TM88型金属探测器工作原理分析
TM88型金属探测器工作原理分析
[日期：2011-12-07] 来源： 作者：广西 潘云忠 [字体：大 中 小] 工作原理
TM88型金属探测器主要由探测头（亦称探头）、振荡分频电路、探测发射电路、选频放大电路、相位分割电路、相位同步选通放大电路、采样保持电路（又称记忆保持电路）、调谐限幅放大电路、音频电路、电压变换电路等组成。它是利用电磁感应原理，即交流电通过的线圈，产生迅速变化的磁场，这个磁场能在金属物体内部感生涡电流．涡电流又会产生磁场，反过来影响原来的磁场，经探测器相关电路检测放大等处理后控制相关电路发出报警声。TM88型金属探测器的电路原理如附图所示。其工作原理如下：
1．探头（密封在一个圆型的塑料盒内）。它由接收线圈L5、发射线圈L3、反馈线圈LA以及谐振电容C51等组成。其中反馈线圈LA与发射线圈L3反向串联和C51-起形成LC谐振电路，把发射电路送来的交流信号选频后向空中发射。
反馈线圈阻L4与接收线圈L5绕在同一线圈上．发射电磁信号在未检测到金属信号时，发射线圈参数与接收线圈参数处于一个平衡稳定状态。当探头发射线圈13产生的交变磁场接触到金属物体时，其磁场发生变化，印发射线圈固有参数会随着金属物体性质（如铁质与非铁质金属）的不同或接近金属的距离不同而发生变化。反馈线圈lA将这些变化信号感应至接收线圈L5．接收线圈L5将这些变化信号选频后送入后级选频放大电路进一步处理。
2．振荡分频电路。它由U9(CD4060)与外围元件组成。
其中U9的(10)、(11)、(12)脚与外围晶振x等元件构成3.9MHz主振频率，经内部分频后由(13)脚与(14)脚输出约6.99kHz和13.98kHz的方波信号至发射电路。
(6)脚输出约27kHz方波信号至电压变换电路。
(1)脚与(2)脚输出约874Hz和437Hz的方波信号至音频电路。
3．探测发射电路。由QlO~QL14、B3,L2C45、C46、D23-D26等组成。010为发射前置倒相电路，Qll、Q12与Q13、Q14等组成复合式推挽功率放大电路，经放大的高频信号由B3次级输出。B3次级线圈与C45组成LC并联谐振；L2与C46组成LC串联谐振。经选频后得到的高频交流信号通过电缆线送入探头内的发射线圈向空间辐射。二极管D23~D26等构成与门电路，使U9内部分频器输出至发射管的方波占空比降低，发射管导通时间缩短，以降低发射管的功耗。
4．U1(NEC5534)与外围元件等构成放大倍数约80dB的前置低噪声选频放大器。它对被测信号频率的放大增益最高，非被测信号频率放大倍数较低。经Ul放大的信号送人后级相位分割电路进行放大处理。
5．相位分割电路。它由双运放U2(LM412)与外围元件构成。其中U2A将前级送来的信号进行反相放大，放大后送至下一级电路进行相位调节、选通和放大（该路用作金属性质的识别）。U2B将前级送来的信号进行同相放大，放大后送至下一级电路进行相位调节、选通和放大（该路用作全金属探测，称地平衡）。
6．相位同步选通放大电路。它由四运放Ul0（TL084）、比较器Ull(LM393)、双运放U3(LM412)、电子开关U13(CD4053)、场效应管Q15、Q16(K246)等组成。其中UlOA、UlOB、UllA、015、U3B与U13等构成地平衡电路的相位调节与选通放大；R11、R12、C13等组成地平衡系统直流信号滤波器；W2为地平衡电路的相位调节电位器。ULOC、UlOD、UllB、U3A、Q16与U13等构成金属识别探测的相位调节与选通放大；R13、R14、C14等组成识别系统直流信号滤波器；WI为金属识别电路系统的相位调节电位器。“地平衡”和”识别”通过操作方式开关Kl-2切换；拨至“地平衡”挡时，“地平衡”相位调节电路UIOA、UlOB、Ull工作．C21耦合送来的发射信号进入相位同步选通电路进行相位调节后，由Ull控制U13同步选通探头所检测到的同相位纯金属信号通过（与此通过的假信号被滤波电路滤掉），得到纯金属直流信号通过送人下一级电路进一步处理。在全金属探测过程中，可通过调节W2微调相位来排除地下土壤层的“矿化反应”。“矿化反应”是由构成土壤的各种矿物质对探头发出的电磁波造成的影响，使仪器发出假信号，迷惑操作人员。
