脈沖金屬探測器DIY線圈設(shè)計

脈沖金屬探測器其線圈的設(shè)計

有很多電路，出現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上的脈沖感應(yīng)金屬探測器。雖然它們用不同的方式去對信號進行處理，產(chǎn)生磁場脈沖的電子元件，這些電子器件基本上是相同的。它的主要部分，是產(chǎn)生磁脈沖的線圈。

線圈的大小主要取決于所需的探測深度和被檢測的物體的最小尺寸。一般來講，可以這樣說，理論上的最大探測深度的線圈直徑的5倍，和線圈檢測到的物體的最小尺寸的直徑的百分之五。這是最大的價值和嚴重依賴的情況。這是顯而易見的，你一個一米線圈你不可能檢測到5厘米的物體在5米深。但是，你需要一個什么類型的線圈，這是一個具體的問題。很多人會用金屬探測器搜索錢幣和珠寶。對于這些情況，一個25厘米或40厘米的線圈就可以了。在我的使用情況，是我需要在一個兩米的深度定位一個20厘米的鐵蓋或者裝滿金屬的瓷器。這就是我為什么要去做一個1米的線圈。雖然線圈的物理尺寸和形狀可能會發(fā)生變化（正方形或橢圓形的線圈用于在特定的情況下，工作一樣但最好為圓形的），只略有不同的電感線圈之間的不同的物理設(shè)計。普遍使用的最佳脈沖感應(yīng)金屬探測器搜索線圈電感的范圍是在300至500μH。在這個設(shè)計中，我將假定所使用的線圈是400μH。對于更小的線圈，就意味著需要繞更多的圈數(shù)。

線圈是由常用的電池供電。由于模擬電路進行放大的小渦流拿起后的磁脈沖信號已經(jīng)停止時，±10伏或±12伏的雙電源是最實用的。將只收取與一個，兩個電源的兩側(cè)，這給出了一個非對稱的電池放電，如果我們使用兩個單獨的電池組為電源的正和負側(cè)的線圈。因此，我們將僅使用一個電池組10或12伏，并生成與一個DC/DC轉(zhuǎn)換器的電源的另外一半電源。雖然這樣做是用在商品化的金屬檢測器電路，但這樣并不是十分理想。主要的問題是，所產(chǎn)生的DC/DC轉(zhuǎn)換器的電壓是有紋波的，這種紋波正與探測器器特別是在高頻率時，這可能會產(chǎn)生一些不必要的耦合。我們將這個問題歸納到電源上，現(xiàn)在只能假設(shè)我們的線圈之間的任何電壓是12伏（根據(jù)實際選擇的電池組，充電電池等充電。）

當電壓通過一個高速雙極晶體管或MOSFET，該電壓被施加到線圈，在線圈中的電流將逐漸增加，直到它被充電晶體管和其他元件與線圈電阻線的內(nèi)部電阻限制，如果脈沖的時間越長，磁場越高。這具有的優(yōu)點和缺點。更強的磁場能穿透更深的土壤。但是，如果選擇的時間過廠，比如說350μs，你可能會過度飽和的地面，無法找到小物件，產(chǎn)生背景噪音。因此，我們有250μsec左右的值，以限制最大的充電時間，電路電阻應(yīng)該足夠低，以便在該期間內(nèi)的足夠的電流在線圈中產(chǎn)生。電流是由線圈與MOSFET中到負電源中的總電阻值確定。但在選擇的時候要考慮它的安全系數(shù)去選擇線圈最大的阻值。許多脈沖感應(yīng)金屬探測器中使用的功率晶體管和MOSFET至少有5至8安培的最大連續(xù)電流。如果我們制作的線圈，是按照這樣一種方式，它有一個至少為2的歐姆電阻，將整個線圈和回路的最大電流將永遠不會超過最大的電池組和電池滿載7.5安培。2歐姆線圈電阻與電路電阻之和總共3歐姆用12伏的電壓，流過線圈的瞬間電流將達到約4安培的250μsec上面提到的，一個配合嚴密的脈沖感應(yīng)金屬探測器，對地下大深度尋找寶藏是綽綽有余。

現(xiàn)在，我們已經(jīng)定義了線圈的電感和電阻，但是線圈在這沒有說太多的物理設(shè)計，如果我們不知道尺寸。在下面的表格中，我總結(jié)了線圈的大小，線徑，圈數(shù)和一些常見的線圈尺寸。在任何各種參數(shù)下，我盡可能接近上述的電感和電阻值。這將減少電荷脈沖長度和放電電阻值時，改變線圈的問題。

在此表中的值是理論值，由線圈的物理外形決定。尤其是電感量可以由線與線之間的距離變化，即使是電感量有不同的變化。即使電感不同，這里提到的值的10％或20％，線圈都能正常運作，圓形線圈選用漆包銅線。線徑0.4到0.5mm是常見的厚度，在每個城市的角落都可以買得到，如果方形線框要用電纜的話，可以用8*0.4或者8*0.5線徑的電纜，但一定要購買沒有屏蔽的。

