TM88型金屬探測器工作原理分析

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1、 TM88型金屬探測器工作原理分析 TM88 型金屬探測器工作原理分析 [ 日期： xx-12-07] ：作者：廣西潘云忠 [ 字體：大中小 ] 工作原理 TM88 型金屬探測器主要由探測頭（亦稱探頭）、振蕩分頻電路、探測發(fā)射電路、選頻放大電路、相位分割電路、相位同步選通放大電路、采樣保持電路（又稱記憶保持電路）、調(diào)諧限幅放大電路、音頻電路、電壓變換電路等組成。它是利用電磁感應(yīng)原理，即交流電通過的線圈，產(chǎn)生迅速變化的磁場， 這個(gè)磁場能在金屬物體內(nèi)部感生渦電流．渦電流又會產(chǎn)生磁場， 反過來影響原來的磁場，經(jīng)探測器相關(guān)電路檢測放大等處理后控制相關(guān)

2、電路發(fā)出報(bào)警聲。 TM88型金屬探測器的電路原理如附圖所示。其工作原理如下： 1 ．探頭（密封在一個(gè)圓型的塑料盒內(nèi)）。它由接收線圈 L5、發(fā)射線圈 L3、反饋線圈 LA以及諧振電容 C51等組成。其中反饋線圈 LA 與發(fā)射線圈 L3 反向串聯(lián)和 C51-起形成 LC諧振電路，把發(fā)射電路送來的交流信號選頻后向空中發(fā)射。 反饋線圈阻 L4 與接收線圈 L5 繞在同一線圈上．發(fā)射電磁信號在未檢測到金屬信號時(shí)， 發(fā)射線圈參數(shù)與接收線圈參數(shù)處于一個(gè)平衡穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)探頭發(fā)射線圈 13 產(chǎn)生的交變磁場接觸到金屬物體時(shí)，其磁場發(fā)生變化， 印發(fā)射線圈固有參數(shù)會隨著金屬物體性質(zhì) （如鐵質(zhì)與非鐵

3、質(zhì)金屬）的不同或接近金屬的距離不同而發(fā)生變化。反饋線圈 lA 將這些變化信號感應(yīng)至接收線圈 L5．接收線圈 L5 將這些變化信號 選頻后送入后級選頻放大電路進(jìn)一步處理。 2 ．振蕩分頻電路。它由 U9(CD4060)與外圍元件組成。 其中 U9 的(10) 、(11) 、(12) 腳與外圍晶振 x 等元件構(gòu)成 3.9MHz 主振頻率，經(jīng)內(nèi)部分頻后由 (13) 腳與 (14) 腳輸出約 6.99kHz 和 13.98kHz 的方波信號至發(fā)射電路。 (6) 腳輸出約 27kHz 方波信號至電壓變換電路。 (1) 腳與 (

4、2) 腳輸出約 874Hz和 437Hz的方波信號至音頻電路。 3 ．探測發(fā)射電路。由 QlO~QL14、B3,L2C45、C46、D23-D26等組成。 010 為發(fā)射前置倒相電路， Qll 、Q12與 Q13、Q14等組成復(fù)合式推挽功率放大電路，經(jīng)放大的高頻信號由 B3 次級輸出。 B3 次級線圈 與 C45組成 LC并聯(lián)諧振； L2 與 C46組成 LC串聯(lián)諧振。經(jīng)選頻后得到的高頻交流信號通過電纜線送入探頭內(nèi)的發(fā)射線圈向空間輻射。 二極管 D23~D26等構(gòu)成與門電路，使 U9內(nèi)部分頻器輸出至發(fā)射管的方波占空比降低，發(fā)射管導(dǎo)通時(shí)間縮短，以降低發(fā)射管的功耗。

5、4 ．U1(NEC5534)與外圍元件等構(gòu)成放大倍數(shù)約 80dB 的前置低噪聲選頻放大器。它對被測信號頻率的放大增益最高， 非被測信號頻率放大倍數(shù)較低。經(jīng) Ul 放大的信號送人后級相位分割電路進(jìn)行放大處理。 5 ．相位分割電路。它由雙運(yùn)放 U2(LM412)與外圍元件構(gòu)成。其中 U2A將前級送來的信號進(jìn)行反相放大，放大后送至下一級電路進(jìn)行相 位調(diào)節(jié)、選通和放大（該路用作金屬性質(zhì)的識別）。 U2B將前級送來 的信號進(jìn)行同相放大， 放大后送至下一級電路進(jìn)行相位調(diào)節(jié)、 選通和 放大（該路用作全金屬探測，稱地平衡）。 6

