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1、金属探测器的探索金属探测器是一款高性能专为安防设计的探测器，它的基本思想是利用电磁感应的原理，利用有交流电通过的线圈，产生迅速变化的磁场。这个磁场可以在金属物体内部能感生涡电流。涡电流又会产生磁场，倒过来影响原来的磁场，引发探测器发出鸣声。金属探测器的重要作用：在战地考古学中，大多数证物都是金属的，如火枪弹头、弹药筒、子弹、大炮和炮弹、刀剑等，具体是哪些证物取决于战役发生的历史时期。因此，战地考古学家最重要的工具就是简单的金属探测器。几十年来，由于被理所当然地认为是盗墓者的 “ 武器 ”，金属探测器一直饱受非议。直到 1983 年，福克斯和后来的斯科特通过对小大角战场的分析证明，通过系统的金属
2、探测调查，几十年的辛苦考古工作可以在很短的时间内就完成。据他们估计，金属探测员在小大角战场发掘出来的 5000 件古器物中，用传统方式也许只能找到其中的 10 件左右。如今，熟练的金属探测员与考古学家和文物保护者一道工作，在战地考古中扮演着十分重要的角色，文物保护者负责精确地记录发现器物的位置，并进行 “ 封装、贴标以及作标记 ” 。 换句话说，每件古器物都被封装起来，贴上标签，放在挖它出来时所开凿的洞里，以便在将其移走用于以后研究之前查明它的精确位置并绘制成地图。金属探测器被越来越多地用来协助表面穿透雷达 (SPR, Surface Penetrating Radar) 及其它探地雷达系统工
3、作。最初开发出来、用于探测塑料地雷的 SPR 系统能够定位地表 30 米以下的异常物体。该系统还能提供一系列线索来帮助使用者识别尚未挖出来的证物。但即使找到了金属古器物的位置，也仅仅是成功了一半。有时候，金属古器物只剩下一半原来的样子。90 年代中期，在对 Monmouth 战役的分析过程中，美国考古学家们发现了许多表面斑驳的火枪弹头被压得像口香糖一样薄。为了测定原来的尺寸，一位名叫 Dan Sivilich 、工程师出身的考古学家发明了一个公式，这个公式将物理学和化学结合在一起，用来计算任何非球状火枪弹头的原始直径。它被称为 “ 斯维理奇公式 ” (Sivilich Formula)，如今在
4、世界各处的战地考古中每天都会用到。一旦变形或不完整的火枪或炮弹头的原始尺寸被估算出来，弹道学专家就会加入进来，开始计算炮火的射程。金属探测器的发展：世界第一台金属探测器安检门诞生于 1960 年，步入工业时代最初的金属探测器也主要应用于工矿业，是检查矿产纯度、提高效益的得力帮手。随着社会的发展，犯罪案件的上升。1970 年金属探测器被引入一个新的应用领域安全检查，也就是今天我们所使用的金属探测安检门雏形，它的出现意味着人类对安全的认知已步入一个新纪元。一个产品的出现带动了一个行业的发展，于是安检这个既陌生又熟悉的行业开始进入市场。50 多年过去了，金属探测器经历了几代探测技术的变革，从最初的信
5、号模拟技术到连续波技术直到今天所使用的数字脉冲技术，金属探测器简单的磁场切割原理被引入多种科学技术成果。无论是灵敏度、分辨率、探测精确度还是工作性能上都有了质的飞跃。应用领域也随着产品质量的提高延伸到了多个行业。70 年代随着航空业迅速发展，劫机和危险事件的发生使航空及机场安全逐渐受到重视，于是在机场众多设备中金属探测安检门扮演着排查违禁物品的重要角色。同样在 70 年代，由于金属探测安检门在机场安检中的崭露头角，大型运动会(如奥运会、亚运会、全运会) 展览会及政府重要部门的安全保卫工作中开始启用金属探测安检门作为必不可少的安检仪器。发展到 80 年代，监狱暴力案件呈直线上升趋势，如何及早有效
