金屬探測(cè)器的制作

1、自動(dòng)檢測(cè)與過程控制期末作業(yè)姓 名 朱勝迪 班 級(jí) 信息072 學(xué) 號(hào) 200711513121 日 期 一、 作業(yè)題目設(shè)計(jì)一個(gè)電感式接近開關(guān)的電路，當(dāng)開關(guān)探頭接近金屬至一定距離時(shí)，開關(guān)可使一外部的直流負(fù)載通電工作，并在內(nèi)部點(diǎn)亮一指示燈，探頭離開一定距離后開關(guān)斷開，且開、關(guān)的動(dòng)作可靠，不能有抖動(dòng)。（注：開關(guān)最大工作電壓36V，最大工作電流30mA）二、 題目分析及設(shè)計(jì)思路1、 題目分析：題目要求設(shè)計(jì)一電感式接近開關(guān)，即開關(guān)量為電路探頭是否探測(cè)到金屬，探測(cè)到的話有電流輸出，沒有探測(cè)到則沒有輸出。2、 設(shè)計(jì)思路：利用電感線圈在接近金屬時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流效應(yīng)導(dǎo)致自身電感量的改變來實(shí)現(xiàn)有沒有金屬接近這一實(shí)際動(dòng)

2、作到電路信號(hào)的變化。在對(duì)這一信號(hào)加以處理進(jìn)而得到電流的變化從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。3、 方案設(shè)計(jì)說明：系統(tǒng)框圖：震蕩電路整形電路輸出電路探測(cè)線圈探測(cè)線圈：電路的探測(cè)原件，自身屬于探測(cè)線圈震蕩電路，當(dāng)有金屬接近時(shí)探測(cè)線圈電感量發(fā)生變化。震蕩電路：有兩組，一組為探測(cè)線圈震蕩電路，一組為基本震蕩電路，基本震蕩電路用于與探測(cè)線圈震蕩電路產(chǎn)生的震蕩形成對(duì)比，產(chǎn)生差量。整形電路：包含放大電路和整形電路。將兩組震蕩電路產(chǎn)生的震蕩波形進(jìn)行放大整形的處理實(shí)現(xiàn)一組波形變化時(shí)會(huì)與另一組震蕩波形形成差量，并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出到下一級(jí)電路。輸出電路：主要為放大電路，整形電路輸出電壓將驅(qū)動(dòng)輸出電路放大并輸出電壓來帶動(dòng)負(fù)載工作。

3、三、 單元電路設(shè)計(jì)說明1、 震蕩電路：A、 電路原理圖：B、 震蕩電路單元由兩組震蕩電路合并而成，左側(cè)虛線框內(nèi)為探測(cè)線圈震蕩電路，L1為探測(cè)線圈，通電情況下有金屬接近L1時(shí)其電感量會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致震蕩波形變化。調(diào)節(jié)Rw可進(jìn)行電路工作時(shí)的校準(zhǔn)，C2可進(jìn)行微調(diào)。右側(cè)虛線框內(nèi)為基準(zhǔn)震蕩電路，其產(chǎn)生的震蕩波形為一常量，用于與探測(cè)線圈震蕩電路產(chǎn)生的波形進(jìn)行比較，正常情況下兩者輸出波形一致。A點(diǎn)為基準(zhǔn)震蕩電路的輸出端，B點(diǎn)為探測(cè)線圈震蕩電路的輸出端，兩個(gè)端口將接入電路下一級(jí)將信號(hào)進(jìn)行變換處理。2、 整形電路：A、 電路原理圖:B、整形電路單元由放大部分、整形部分、比較整合部分構(gòu)成。左側(cè)虛線框內(nèi)為放大部分，

4、電容、電阻和非門形成放大環(huán)節(jié)。非門通常情況下有無限放大的功能，利用電阻將輸出以負(fù)反饋的形式接入輸入端來限制其放大能力以實(shí)現(xiàn)有限放大。之間部分的虛線框內(nèi)為整形部分，非門根據(jù)其輸入的上下限的要求及反相的特性將震蕩輸出的正弦波變換為矩形波。非門將會(huì)把正弦波中達(dá)到其高電平要求的波形全部轉(zhuǎn)換為低電平輸出，而將達(dá)到其低電平要求的正弦波部分全部轉(zhuǎn)換為高電平輸出，這樣就實(shí)現(xiàn)把正弦波轉(zhuǎn)換為矩形波的功能。右側(cè)虛線框內(nèi)的部分為比較整合部分，利用非門的反相功能將基準(zhǔn)震蕩電路輸出的波形進(jìn)行反相變換，而原來輸出基準(zhǔn)波形和檢測(cè)波形是一樣的再經(jīng)過一個(gè)反相一個(gè)不變的情況下將他們通過二極管VD疊加整合，如果兩個(gè)波形都沒有發(fā)生變化

