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1、毕业设计安检便携式金属探测器的方案设计 所属学院 航空电子电气工程学院 专 业 电气自动化技术 2015年 5月目录1 绪 论21.1 研究背景与研究意义21.1.1 发展过程21.1.2 研究意义21.2 用途分类22 设计要求22.1 设计要求22.2 主要内容22.3 电路介绍22.4 理想效果23 单元电路设计23.1 高频振荡电路设计23.1.1 原理电路23.1.2 电路分析23.2 三极管开关控制电路设计23.2.1 原理电路23.2.2 电路分析23.3 低频振荡电路设计23.3.1 低频振荡23.3.2 电路分析23.4 报警与蜂鸣电路设计24 整机工作原理25 安装与调试2
2、5.1 元器件的选型25.1.1 电阻的选择25.1.2 电容的选择25.1.3 三极管的选择25.2 电路的调试25.2.1 元器件的测试25.2.2 电路的测试与维修2参考文献21 绪 论1.1 研究背景与研究意义 安检便携式金属探测器是金属探测器的一种，因使用方式为手握方式而而得名，主要用于工厂防盗，场所安检以及考场防作弊，相对于安检门，手持金属探测器更加精确。通过对金属物品的电磁感应而报警，报警方式主要有声光，震动，或者通过耳机。目前还广泛用于各种大型会议中心、汇展场管、体育场管公检法、监狱系统及娱乐场所的安全检查和工厂企业的防偷检查，甚至用于对高考禁带物品的检查。1.1.1 发展过程
3、金属探测安检门诞生于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
4、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
5、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。1.1.2 研究意义简单的安检便携式金属探测器已不能完全满足安检要求，安检人员需要的是一种能准确判定物品藏匿位置
6、的安检产品。于是多区位金属探测技术孕育而生，它的诞生是金属探测器历史上又一次变革，由原来单一的磁场分布变成了现在互相叠加而又相对独立的多个磁场，再根据人体工程学把人体分为多个区段使之与人体相对应，相应的区段在金属探测门上形成相对的区域，这样金属探测门便拥有了报警定位功能。高考和各种认证考试是庄严和神圣的，一些犯罪分子采用高科技技术进行舞弊，从中牟利。1.2 用途分类（1）公共安全检查比如机场安检，监狱，法院，检测院，银行，酒店，大型会议，体育比赛，演唱会等公共场安检。（2）工厂防盗很多工厂的产品含有金属成本，工厂为了防止企业产品流失，在重要车间，门口由保安对员工进行检查。(3)考试防作弊近年的
7、高考，研究生考试，公务员考试等考场防止考生携带无线耳机等其它作弊工具，每个考场都会配置一些手持探测器。目前全国很多省教育系统都有配置这类产品。长沙航空职业技术学院毕业设计 设计要求 2 设计要求2.1 设计要求u 设计简易金属探测器电路；u 制作简易金属探测器实物，理解其工作原理；2.2 主要内容根据本课题工作的实际背景，研制出一个物美价廉的金属检测装备，重点应研究和解决以下几个方面的问题：1）原理分析收集金属探测器原理和产品的资料，进行金属探测器资料整理和分析利用。2）完成系统设计根据调研结果和可行性分析设计系统总体框架，初步设想探测信号的产生采用LC高频振荡器产生正弦波，经放大，滤波，整形
8、产生所需信号。使得系统的探测信号有良好的抗干扰性。3）完成硬件方案的设计制作硬件设计涉及：LC振荡器、放大器、滤波器、输出电路（报警或显示）四部分组成。2.3 电路介绍如图2-1所示，该电路由金属探测电路和声音报警电路组成。Q1、L1、L2、C2、C3、R1、W组成高频振荡电路，调节电位器W，可以改变振荡级增益，使振荡器处于临界振荡状态，也就是说刚好使振荡器起振。Q2、Q3组成检测电路，电路正常振荡时，振荡电压交流电压超过0.6V时,Q2就会在负半周导通将C4放电短路，结果导致Q3截止；当探测线圈L1靠近金属物体时，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