6、预防并阻止暴力案件发生成了监狱管理工作中的重中之重，在依靠警员对囚犯加强管理的同时，金属探测安检门再次成为了美国、英国、比利时等发达国家监狱管理机构必备的安检设备，形成平均每 300 个囚犯便使用一台金属探测安检门用于安检；与此同时手持式、便携式金属探测器得到长足的发展。进入 90 年代，迅速升温的电子制造业成了这个时代的宠儿，大型的电子公司为了减少产品流失、结束员工与公司之间的尴尬局面，陆续采用金属探测安检门和手持式金属探测器作为管理员工行为、减少产品流失的利刃。于是金属探测器又有了它新的角色产品防盗。9.11 事件以后,反恐成为国际社会一个重要议题。爆炸案、恐怖活动的猖獗使恐怖分子成了各国
7、安全部门誓要打击的对象。此时国际社会对“安全防范”的认知也被提到一个新的高度。受 9.11 事件影响，各行各业都加强的保安工作的部署，正是受此影响，金属探测器的应用领域也成功的渗透到其他行业。金属探测器的原理：金属探测器由高频振荡器、振荡检测器、音频振荡器和功率放大器等组成。基本电路框图如下：高频振荡器：由三极管 VT1 和高频变压器 T1 等组成，是一种变压器反馈型 LC 振荡器。T1 的初级线圈 L1 和电容器 C1 组成 LC 并联振荡回路，其振荡频率约 200kHz，由 L1 的电感量和C1 的电容量决定。 T1 的次级线圈 L2 作为振荡器的反馈线圈，其“C”端接振荡管 VT1 的基
8、极， “D”端接 VD2。由于 VD2 处于正向导通状态，对高频信号来说， “D”端可视为接地。在高频变压器 T1 中，如果“A” 和“D”端分别为初、次级线圈绕线方向的首端，则从“C”端输入到振荡管 VT1 基极的反馈信号，能够使电路形成正反馈而产生自激高频振荡。振荡器反馈电压的大小与线圈 L1、L2 的匝数比有关，匝数比过小，由于反馈太弱，不容易起振，过大引起振荡波形失真，还会使金属探测器灵敏度大为降低。振荡管 VT1 的偏置电路由 R2 和二极管 VD2 组成，R2 为 VD2 的限流电阻。由于二极管正向阈值电压恒定（约0.7V） ，通过次级线圈 L2 加到 VT1 的基极，以得到稳定的
9、偏置电压。显然，这种稳压式的偏置电路能够大大增强 VT1 高频振荡器的稳定性。为了进一步提高金属探测器的可靠性和灵敏度，高频振荡器通过稳压电路供电，其电路由稳压二极管 VD1、限流电阻器 R6 和去耦电容器 C5 组成。振荡管 VT1 发射极与地之间接有两个串联的电位器，具有发射极电流负反馈作用，其电阻值越大，负反馈作用越强，VT1 的放大能力就越低，甚至于使电路停振。RP1 为振荡器增益的粗调电位位器，RP2 为细调电位器。震荡检测器：振荡检测器由三极管开关电路和滤波电路组成。开关电路由三极管 VT2、二极管 VD2 等组成，滤波电路由滤波电阻器 R3，滤波电容器 C2、C3 和 C4 组成
10、。在开关电路中，VT2 的基极与次级线圈 L2 的“C”端相连，当高频振荡器工作时，经高频变压器 T1 耦合过来的振荡信号，正半周使 VT2 导通，VT2 集电极输出负脉冲信号，经过 型 RC 滤波器，在负载电阻器 R4 上输出低电平信号。当高频振荡器停振荡时，“C”端无振荡信号，又由于二极管 VD2 接在 VT2 发射极与地之间，VT2基极被反向偏置，VT2 处于可靠的截止状态，VT2 集电极为高电平，经过滤波器，在 R4 上得到高电平信号。由此可见，当高频振荡器正常工作时，在 R4 上得到低电平信号，停振时，为高电平，由此完成了对振荡器工作状态的检测。音频振荡器：音频振荡器采用互补型多谐振
