一種金屬探測器用的振蕩器的制造方法
【專利摘要】一種金屬探測器用的振蕩器，該振蕩器的結(jié)構(gòu)包括，一個對電壓信號進行比較的比較電路，一產(chǎn)生基準信號電壓的設(shè)定電路，一將電感信號轉(zhuǎn)換為電壓的轉(zhuǎn)換電路；其特征是，所述的設(shè)定電路在電壓比較器的反相輸入端形成基準電壓uj，所述的轉(zhuǎn)換電路由線圈Lq、電阻R構(gòu)成在電壓比較器的同相輸入端形成按指數(shù)曲線變化的電感信號電壓ur，使振蕩器輸出一方波信號uo，其頻率由電阻R的阻值r和線圈Lq的電感量lh的比值r/lh決定。與現(xiàn)有電感、電容并聯(lián)諧振振蕩器相比，在振蕩頻率、電感量、電感變化量分別相等的條件下，本振蕩器頻率偏移量比現(xiàn)有的振蕩器高出一倍，具有較高的靈敏度；本振蕩器的輸出信號波形為方波，信號幅度穩(wěn)定，抗干擾能力強。
【專利說明】一種金屬探測器用的振蕩器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種振蕩器，該振蕩器用于金屬探測裝置上。
【背景技術(shù)】
[0002]在金屬探測器中通常采用電感、電容并聯(lián)諧振振蕩器作為探測金屬的傳感器，所述的電感、電容并聯(lián)諧振振蕩器的電路類型主要有變壓器反饋正弦波振蕩器、電容反饋正弦波振蕩器等幾種，所述的電感為一線圈，當線圈靠近金屬體時，線圈的電感量會發(fā)生變化,從而使諧振頻率發(fā)生偏移,根據(jù)頻率的變化可探測出金屬體。這種振蕩器的振蕩頻率對電感量變化的靈敏度較低，當電感量變化時產(chǎn)生的頻率偏移量較小，同時該振蕩器產(chǎn)生的頻率信號較弱，抗干擾性能低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提高金屬探測用的振蕩器的靈敏度和抗干擾性能。
[0004]本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是提供一種金屬探測器用的振蕩器，該振蕩器的結(jié)構(gòu)包括，一個對電壓信號進行比較的比較電路，一產(chǎn)生基準信號電壓的設(shè)定電路，一將電感信號轉(zhuǎn)換為電壓的轉(zhuǎn)換電路；所述的比較電路由電壓比較器Al、反相器構(gòu)成，電壓比較器的輸出端與反相器的輸入端連接，反相器的輸出端為本振蕩器的輸出端；其特征是，所述的設(shè)定電路由電阻Rl、R2、RF構(gòu)成，電阻Rl、R2、RF的一端與電壓比較器反相輸入端相連接，電阻R1、R2的另一端分別與電源Vcc、電源地連接，電阻RF的另一端與反相器的輸出端連接；所述的轉(zhuǎn)換電路由線圈Lq、電阻R構(gòu)成，線圈Lq、電阻R的一端與電壓比較器的同相輸入端連接，線圈Lq的另一端與反相器的輸出端連接，電阻R的另一端接電源地；所述的設(shè)定電路在電壓比較器的反相輸入端形成基準電壓Uj，所述的轉(zhuǎn)換電路在電壓比較器的同相輸入端形成按指數(shù)曲線變化的電感信號電壓ur，當電感信號電壓ur小于基準電壓Uj時，反相器的輸出端為高電平Vog，當電感信號電壓大于基準電壓時，反相器的輸出端為低電平Vod,使振蕩器輸出一方波信號uo，方波信號的頻率與電阻R的阻值r和線圈Lq的電感量Ih的比值r/lh成一正比例關(guān)系。
[0005]與現(xiàn)有電感、電容并聯(lián)諧振振蕩器相比，在振蕩頻率、電感量、電感變化量分別相等的條件下，本發(fā)明振蕩器頻率偏移量比現(xiàn)有的振蕩器高出一倍，具有較高的靈敏度；同時本發(fā)明振蕩器的輸出信號波形為方波，與正弦波信號相比信號幅度穩(wěn)定，抗干擾能力強；本發(fā)明振蕩器的線路結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明第一實施例的電路原理圖。