6、．相位同步選通放大電路。它由四運(yùn)放 Ul0（TL084）、比較器 Ull(LM393) 、雙運(yùn)放 U3(LM412)、電子開關(guān) U13(CD4053)、場效應(yīng)管 Q15、Q16(K246)等組成。其中 UlOA、UlOB、UllA 、015、U3B與 U13 等構(gòu)成地平衡電路的相位調(diào)節(jié)與選通放大； R11、R12、C13等組成地 平衡系統(tǒng)直流信號濾波器； W2為地平衡電路的相位調(diào)節(jié)電位器。 ULOC、 UlOD、UllB 、U3A、Q16與 U13等構(gòu)成金屬識別探測的相位調(diào)節(jié)與選 通放大； R13、R14、C14等組成識別系統(tǒng)

7、直流信號濾波器； WI 為金屬 識別電路系統(tǒng)的相位調(diào)節(jié)電位器。 “地平衡”和”識別”通過操作方 式開關(guān) Kl-2 切換；撥至“地平衡”擋時(shí)，“地平衡”相位調(diào)節(jié)電路UIOA、UlOB、Ull 工作． C21耦合送來的發(fā)射信號進(jìn)入相位同步選通電路進(jìn)行相位調(diào)節(jié)后， 由 Ull 控制 U13同步選通探頭所檢測到的同相位純金屬信號通過（與此通過的假信號被濾波電路濾掉），得到純金屬直流信號通過送人下一級電路進(jìn)一步處理。在全金屬探測過程中，可通過調(diào)節(jié) W2微調(diào)相位來排除地下土壤層的“礦化反應(yīng)”。“礦化反應(yīng)”是由構(gòu)成土壤的各種礦物質(zhì)對探頭發(fā)出的電磁波造成的影響，使儀器發(fā)出假信號，迷惑操作人

8、員。 操作人員可通過調(diào)節(jié) W2．利用假信號與純金屬信號存在相位差的關(guān)系，同步選通將它們區(qū)別分開，使真正金屬信號通過，達(dá)到排除地面“礦化反應(yīng)”的影響，使探測頭從空間靠近地面時(shí)不會發(fā)出報(bào)警聲，只有在遇到金屬時(shí)才會發(fā)出報(bào)警信號， 從而提高探測深度和精度。 當(dāng) K1-2 撥在“識別”擋時(shí)，“識別”相位調(diào)節(jié)電路 UlOC.UlOD、Ull 、Q16工作，由 C23耦合送來的發(fā)射信號送入相位同步電路進(jìn)行相位調(diào) 節(jié)，與前級送來的接收信號進(jìn)行相位比較等處理后， 同步選通同相位純金屬信號通過，經(jīng)濾波器濾波后得到純直流金屬信號送至下一級電路進(jìn)一步處理。調(diào)節(jié) W2可以選擇鐵質(zhì)金屬

9、和非鐵質(zhì)金屬（又稱有色金屬）信號通過。 之所以能識別金屬性質(zhì)，是因?yàn)楫?dāng)產(chǎn)生交變電流的線圈靠近金屬物體時(shí)， 由于線圈周圍的交變磁場存在， 在金屬物體上便會產(chǎn)生感應(yīng)電流， 這種電流常稱為渦電流， 其數(shù)值大小除與交變電流的頻率有關(guān)外，還跟金屬物體的導(dǎo)電率有關(guān)。 有色金屬導(dǎo)電性較好，導(dǎo)電率較大。鐵質(zhì)金屬導(dǎo)電性差，導(dǎo)電率較小。導(dǎo)電率越小，渦電流越大，所引起的能量損耗也越大。 渦電流所產(chǎn)生的磁場又反作用于原磁場，使探頭線圈的原有參數(shù)發(fā)生變化。 有色金屬使原線圈的 LC 諧振回路諧振頻率升高，鐵質(zhì)金屬使 LC 回路的諧振頻率降低。這樣調(diào)節(jié)識別電位器 W2，可以改變選通電路的相位，讓不同性質(zhì)的金屬相

10、位信號通過。 7 ．采樣保持電路又稱記憶保持電路。 金屬探測器為高放大倍數(shù)直流放大器，它會受外界信號的干擾或愛溫度等因素的影響， 使直流放大器產(chǎn)攔漂移而無法正常工作。為此 TM88型金屬探測器在直流放大器輸出和輸入端之間加入了一個(gè)采樣保持電路。 它實(shí)際為反饋伺服電路。 該電路由 U4~U6、Q17(K246)、Q18(K246)等組成。其中 U6(CA3140) 為伺服反饋電路，它的正輸入端接地，負(fù)輸入端由 R24、C17連接至輸出端，構(gòu)成一個(gè)反向積分放大器。直流放大器 U4(OP07)的輸出漂移電壓始終由 U6自動控制反向調(diào)節(jié)。U6為手動伺服電路，在探測前，

