4   电阻   68KΩ   1只   偏置电阻
  R5   电阻   20KΩ   1只   负载电阻
  R6   电阻   1KΩ   1只   降压限流
  W1   微调电位器   430KΩ   1只   半可变微调
  W2   微调电位器   10KΩ   1只   半可变微调
  DC   供电电源   6V电池组   1组   或叠层电池
电路调试：按照说明书附图中的电路工作原理图，检查电路中全部元器件的焊接正确与否和焊接质量，经检查无误后即可接通6V电源进行调试。一般情况下只要元器件质量完好，且电路焊接无误，即可正常工作。
接通供电电源后，调节微调电位器W1，用万用表监测硅晶体管BG2的c、e两极，使硅晶体管BG2刚刚好导通，这时高频振荡变压器B处于较弱振荡状态。接着用一小块金属物体靠近检测探头，硅晶体管BG2应该马上转为截止。再仔细调微调电位器W2使硅晶体管BG3刚好完全导通，此时灵敏度最高，检测的范围大(感应距离在几毫米到数十毫米)，再根据工作场所等使用情况，细心调整W1和W2，使感应距离适合使用要求即可。
若高频振荡变压器B不起振，可以将第I绕组线圈或第II绕组线圈的两个接头即调换可。若经调整后高频振荡器的振荡强度不够，表现为检测到金属物体时硅晶体管BG2截止的不够可靠，那么可将高频振荡变压器B的第I绕组(感应线圈)的圈数适当增加2～3T。
技术指标
1.供电电源电压：5.5～7V；
2.待机工作电流：≤8.5mA；
3.整机瞬间最大工作电流：≤21mA；
4.整机平均工作电流：≤11mA；
5.检测距离：装置与金属物体最大探测距离不小于48mm。

Claims (1)

1.电感式金属接近检测探头，它由供电电源、电源滤波电路、高频振荡电路、倍压整流电路、直流放大倒相电路、直流放大及光电转化器件、电源指示电路组成，其特征包括：
高频振荡电路由高频振荡变压器B、振荡电容C3、硅晶体管BG1、微调电位器W1、偏置电阻R1和旁路电容C1、电阻R2和负反馈电容C2组成，高频振荡变压器B第III绕组的下端接硅晶体管BG1集电极和振荡电容C3下端，高频振荡变压器第III绕组上端接振荡电容C3上端和供电电源正极VCC，硅晶体管BG1基极接高频振荡变压器第II绕组的一端，高频振荡变压器第II绕组的另一端接微调电位器W1下端、偏置电阻R1的上端和旁路电容C1的上端，微调电位器W1上端接供电电源正极VCC，偏置电阻R1和旁路电容C1的下端接电路地GND，高频振荡变压器B第I绕组的一端接电路地GND，高频振荡变压器B第I绕组的另一端接倍压整流电路；
倍压整流电路由两只肖特基二极管D1～D2和滤波电容C4组成，肖特基二极管D1的负极与肖特基二极管D2的正极相连后接高频振荡变压器B第I绕组次级线圈上端，肖特基二极管D1的正极接电路地GND，肖特基二极管D2的负极接滤波电容C4的正极，滤波电容C4的负极接电路地GND；
直流放大倒相电路由硅晶体管BG2、匹配电阻R4、负载电阻R5组成，硅晶体管BG2基极接匹配电阻R4的上端，匹配电阻R4的下端和硅晶体管BG2发射极接电路地GND，硅晶体管BG2集电极经负载电阻R5接供电电源正极VCC；
直流放大及光电转化器件由硅晶体管BG3、微调电位器W2、负载电阻R6和光电耦合器G1组成，硅晶体管BG3基极与微调电位器W2的上端、硅晶体管BG2集电极相连，硅晶体管BG3发射极与微调电位器W2的活动臂及电位器W2的下端接电路地GND，硅晶体管BG3集电极接光电耦合器G1的第2脚，光电耦合器G1的第1脚通过负载电阻R6接供电电源正极VCC，光电耦合器G1的第4脚与第5脚为输出端。
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