[0007]圖2為本發(fā)明第二實施例的電路原理圖。
[0008]圖3為本發(fā)明的電路工作時的波形圖。
[0009]在圖3中粗實線表不本振蕩器輸出信號uo的波形,細實線表不電感信號電壓ur的波形，虛線表示基準電壓Uj的波形。
【具體實施方式】
[0010]現(xiàn)結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0011 ] 一種金屬探測器用的振蕩器包括，一個對電壓信號進行比較的比較電路，一產(chǎn)生基準信號電壓的設(shè)定電路，一將電感信號轉(zhuǎn)換為電壓的轉(zhuǎn)換電路；所述的比較電路由電壓比較器Al、反相器構(gòu)成，電壓比較器Al的輸出端與反相器的輸入端連接，反相器的輸出端為本振蕩器的輸出端；其特征是，所述的設(shè)定電路由電阻R1、R2、RF構(gòu)成，電阻R1、R2、RF的一端與電壓比較器Al的反相輸入端相連接，電阻R1、R2的另一端分別與電源Vcc、電源地連接，電阻RF的另一端與反相器的輸出端連接；所述的轉(zhuǎn)換電路由線圈Lq、電阻R構(gòu)成，線圈Lq、電阻R的一端與電壓比較器的同相輸入端連接，線圈Lq的另一端與反相器的輸出端連接，電阻R的另一端接電源地；所述的設(shè)定電路向電壓比較器的反相輸入端輸入基準電壓uj，所述的轉(zhuǎn)換電路向電壓比較器的同相輸入端輸入按指數(shù)曲線變化的電感信號電壓ur，當電感信號電壓ur小于基準電壓Uj時，反相器的輸出端為高電平Vog，當電感信號電壓大于基準電壓時，反相器的輸出端為低電平Vod,使振蕩器輸出一方波信號uo,方波信號的頻率f與電阻R的阻值r和線圈Lq的電感量Ih的比值r/lh成一正比例關(guān)系，即:
f = kXr/lh，f為頻率，k為一設(shè)定系數(shù)，與基準電壓uj的高、低電平的差值大小有關(guān)。
[0012]圖1所示的第一實施例中，所述的電壓比較器Al為一運算放大器集成電路或電壓比較器集成電路，在本實施例中，選用運算放大器集成電路，其型號為0P07，所述的反相器為一反相器集成電路A2其型號為CD4069，反相器集成電路A2的輸入端與電壓比較器Al的輸出端連接，反相器集成電路A2的輸出端為振蕩器的輸出端。
[0013]圖2所示的第二實施例中，所述的電壓比較器Al為一雙電壓比較器集成電路(其型號為LM339)中的第一電壓比較器，電壓比較器Al的輸出端通過電阻R5連接到電源Vcc，所述的反相器由雙電壓比較器集成電路的中的第二電壓比較器A3、電阻R3、R4、R6構(gòu)成，第二電壓比較器A3的反相輸入端與第一電壓比較器Al的輸出端連接，電阻R3、R4的一端接第二電壓比較器的同相輸入端，電阻R3、R4的另一端分別接電源Vcc、電源地，第二電壓比較器A3的輸出端通過電阻R6連接到電源Vcc。電阻R3、R4為第二電壓比較器A3的同相輸入端提供一偏置電壓，該偏置電壓略大于反相器輸出的低電平電壓。在第二實施例中反相器由電壓比較器構(gòu)成可進一步提高振蕩器的輸出信號的穩(wěn)定性和帶負載能力。
[0014]所述的電源Vcc為輸出電壓+5V的穩(wěn)壓電源，為振蕩器提供工作電源。
[0015]現(xiàn)參照圖3的波形圖說明本振蕩器的工作原理:
在時間軸上的TO段:當上電瞬間，線圈中的電流不能突變?yōu)?，電阻R中無電流，電感信號電壓ur為0，基準電壓uj大于電感信號電壓ur，反相器的輸出端為高電平Vog，通過電阻RF的反饋使基準電壓uj進一步抬高，基準電壓uj的值為2/3 Vog，隨后線圈中的電流上升，電感信號電壓ur也成正比例的上升,上升規(guī)律如式I所不:ur = Vog X (I — e_t/ τ ) (I)
式I中，Vog —振蕩器輸出的高電平；t 一電感信號電壓ur變化的時間；τ 一時間常數(shù)；T=Ih / r，Ih為線圈的電感量，r為電阻R的阻值。