11、荡器，由三极管 VT3、VT4，电阻器 R5、R7、 R8 和电容器 C6 组成。互补型多谐振荡器采用两只不同类型的三极管，其中 VT3 为 NPN 型三极管，VT4 为 PNP 型三极管，连接成互补的、能够强化正反馈的电路。在电路工作时，它们能够交替地进入导通和截止状态，产生音频振荡。R7 既是 VT3 负载电阻器，又是 VT3 导通时 VT4基极限流电阻器。R8 是 VT4 集电极负载电阻器，振荡脉冲信号由 VT4 集电极输出。R5 和 C6 等是反馈电阻器和电容器，其数值大小影响振荡频率的高低。功率放大器：功率放大器由三极管 VT5、扬声器 BL 等组成。从多谐振荡器输出的正脉冲音频信号
12、经限流电阻器 R9 输入到VT5 的基极，使其导通，在 BL 产生瞬时较强的电流，驱动扬声器发声。由于 VT5 处于开关工作状态，而导通时间又非常短，因此功率放大器非常省电，可以利用 9V 积层电池供电。高频振荡器探测金属的原理：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 L1 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。互补型多
13、谐振荡器的工作原理：接通电源时，由于 VT3 基极接有偏置电阻器 R1、R3 而被正向偏置，假设 VT3 集电极电流处于上升阶段，VT4 基极电流随之上升，导致 VT4 集电极电流剧增，VT4 集电极电位随之迅速升高，由 VT4 输出的电流通过与之相连的 R5 向 C6 充电，流经 VT3 的基极入地，又导致 VT3基极电流进一步升高。如此反复循环，强烈的正反馈使得VT3、VT4 迅速进入饱和导通状态，VT4 集电极处于高电平，使多谐振荡器进入第一个暂稳态过程。随着电源通过饱和导通的VT4 经 R5 向 C6 充电，当 VT3 基极电流下降到一定程度时，VT3退出饱和导通状态，集电极电流开始减
14、小，导致 VT4 集电极电流减小，VT4 集电极电位下降，这一过程又进一步加剧了向 C6充电电流迅速减小，VT3 基极电位急剧降低而使 VT3 截止，VT4集电极迅速跌至低电平，多谐振荡器翻转到第二个暂稳态。多谐振荡器刚进入第二暂稳态时，先前向 C6 充电的结果，其电容器右端为正，左端为负，现在 C6 右端对地为低电平，由于电容器 C6 两端电压不能跃变，故 VT3 基极被 C6 左端负电位强烈反向偏置，使两只三极管在较长时间继续保持截止状态。在 C6 放电时，电流从电容器右端流出，主要流经 R5、（R8）、R9、VT5 发射结入地，又经过电源、R6、R1、R3 流回电容器 C6左端。直到 C
15、6 放电结束，电源继续通过上述回路开始对 C6 反向充电，C6 左端为正。当 C6 两端的电位上升至 0.7V，VT3 开始进入导通状态，经过强烈正反馈，迅速进入饱和导通状态，使电路再次发生翻转，重复先前的暂稳态过程，如此周而复始，电路产生自激多谐振荡。从电路工作过程可以看出，向 C6 充电时，充电电阻器 R5 电阻值较小，因此充电过程较快，电路处在饱和导通状态时间很短；而在 C6 放电时，需要流经许多有关电阻器，放电电阻器总的数值较大，因而放电过程较慢，也就是说电路处于截止时间较长。因此，从 VT4 集电极输出波形占空比很大，正脉冲信号的脉宽很窄，其振荡频率约 330Hz 。金属探测器在应用上的探索：金属探测器除了具有最基本的报警功能外，还可以具有许多其他的特殊功能，从而让我们的生活更加丰富、安全。以下列举了一些特殊功能：地表平衡的功能：以利机器正确比对是否发现金属物而非干扰；选取功能：利用不同金属物体对磁场反应差异特性来遴选或排除不同类别之金属物件且警报提示；深度的标示，可以告知所探测到的金属物体被埋藏的可能深度；面积的标示：可以显示探测到的金属物体大小，提供操作人员研判是否符合开挖的需求；语音的提示：可以立刻以语音提醒操作人员，比如灯光的照明- 提供灯光以利于夜间运作；