5、則疊加后因?yàn)橄嗷シ聪嗟年P(guān)系導(dǎo)致輸出相互抵消，輸出為零；而當(dāng)檢測(cè)端的探頭檢測(cè)到金屬后電感量發(fā)生變化導(dǎo)致波形發(fā)生變化，從而使疊加后的波形不能相互抵消，使輸出量不為零，即產(chǎn)生了差量。這一輸出量從C點(diǎn)處輸出用來驅(qū)動(dòng)輸出電路。3、 輸出電路：A、電路原理圖：B、 驅(qū)動(dòng)電壓從C處輸入，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓不為零且達(dá)到場(chǎng)效應(yīng)管的柵極導(dǎo)通電壓時(shí)，VF導(dǎo)通且實(shí)現(xiàn)放大輸出。在D、E處接負(fù)載。四、 完整電路原理分析1、 電路原理圖：2、 電路分析：電路中L1,R1,R2,R3,C1,C2,C3,C4和V1構(gòu)成探測(cè)線圈震蕩電路，L1為探測(cè)線圈，通電后其電感量會(huì)受外界金屬的影響而產(chǎn)生變化。電路中L2,R2,R3,R4,C6,C7

6、,C8,C9呵V2構(gòu)成基準(zhǔn)震蕩電路，L2為震蕩電路震蕩線圈，其電感量固定，不受外界影響，能使電路產(chǎn)生固定的正弦波。電路中R5,C10,R8,D1,D2,D3,R10為探測(cè)線圈震蕩電路的波形處理電路，先由非門構(gòu)成的放大器對(duì)A點(diǎn)進(jìn)來的信號(hào)進(jìn)行放大，再由D2對(duì)正弦波進(jìn)行整形，將其變換為矩形波，D3對(duì)生成的矩形波進(jìn)行相位取反。從B點(diǎn)進(jìn)入的信號(hào)處理同A點(diǎn)的信號(hào)，只是少了相位取反。再將兩路波形疊加后從DV處輸出。DV1及以后的電路構(gòu)成了負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電路，主要通過VF的放大作用對(duì)電壓進(jìn)行放大來帶動(dòng)負(fù)載。在探測(cè)端部受金屬影響的情況下，兩組震蕩電路輸出的波形為相位頻率均相同的正弦波，波形信號(hào)經(jīng)放大處理后再一路取反

7、，一路不取反的情況下形成相位相反，頻率相同的兩路矩形波，將這兩路波形進(jìn)行疊加后波形相互抵消使得輸出為零發(fā)光二極管不亮。因此VF的柵級(jí)因?yàn)闆]有加壓而使FV不能導(dǎo)通，也就不能帶動(dòng)負(fù)載。而當(dāng)探測(cè)線圈受到金屬影響時(shí)就回導(dǎo)致電感量發(fā)生變化使得波形頻率也產(chǎn)生變化，因此再兩路波形疊加后輸出不為零發(fā)光二極管發(fā)光，因而VF柵極被加上電壓，VF導(dǎo)通，并將電壓放大，帶動(dòng)負(fù)載工作。電路實(shí)現(xiàn)功能。3、 原件選擇(參考電感式金屬探測(cè)器電路)：Rw選用小型實(shí)心電位器或密封式可變電阻器。 C1、C3、C10、C11和C13均選用高頻瓷介電容器；C4C6、C9和C12選用獨(dú)石電容器或滌綸電容器；C2選用瓷介可變電容器；VD選用1N4148型硅開關(guān)二極管。VS選用穩(wěn)壓值為4.55.1V、結(jié)電容為50PF的穩(wěn)壓二極管。V1和V2均選用59018型硅NPN型晶體管。VF選用V20A型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。非門可選兩塊7402集成電路來實(shí)現(xiàn)功能。7402管腳排列如下：A、B、C、D為輸入端口，Y為輸出端口，GND為接地VCC為接電源正極。L1用0.27mm的漆包線在25mm的塑料環(huán)上繞90110匝，線圈外部包上鋁箔（鋁箔宜留有開口，并用屏蔽線將鋁箔與地之間連接好）；L2選用固定電感器（例如TDK色碼電感）。五、 使用方法接上負(fù)載閉合開關(guān)S，將探頭遠(yuǎn)離金屬物品，觀察發(fā)光二極管是否會(huì)