線圈的放電曲線圖可以被分為三個部分。

大多數(shù)脈沖金屬探測器使用MOSFET，通過線圈的電流脈沖來調(diào)節(jié)。我們的設(shè)計也將采用MOSFETFOT這個任務(wù)。如果MOSFET被關(guān)閉時，電流由線圈中并聯(lián)的電阻中的產(chǎn)生回路，該回路應(yīng)與線圈的電感密切匹配的。對于理想的阻尼的400μH線圈，使用約680歐姆的電阻器。300μH的電感線圈應(yīng)并聯(lián)一個600歐姆的電阻。如果我們加在線圈中的電流達到2安培的，與一個680歐姆的放電電阻器的電壓將達到峰值到1360伏。不是一般的功率元件能夠處理此電壓，特別是功率MOSFET的用于驅(qū)動搜索線圈的擊穿電壓要選擇在300和750伏之間，根據(jù)功率元件的品牌和型號的。這意味著，在第一階段期間的線圈放電，在線圈上的電壓將被限制到大約500伏特，通過并聯(lián)電阻中流過的電流的一部分，和它的一部分，通過驅(qū)動功率MOSFET。這是不太理想的，因為更高的放電電壓意味著更快的磁場切換，但我們應(yīng)該慶幸的，這MOSFET的動作其實是防止其他部件被損壞。

脈沖的時間停留在第1階段的放電曲線的量依賴于流經(jīng)線圈的電流的放電開始時，擊穿電壓的MOSFET和線圈，布線和并聯(lián)電阻器的電阻的總和。假設(shè)在循環(huán)中的主電阻體由并聯(lián)電阻引起，我們可以用下列公式計算的長度的第一階段：

TS1=L線圈*（I的線圈-Vbrk_down/R潮濕）/Vbrk_down

顯然，這個公式是唯一有效的，當我線圈》Vbrk_down/R潮濕的，因為否則的第一階段從來沒有進入理想的曲線直接進入第二階段的。具有400μH的線圈，680歐姆的阻尼電阻器，一個初始2安培和MOSFET的擊穿電壓為500伏的線圈電流在我們的例子中，該第一階段的放電曲線將持續(xù)一微秒。

一旦由電流在線圈中感應(yīng)的電壓已達到以下的值的MOSFET的擊穿電壓時，電流將指數(shù)衰減到零。可以改變這種衰變的電流回路中的總電阻和線圈中的磁場的物理性質(zhì)。的磁力線在到達金屬可以改變的衰減曲線的第二個階段，但也存在一些問題檢測到它們。首先是非常高的電壓。當線圈電壓下降到低于MOSFET的擊穿電壓時，第2階段進入（某處大約500伏），并結(jié)束的電壓被降低到足以被拾起，常見的模擬電路（通常是0.5或1伏左右）。這個階段也是非常短的，這使得它難以執(zhí)行可靠的測量，這給任有關(guān)下列內(nèi)容的信息的存在，或在到達的磁場的金屬

大多數(shù)脈沖感應(yīng)金屬探測器，因此就跳過第二個階段，并等待開始檢測和歧視周期的第三階段。基于DSP的檢測器是不同的，因為它會自動偵測的準確時刻時的放電曲線，從第2階段到第三階段。

常見的脈沖感應(yīng)金屬探測器，信號處理電路，阻尼電阻器有兩個平行的定位二極管串聯(lián)。這些二極管充當拉一側(cè)的電阻兩側(cè)之一的電源側(cè)的電壓限制器。這是作用的信號在模擬處理的虛擬接地的電源側(cè)。只要線圈電壓大于0，7伏，這些二極管需要打開，二極管上的電壓實際上是固定的。一旦線圈電壓下降到低于此值，二極管靠近和測得的電壓在線圈的實際剩余電壓。

在我們的例子線圈，第2階段將持續(xù)大約3.9μsec，直到線圈中的電流已經(jīng)降到足夠拉這個魔法值0.7伏以下的電壓。此較少的裝置的放電曲線的第二階段，和持久的渦流可以被檢測的最后階段開始結(jié)束。如果金屬是在磁場的范圍內(nèi)，進入第三階段的時刻，將轉(zhuǎn)移。有色金屬將導致線圈的電感增加，實際上導致延遲的過渡點。將導致第三階段，將前面輸入的非鐵金屬。我沒有解釋的過渡點的精確測量，我們需要一個又好又快的模擬測量系統(tǒng)和快速的CPU計算周期。這是我們的數(shù)字信號處理器。

在最后的階段，被阻塞的潤濕電阻由兩個系列二極管，電流進一步在輔助電阻器在電路衰減。現(xiàn)在中流動的電流，該電流的初始線圈電流的殘余，并且金屬在附近的渦流所引起的電流。這是歷史的階段，模擬和微控制器為基礎(chǔ)的脈沖感應(yīng)金屬探測器的信號分析。在此區(qū)域中的信號的分析是困難的原因有兩個。首先，信號電平非常低，這就需要有一個放大的100?1000倍，以獲得一些信息。這也將放大的信號中的噪聲。第二個問題是，在主區(qū)域用于識別是在約第一個30微秒的衰變。忽略了第一部分的衰減曲線設(shè)計，正確識別金屬種類將是非常困難的。

模擬脈沖感應(yīng)金屬探測器和基本的基于微控制器的版本甚至更進一步去不看著的信號形狀本身，但它在一個積分電容器平均，和使用該電容的端電壓，以確定如果已檢測到金屬。這會減少很多的噪音的高增益放大級，但整合的信號，將刪除所有金屬的具體信息。這就是為什么常見的脈沖感應(yīng)金屬探測器是如此糟糕的歧視。他們首先把幾乎所有的信息遠，總和還剩下什么，然后說：“嘿，我有可能檢測到的東西，但不要問我如何和何時”。

在我們的檢測電子設(shè)備的輸入側(cè)的一個可能的曲線圖可以看出，在接下來的圖像。紅色曲線是沒有目標目前的放電曲線，兩條曲線的差異，當一個目標是在磁場的覆蓋范圍。