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摘要：本设计以简便易行低成本为出发点，利用电磁感应和涡流效应为原理，设计了一款较为实用的金属探测器，具有灵敏度高、结构 简单、工作稳定等优点。本文首先介绍了设计金属探测器的计划和必备条件。随后提供了三个设计备选方案，并根据简易性和低成本为原则选择了以场强识别探测金属作为最终方案。
关键词：金属探测器;设计;方案选择
现如今各行各业都加强了保安工作的部署，正是受此影响金属探测器的应用领域也成功地渗透到其他行业。如：高考进入考场前的检查、娱乐场所。公共娱乐场所的治安问题历来是社会各界关注的焦点，也是治安管理工作的难点。据统计，每年娱乐场所恶性打架斗殴事件和刑事案件发案率占60%以上，其作案凶器均是消费者随身带入娱乐场所。然而，此时简单的通道式金属探测门已不能完全满足安检的要求，安保人员需要的是一种能准确判定金属物品藏匿位置的安检产品。于是这种简单便捷的金属探测技术孕育而生，这样安保人员利用金属探测器能够查找出报警的位置。
一、设计背景
本设计采用场强识别：利用金属物体对信号产生谐波的场强变化而使振幅之变化来识别金属物体。利用探头线圈产生交变电磁场在被测金属物中感應出涡流，涡流产生反作用于探头，使探头线圈阻抗发生变化，从而使探测器的振荡器振幅也发生变化。该振幅变化量作为探测信号，经放大、变换后转换成音频信号，驱动音响电路发声，音频信号随被测金属大小及距离的变化而变化。
二、方案比较
（一）方案一 高频振荡器探测金属
方案一原理框图如图1所示。
调节高频振荡器的增益电位器，恰好使振荡器处于临界振荡状态，也就是说刚好使振荡器起振。当探测线圈L靠近金属物体时，由于电磁感应现象，会在金属导体中产生涡电流，使振荡回路中的能量损耗增大，正反馈减弱，处于临界态的振荡器振荡减弱，甚至无法维持振荡所需的最低能量而停振。如果能检测出这种变化，并转换成声音信号，根据声音有无，就可以判定探测线圈下面是否有金属物体了
（二）方案二 六反相器数字集成电路探测金属
其电路图为：
电路图中，金属探测器的探头是一只高Q值的电感L。它与反相器I-C1及电容器C2、C3、C4构成了一个电容三点式振荡器，其振荡频率约为27kHz。调节电位器RP可使电路处在刚刚起振的状态下。微弱的振荡信号通过由反相器IC-2和电阻R1组成的放大电路进放大，再由二极管VDI进行整流，整流后的信号由反相器IC-3和IC-4进行放大。最后通过二极管VD2去控制由IC-5和IC-6构成的音频振荡器的工作状态。作为探头的电感L在没有接近金属物体时，电路正常起振。振荡信号控制音频振荡器停止工作，扬声器不发声。当有金属物体接近电感时（电感线圏的轴向方向），电感L的Q值下降，电路停振，没有信号去抑制音频振荡器，所以音频振荡器工作，驱动扬声器发声。使用时，接通电源后，仔细调整电位器RP使扬声器刚刚不响.这时灵敏度较高，探测距离可达5mm-20mm。
（三）方案三 场强识别探测金属
本设计采用场强识别：利用金属物体对信号产生谐波的场强变化而使振幅之变化来识别金属物体。利用探头线圈产生交变电磁场在被测金属物中感应出涡流，涡流产生反作用于探头，使探头线圈阻抗发生变化，从而使探测器的振荡器振幅也发生变化。该振幅变化量作为探测信号，经放大、变换后转换成音频信号，驱动音响电路发声，以达到报警效果。
三、方案论证
三种方案均可行，但有些细节上的不同，逐一对各方案分析。方案一用到了高频振荡器，价格比较高，虽然探测的效果比较好，但是制作起来比较麻烦，不适合作为课程设计的选择。方案二设计思路明确，结构合理，方案易于实现，但探测时的精度不够高，不能满足课题要求。方案三只用到了简单的元件并且设计合理，主要是简单易懂的原件能够实现最初的目标和功能。
四、方案选择
中和三种方案的优缺点，方案三既具备了方案一的优点又解决了方案二的不足。因此选用方案三作为本课程设计的原理方案。
参考文献：