9、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，使Q2截止，R2给C4充电，Q3导通，给Q4、Q5组成的音频振荡电路供电工作，推动蜂鸣器发声。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。图2-1 金属探测器电路原理图2.4 理想效果本简易探测器能轻轻松松的、稳定可靠的控测距离线圈平面（线路板）2.5CM左右的金属硬币、钢板、铁板、铝板、电脑光碟等，这中间可以阻隔木板、书本、报纸、玻璃、地面砖、泥土、砂子、自来水、燃油、皮肤（手掌）、衣服、空气、灰尘等金属以外的物体，实际试验最大探测距离可以达到5CM甚至更远，可以隔着衣服探测出口袋的手机、钥匙、硬币。如果需要更远的探测距离和更高
10、的灵敏度，应自行制作探测线圈，探测线圈的直径越大，探测距商就会越远；探测线圈的Q值越高，对小金属分辨能力就越强。长沙航空职业技术学院毕业设计 单元电路设计3 单元电路设计3.1 高频振荡电路设计3.1.1 原理电路图3-1 晶体管高频放大器原理线路图3-1是一个采用晶体管的高频功率放大器的原理线路。除电源和偏置电路外，它是由晶体管，谐振回路和输入回路三部分组成。高频功放中常采用平面工艺制造的NPN高频大功率晶体管，它能承受高电压和大电流，并有较高的特征频率。晶体管作为一个电流控制器件，它在较小的激励信号电压作用下，形成基极电流iB，iB控制了较大的集电极电流iC，iC流过谐振回路产生高频功率输
11、出，从而完成了把电源的直流功率转换为高频功率的任务。为了使高频功放以高效输出大功率，常选在丙类状态下工作，为了保证在丙类工作，基极偏置电压应使晶体管工作在截止区，一般为负值，即静态时发射结为反偏。此时输入激励信号应为大信号，一般在0.5V以上，可达1到2V，甚至更大。晶体管的作用是将供电电源的直流能量转变为交流能量的过程中起开关控制作用。线路特点：(1) LC谐振回路作为晶体管的负载起到选频滤波以及阻抗匹配的作用。(2)电路工作在丙类工作状态以保证电路效率较高；基极负偏压（或零偏压）。关系式：(1)外部电路关系式： (2)晶体管的内部特性: (3)（半）导通角： 根据晶体管的转移特性曲线可得：
12、 即集电极的导通角是由输入回路决定的。必须强调指出：集电极电流ic虽然是脉冲状，但由于谐振回路的这种滤波作用，仍然能得到正弦波形的输出。3.1.2 电路分析根据此次金属探测器原理图可以看出R1、L1、L2、Q1、C2、C3、W组成高频振荡器图3-2 高频振荡电路正负反馈过程一工作原理：高频振荡电路是一个正负反馈循环过程。由图3-2看出是正反馈过程一：Q1由截止到饱和的过程。接通电源之后，Q1开始导通、导致Q1的Ib上升，Ic也随之上升，导致L1的感生电动势e1（上+下）上升，L2的感生电动势e2（下+上- 带为同名端）也最终上升，通过电容C2耦合，反馈到三极管Q1的基极，再次导致Q1的Vb上升
13、，最后导致三极管Q1饱和。图3-3 高频振荡电路正负反馈过程二上图是正反馈过程二：Q1由饱和到截止的过程。三极管Q1饱和之后，电源通过L2、Q1、W给C2充电，电容C2上充得的电压为上+下-，导致Q1的Vb下降，电流Ib下降，且Ic也随之下降，导致L2的感生电动势e2（上-下+）上升，L1的感生电动势e1（上+下-）也最终上升；通过电容C2耦合使三极管Q1的Vb下降，最后导致三极管Q1截止。3.2 三极管开关控制电路设计3.2.1 原理电路三极管除了可以当做交流信号放大器之外，也可以作为开关用。严格说起来，三极管与一般的机械接点式开关在动作上并不完全相同，但是它却具有一些机械式开关所没有的特点
14、。图3-4所示，即为三极管电子开关的基本电路图。图3-4基本的三极管开关由图3-4可知，负载电阻被直接跨接于三极管的集电极（c极）与电源之间，而位居三极管主电流的回路上，输入电压Vin则控制三极管开关的开启与闭合动作，当三极管呈开启状态时，负载电流便被阻断。反之，当三极管呈闭合状态时，电流便可以流通。详细地说，当Vin为低电压时，由于基极没有电流，因此集电极亦无电流，致使连接于集电极端的负载亦没有电流，而相当于开关的开启，此时三极管工作于截止区。同理，当Vin为高电压时，由于有基极电流流动，因此使集电极流过更大的放大电流，因此负载回路便被导通，而相当于开关的闭合，此时三极管工作于于饱和区3.2.2 电路分析根据此次金属探测器原理图可以看出Q2、Q3工作在开关状态，组成开关控制电路图3-5 开关控制电路当L1、L2没有探测到金属物品时，导致Q1的集电极为低电平，即Q2的基极为低电平，Q2饱和，其集电极输出高电平，导致Q3基极为高电平，Q3截止。当L1、L2探测到金属物品时，导致Q1截止，其集电极为高电平，即Q2的基极为高电平，Q2截止，其集电极输出低电平，导致Q3基极为低电平，Q3饱和。 3.3 低频振荡电路设计3.3.1 低频振荡低频振荡器是指产生20赫20千赫正弦波信号的振荡器（有的定义为产生频率在0.1赫兹到10赫兹之间交流讯号的振荡器）。
