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金属探测器电路图与工作原理

金属探测器是一种常见的设备，用于在购物中心、酒店、电影院等场所检查人员、行李或包裹，以确保人员未携带任何金属或非法物品（如枪支、炸弹等）。金属探测器能够检测金属的存在。

金属探测器有多种类型，包括手持式金属探测器、通过式金属探测器和地面搜索金属探测器。金属探测器可以很容易地制作，基本金属探测器的电路并不复杂。

1. 金属探测器电路​

在本项目中，我们设计了一个简单的DIY金属探测器电路，使用非常简单的元件，可以在我们的家庭和花园中使用。

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2. 金属探测器电路图​

下图展示了金属探测器电路的电路图。

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2.1 所需元件​

  • 1×TDA0161接近探测器集成电路
  • 2×47nF电容（陶瓷电容代码473）
  • 1×1KΩ电阻（1/4瓦）
  • 1×330Ω电阻（1/4瓦）
  • 1×100Ω电阻（1/4瓦）
  • 1×5KΩ电位器
  • 1×2N2222A（NPN晶体管）
  • 1×5V蜂鸣器
  • 线圈（使用26-30 AWG的铜线绕制成直径为5-6厘米、140-150匝的线圈）
  • 额外元件（用于LED）
    • 1×220Ω电阻（1/4瓦）
    • 1×5mm LED

2.2 元件描述​

TDA0161接近探测器集成电路：TDA0161是由STMicroelectronics生产的接近探测器集成电路。它可以通过检测高频涡流损耗的微小变化来探测金属物体。

TDA0161集成电路借助外部调谐电路充当振荡器。电源电流的变化将决定输出信号，即当金属物体靠近时电流较大，而没有金属物体时电流较小。

TDA0161有8个引脚，采用双列直插式封装（DIP）。下图展示了TDA0161集成电路的引脚图。

注意：根据STMicroelectronics的说法，TDA0161接近探测器集成电路已经过时。如果市场上有售，可以继续制作这个有趣的项目。如果没有，可以尝试寻找替代集成电路。如果找到类似的集成电路，我们会在评论区更新。如果您发现任何接近探测器集成电路，请在评论区提及。

线圈（电感）：本项目中，我们使用30 AWG的铜线。然后使用直径为5.8厘米的参考物将其绕制成线圈。线圈包含140-150匝。

3. 金属探测器电路解析​

  • 当L1和C1组成的LC电路从附近的金属接收到任何谐振频率时，会产生电场，从而在线圈中感应出电流并改变信号流。
  • 可变电阻用于将接近传感器值调整为与LC电路相等，最好在没有金属靠近线圈时检查该值。当检测到金属时，LC电路的信号会发生变化。变化后的信号被送入接近探测器（TDA0161），它将检测到信号的变化并相应地做出反应。接近传感器的输出在没有检测到金属时约为1mA，而当线圈靠近金属时约为10mA。
  • 当输出引脚为高电平时，电阻R3将为晶体管Q1提供正电压。Q1将导通，LED将亮起（电路中未显示），蜂鸣器将被激活。电阻R2用于限制电流。

4. 金属探测器方框图​

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金属探测器电路由三个主要部分组成：LC电路、接近传感器、输出LED和蜂鸣器。线圈和电容C1并联连接，形成LC电路。

如果检测到金属，接近传感器（TDA0161）将被LC电路触发。接近传感器随后将点亮LED并通过蜂鸣器发出警报。

LC电路：LC电路由电感和电容并联连接组成。当附近有相同频率的材料时，该电路开始谐振。LC电路交替为电容和电感充电。当电容完全充电时，电荷被施加到电感上。电感开始充电，当电容上的电荷为零时，它从电感中以相反的极性吸收电荷。然后电感的电荷减少，过程再次重复。注意，电感是磁场存储装置，而电容是电场存储装置。

接近传感器：接近传感器可以在没有任何物理干扰的情况下检测物体。接近传感器的工作原理与红外传感器类似，也会发射信号，除非反射信号发生变化，否则不会输出。如果信号发生变化，它将检测到并相应地输出。有不同类型的接近传感器，例如，要检测塑料材料，可以使用电容式接近传感器，而要检测金属，则应使用电感式接近传感器。

5. 简单金属探测器电路的工作过程​

由L1（线圈）和C1组成的LC电路是电路的主要金属探测部分。借助这个LC电路（也称为谐振电路或调谐电路），TDA0161集成电路充当振荡器，并在特定频率下振荡。

当LC电路从附近的金属接收到任何谐振频率时，会产生电场，从而在线圈中感应出电流并改变信号流。

可变电阻用于将接近传感器值调整为与LC电路相等，最好在没有金属靠近线圈时检查该值。当检测到金属时，LC电路的信号会发生变化。

变化后的信号被送入接近探测器（TDA0161），它将检测到信号的变化并相应地做出反应。接近传感器的输出在没有检测到金属时约为1mA，而当线圈靠近金属时约为10mA（通常大于8mA）。

当输出引脚为高电平时，电阻R3将为晶体管Q1提供正电压。Q1将导通，LED将亮起（电路中未显示），蜂鸣器将被激活。

5.1 优点​

  • 基于TDA0161接近探测器集成电路的金属探测器电路是一种非常简单且易于构建的金属探测器，可用于在我们的家庭、办公室和花园中探测小型金属。
  • 无需任何微控制器，因为接近传感器足以实现该项目。

5.2 缺点​

  • 该金属探测器电路的主要缺点是探测范围有限。金属物体需要距离探测器10毫米以内才能被检测到。

6. 金属探测器的应用​

  • 这种简单的金属探测器可用于识别铁、金、银等金属。
  • 由于这是一个简单项目，我们可以在家中使用它来扫描钉子、金属碎片等，这些物品用肉眼很难发现。