[1]陈永强，魏金成，吴昌东.模拟电路技术基础[M].2013.1
[2]康华光.电子技术基础数字部分.北京：高等教育出版社.2014.1
[3]胡翔骏，黄金玉.电路分析基础[M].2007年2月第一版
关键词：金属探测器;设计;方案选择
现如今各行各业都加强了保安工作的部署，正是受此影响金属探测器的应用领域也成功地渗透到其他行业。如：高考进入考场前的检查、娱乐场所。公共娱乐场所的治安问题历来是社会各界关注的焦点，也是治安管理工作的难点。据统计，每年娱乐场所恶性打架斗殴事件和刑事案件发案率占60%以上，其作案凶器均是消费者随身带入娱乐场所。然而，此时简单的通道式金属探测门已不能完全满足安检的要求，安保人员需要的是一种能准确判定金属物品藏匿位置的安检产品。于是这种简单便捷的金属探测技术孕育而生，这样安保人员利用金属探测器能够查找出报警的位置。
一、设计背景
本设计采用场强识别：利用金属物体对信号产生谐波的场强变化而使振幅之变化来识别金属物体。利用探头线圈产生交变电磁场在被测金属物中感應出涡流，涡流产生反作用于探头，使探头线圈阻抗发生变化，从而使探测器的振荡器振幅也发生变化。该振幅变化量作为探测信号，经放大、变换后转换成音频信号，驱动音响电路发声，音频信号随被测金属大小及距离的变化而变化。
二、方案比较
（一）方案一 高频振荡器探测金属
方案一原理框图如图1所示。
调节高频振荡器的增益电位器，恰好使振荡器处于临界振荡状态，也就是说刚好使振荡器起振。当探测线圈L靠近金属物体时，由于电磁感应现象，会在金属导体中产生涡电流，使振荡回路中的能量损耗增大，正反馈减弱，处于临界态的振荡器振荡减弱，甚至无法维持振荡所需的最低能量而停振。如果能检测出这种变化，并转换成声音信号，根据声音有无，就可以判定探测线圈下面是否有金属物体了
（二）方案二 六反相器数字集成电路探测金属
其电路图为：
电路图中，金属探测器的探头是一只高Q值的电感L。它与反相器I-C1及电容器C2、C3、C4构成了一个电容三点式振荡器，其振荡频率约为27kHz。调节电位器RP可使电路处在刚刚起振的状态下。微弱的振荡信号通过由反相器IC-2和电阻R1组成的放大电路进放大，再由二极管VDI进行整流，整流后的信号由反相器IC-3和IC-4进行放大。最后通过二极管VD2去控制由IC-5和IC-6构成的音频振荡器的工作状态。作为探头的电感L在没有接近金属物体时，电路正常起振。振荡信号控制音频振荡器停止工作，扬声器不发声。当有金属物体接近电感时（电感线圏的轴向方向），电感L的Q值下降，电路停振，没有信号去抑制音频振荡器，所以音频振荡器工作，驱动扬声器发声。使用时，接通电源后，仔细调整电位器RP使扬声器刚刚不响.这时灵敏度较高，探测距离可达5mm-20mm。
（三）方案三 场强识别探测金属
本设计采用场强识别：利用金属物体对信号产生谐波的场强变化而使振幅之变化来识别金属物体。利用探头线圈产生交变电磁场在被测金属物中感应出涡流，涡流产生反作用于探头，使探头线圈阻抗发生变化，从而使探测器的振荡器振幅也发生变化。该振幅变化量作为探测信号，经放大、变换后转换成音频信号，驱动音响电路发声，以达到报警效果。
三、方案论证
三种方案均可行，但有些细节上的不同，逐一对各方案分析。方案一用到了高频振荡器，价格比较高，虽然探测的效果比较好，但是制作起来比较麻烦，不适合作为课程设计的选择。方案二设计思路明确，结构合理，方案易于实现，但探测时的精度不够高，不能满足课题要求。方案三只用到了简单的元件并且设计合理，主要是简单易懂的原件能够实现最初的目标和功能。
四、方案选择
中和三种方案的优缺点，方案三既具备了方案一的优点又解决了方案二的不足。因此选用方案三作为本课程设计的原理方案。
参考文献：
[1]陈永强，魏金成，吴昌东.模拟电路技术基础[M].2013.1
[2]康华光.电子技术基础数字部分.北京：高等教育出版社.2014.1
[3]胡翔骏，黄金玉.电路分析基础[M].2007年2月第一版