操作人员可通过调节W2．利用假信号与纯金属信号存在相位差的关系，同步选通将它们区别分开，使真正金属信号通过，达到排除地面“矿化反应”的影响，使探测头从空间靠近地面时不会发出报警声，只有在遇到金属时才会发出报警信号，从而提高探测深度和精度。当K1-2拨在“识别”挡时，“识别”相位调节电路UlOC.UlOD、Ull、Q16工作，由C23耦合送来的发射信号送入相位同步电路进行相位调节，与前级送来的接收信号进行相位比较等处理后，同步选通同相位纯金属信号通过，经滤波器滤波后得到纯直流金属信号送至下一级电路进一步处理。调节W2可以选择铁质金属和非铁质金属（又称有色金属）信号通过。之所以能识别金属性质，是因为当产生交变电流的`线圈靠近金属物体时，由于线圈周围的交变磁场存在，在金属物体上便会产生感应电流，这种电流常称为涡电流，其数值大小除与交变电流的频率有关外，还跟金属物体的导电率有关。有色金属导电性较好，导电率较大。铁质金属导电性差，导电率较小。导电率越小，涡电流越大，所引起的能量损耗也越大。涡电流所产生的磁场又反作用于原磁场，使探头线圈的原有参数发生变化。
有色金属使原线圈的LC谐振回路谐振频率升高，铁质金属使LC回路的谐振频率降低。这样调节识别电位器W2，可以改变选通电路的相位，让不同性质的金属相位信号通过。
7．采样保持电路又称记忆保持电路。金属探测器为高放大倍数直流放大器，它会受外界信号的干扰或爱温度等因素的影响，使直流放大器产拦漂移而无法正常工作。为此TM88型金属探测器在直流放大器输出和输入端之间加入了一个采样保持电路。它实际为反馈伺服电路。
该电路由U4~U6、Q17(K246)、Q18(K246)等组成。其中U6(CA3140)为伺服反馈电路，它的正输入端接地，负输入端由R24、C17连接至输出端，构成一个反向积分放大器。直流放大器U4(OP07)的输出漂移电压始终由U6自动控制反向调节。U6为手动伺服电路，在探测前，按下记忆按钮K3，Q18导通，则U4的输出端通过R16、R20、Q18迅速加到U6的负输入端，使U6反向调节U4而迅速回归零（保证U4霉输出）。
U5(LM393)与D29、D30等组成自动跟踪伺服电路，无论U4出现正或负漂移，U5始终自动跟踪U6的负输入端，保证U4在无探测时为零输出。
直流电表接在U4输出端，作探测和直流工作状态指示。
8，调谐限幅放大电路。它由U7(OP07)、U8(OP07)、W4、D3、D4等组成。其中U7为放大器，U8为限幅器。前级送来的直流信号经W3（称灵敏度调节器）、R30、R31加到U7的负输入端；W4称临界声调节器，即在使用时，调节W4使仪器刚好发出微弱的声音（这种声音称为临界声）。U7的输出端通过R33加到U8的负输入端．R37、R38分压所得的基准电压加到U8的正输入端。当U7输出电压低于U8正输入端的基准电压时，U8输出端为正，D4载止，对U7正输入端无影响，保证U7能正常放大。如U7输出端输出电压高于U8正输入端基准电压时．U8输出为负，D4导通，使U7正输出端的电位降低，则其输出电压也随之降低，这样达到了限幅作用．保证末级功放不会过载损坏。
9．音频电路。它由Q4(BS170)、Q5(9014)、Q6(D882)等组成。U9内部分频信号分别由(1)、(2)脚输出。经D21、D22、R87构成的与门电路得到占空比为1/4、频率约440Hz的音频方波信号加到场效应管Q4的栅极，对限幅电路送至Q4漏极的直流信号进行调制，经Q5、Q6放大后，送人喇叭发出报警声。
10．该机的供电由两组电源组成。其中12V电源为音频电路和发射电路供电，整个电路装在一块小电路板上（称为小板）；6V电源为信号处理电路供电，整个电路装在一块大电路板上（称为大板）。该机设置两组电压变换电路。一组由Q7(9014)、Q8(9014)、Q9(D882)、B2等组成，将12V电源变换为稳定的13V电源供小板发射电路供电。另一组由Q1(9014)、Q2(9014)、Q3(D882)、Bl等组成，它将6V电源变换为稳定的13V电压，并经U12(OP07)与R67、R68等构成电压跟随器，转换为正负6,5V电源供大板电路供电。
两组电源变换器的启动脉冲由U9内部将振荡信号分频后由(6)脚获得，变换后的电压分别由各自的稳压调节电阻W5、W6调整决定。
发光二极管Dll、D12分别为6V、12V电源电量指示，当各自电压低于一定值时，发光二极管熄灭，表示电量不足，需更换电池。
K4为设定／常规选择开关，当拨在设定时，Q17(K246)导通，采样保持电路的反馈伺服电路反应加快，促使它迅速反向调节U4快速归零，达到快速检测金属位置。使用该挡后，探测深度会受到一定影响。
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