11、 按下記憶按鈕 K3，Q18導(dǎo)通，則 U4的輸出端通過 R16、R20、Q18迅速加到 U6的負(fù)輸入端， 使 U6反向調(diào)節(jié) U4 而迅速回歸零（保證 U4 霉輸出）。 U5(LM393) 與 D29、D30等組成自動跟蹤伺服電路， 無論 U4 出現(xiàn)正或負(fù)漂移， U5始終自動跟蹤 U6的負(fù)輸入端，保證 U4在無探測時(shí)為零輸出。 直流電表接在 U4 輸出端，作探測和直流工作狀態(tài)指示。 8 ，調(diào)諧限幅放大電路。它由 U7(OP07)、U8(OP07)、W4、D3、D4 等組成。其中 U7為放大器， U8為限幅器。前級送來的直流信號經(jīng) W

12、3 （稱靈敏度調(diào)節(jié)器）、 R30、R31加到 U7的負(fù)輸入端； W4稱臨界聲調(diào)節(jié)器，即在使用時(shí)，調(diào)節(jié) W4使儀器剛好發(fā)出微弱的聲音（這種聲音 稱為臨界聲）。 U7的輸出端通過 R33加到 U8的負(fù)輸入端． R37、R38分壓所得的基準(zhǔn)電壓加到 U8的正輸入端。當(dāng) U7輸出電壓低于 U8正輸入端的基準(zhǔn)電壓時(shí)， U8 輸出端為正， D4 載止，對 U7 正輸入端無影響，保證 U7能正常放大。如 U7 輸出端輸出電壓高于 U8正輸入端基準(zhǔn)電壓時(shí)． U8輸出為負(fù)， D4 導(dǎo)通，使 U7正輸出端的電位降低，則其輸出電壓也隨之降低， 這樣達(dá)到了限幅作用． 保證末級功放不會過載損壞。 9

13、 ．音頻電路。它由 Q4(BS170)、Q5(9014)、Q6(D882)等組成。 U9 內(nèi)部分頻信號分別由 (1) 、(2) 腳輸出。經(jīng) D21、D22、R87構(gòu)成的與門電路得到占空比為 1/4 、頻率約 440Hz的音頻方波信號加到場效應(yīng)管 Q4的柵極，對限幅電路送至 Q4漏極的直流信號進(jìn)行調(diào)制，經(jīng) Q5、Q6 放大后，送人喇叭發(fā)出報(bào)警聲。 10 ．該機(jī)的供電由兩組電源組成。其中 12V 電源為音頻電路和發(fā) 射電路供電，整個(gè)電路裝在一塊小電路板上（稱為小板）； 6V 電源 為信號處理電路供電，整個(gè)電路裝在一塊大電路板上（稱

14、為大板）。 該機(jī)設(shè)置兩組電壓變換電路。 一組由 Q7(9014)、Q8(9014)、Q9(D882)、 B2 等組成，將 12V電源變換為穩(wěn)定的 13V電源供小板發(fā)射電路供電。 另一組由 Q1(9014)、Q2(9014)、Q3(D882)、Bl 等組成，它將 6V 電源 變換為穩(wěn)定的 13V 電壓，并經(jīng) U12(OP07)與 R67、R68等構(gòu)成電壓跟 隨器，轉(zhuǎn)換為正負(fù) 6,5V 電源供大板電路供電。 兩組電源變換器的啟動脈沖由 U9內(nèi)部將振蕩信號分頻后由 (6) 腳 獲得，變換后的電壓分別由各自的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)電阻 W5、W6調(diào)整決定。 發(fā)光二極管 Dll 、D12分別為 6V、12V電源電量指示，當(dāng)各自電壓 低于一定值時(shí)，發(fā)光二極管熄滅，表示電量不足，需更換電池。 K4 為設(shè)定／常規(guī)選擇開關(guān)，當(dāng)撥在設(shè)定時(shí)， Q17(K246)導(dǎo)通，采 樣保持電路的反饋伺服電路反應(yīng)加快，促使它迅速反向調(diào)節(jié) U4快速 歸零，達(dá)到快速檢測金屬位置。使用該擋后，探測深度會受到一定影 響。 ?8