金屬探測器模電課設

金屬探測器模電課設金屬探測器模電課設

一、總體設計

金屬探測器是一種用于探測電磁場變化的儀器，廣泛應用于金屬探測、地質(zhì)勘探、科學研究等領(lǐng)域。在本課設中，我們設計了一款簡單的金屬探測器，基于單通道差分放大器電路。

二、差分放大器電路設計

差分放大器是一種基礎(chǔ)的放大器電路，在信號放大和抑制共模干擾方面具有優(yōu)異的表現(xiàn)。本課設中采用單通道差分放大器設計，具體電路如下所示：


該電路由四個增益為$A_1$、$A_2$、$A_3$、$A_4$的運算放大器組成，其中$A_1$和$A_2$的反相輸入端分別連接兩個探測線圈（即金屬探測器）的輸出信號，為差分輸入，$A_3$和$A_4$的非反相輸入處分別連接兩個相同的電阻$R_1$，用以平衡電路，進一步提高共模抑制比（CMRR）。

該電路的增益計算如下：

$$Gain=\frac{V_{out}}{V_+-V_-}=-\frac{A_1}{A_2}=-\frac{R_{gain2}}{R_{gain1}}$$

其中$R_{gain1}$和$R_{gain2}$是$A_1$和$A_2$的反饋電阻。在這里，我們可以調(diào)節(jié)$R_{gain1}$和$R_{gain2}$的值來改變電路的增益。

三、金屬探測器設計

金屬探測器由兩個線圈組成，一個為發(fā)射線圈，另一個為接收線圈。發(fā)射線圈產(chǎn)生高頻電磁場，當金屬物質(zhì)接近時，會產(chǎn)生感應電流并發(fā)生反饋。接收線圈檢測到反饋信號，并將其發(fā)回差分放大器電路中處理。

本課設中，我們使用的是單頻探測，即發(fā)射線圈產(chǎn)生的高頻電磁場為固定頻率。為方便起見，我們將發(fā)射線圈和接收線圈均設計為螺旋線圈。

四、電路實現(xiàn)

實現(xiàn)本課設中的電路需要一些電子元器件和工具，如運算放大器、電阻、電容、二極管、示波器、萬用表等。

下面是差分放大器電路的具體實現(xiàn)：


在實際搭建中，需要注意電源的供電穩(wěn)定性和信號線的布局與鉗制，以盡可能減小電路中的噪聲和共模干擾。

為方便調(diào)試，還可以在電路中添加一些調(diào)節(jié)元件，如電位器、可調(diào)電容等。同時需要注意，當金屬物體接近線圈時，線圈的電容會發(fā)生變化，這可能影響電路的工作，因此需要對電路進行一些修正。

五、實驗測試

為驗證金屬探測器的性能，我們進行了一系列實驗測試。首先進行了原理模擬，模擬結(jié)果顯示，電路中的差分放大器具有較好的放大效果和抗干擾能力。接下來，我們測試了探測器的響應特性。

實驗結(jié)果表明，金屬探測器能夠快速地響應金屬物體接近事件，并將響應信號成功地傳入差分放大器電路中。通過調(diào)節(jié)電路增益和調(diào)整發(fā)射線圈的電容，我們還成功地實現(xiàn)了對不同尺寸、不同材質(zhì)的金屬物體的探測。

六、總結(jié)

本課設中，我們通過差分放大器電路和螺旋線圈金屬探測器的設