[0016]在時間軸上的Tl段:當電感信號電壓ur大于基準電壓Uj時，反相器的輸出端為低電平Vod，通過電阻RF的反饋使基準電壓uj被拉低，基準電壓uj的值降為1/3 Vog，隨后線圈中的電流下降，電感信號電壓ur也成正比例的下降，由于低電平Vod的幅值很小可視為0，因此電感信號電壓ur下降規(guī)律可用式2表示:ur = 2/3 Vog X (e_t/τ ) (2)
式2中，2/3Vog為基準電壓uj的高電平。
[0017]在時間軸上的T2段:當電感信號電壓ur小于基準電壓uj時，反相器的輸出端又為高電平Vog，通過電阻RF的反饋使基準電壓uj抬高，基準電壓uj的值為2/3 Vog，電感信號電壓ur上升，上升規(guī)律用式3表示:
ur = (Vog — l/3Vog) X (I — e_t/τ ) + l/3Vog (3)
式3中，l/3Vog為基準電壓uj的低電平。
[0018]在時間軸上的T3段，波形變化情況與時間軸上的Tl段相同，在時間軸上的T4段，波形變化情況與時間軸上的T2段相同,如此類推,可知振蕩器輸出信號uo為一方波脈沖信號。
[0019]本振蕩器的方波脈沖信號的頻率f與電阻R的阻值r和線圈Lq的電感量Ih的比值r/lh成一正比例關(guān)系，SP:
f = kXr/lh, k為一設(shè)定系數(shù)，與基準電壓uj的變化差值大小有關(guān)，變化差值越大振蕩頻率越低；通過選擇電阻R1、R2、RF的阻值可設(shè)定基準電壓uj的高電平和低電平。本振蕩器輸出高電平Vog的幅值為4.5V，當電阻R1、R2、RF的阻值相等時，基準電壓uj的高電平、低電平分別被設(shè)定為反相器輸出高電平Vog的2/3和1/3，設(shè)定系數(shù)k為0.72 ;電阻R的阻值r取560 Ω，線圈Lq的電.感量Ih取15mH，本振蕩器的振蕩頻率為27kHZ。為方便振蕩器的頻率的設(shè)定調(diào)整，所述的電阻RF的阻值設(shè)為可調(diào)。所述的線圈Lq用線徑0.49mm漆包線繞成直徑30cm的線圈，圈數(shù)150阻。
[0020]現(xiàn)有的金屬探測裝置中的振蕩器為電感、電容并聯(lián)諧振的LC振蕩器，其振蕩頻率H’的表達式為:
H，= I / [2JI (lh/ X C) 1/2](4)
式4中l(wèi)hl’為LC振蕩器的線圈電感量，C為電容的電容量。
[0021]當LC振蕩器線圈靠近金屬時其電感量增加，電感增量為Alh’，這時電感量為Ih2’，Ih2’ = lhl’+Mh’，LC振蕩器的振蕩頻率f2’為:
f2，= I / [2ji (lh2> X C) 1/2](5)
其頻率偏移比為:
Af，/ f2，= (f2，一 fl，)/ f2，
=1- (1+ Δ V / Ihl，)1/2
=I — (1+ 0.5Δ V / Ihl，)
=-0.5Δ V / Ih/(6)
式6是在比值(Alh’/ Ihl ’)蘭I的情況下(通常Λ lh’小于Ihl ’)得出的近似表達值，根據(jù)式6可得出現(xiàn)有振蕩器的頻率偏移量為:
Af，= - 0.5 f2，Λ V / lhl’(7)。
[0022]本發(fā)明振蕩器的振蕩頻率fl的表達式為: fI = k r / Ihl(8)式8中，k為一設(shè)定系數(shù)與基準電壓uj的變化差值大小有關(guān)，r為電阻R的阻值，Ihl為線圈Lq的電感量，設(shè)定系數(shù)k和電阻R均為常數(shù)。
[0023]當線圈Lq靠近金屬時其電感量增加，電感增量為Alh,這時電感量為Ih2, Ih2 =Ihl+Λ lh，本發(fā)明振蕩器的振蕩頻率f2的表達式為:
f2 = k r / Ih2(9)
其頻率偏移量為:
Af = f2 - fl
=(k r / Ih2) - (k r / lhl)
=k r [I/ (1ω+Δ Ih ) -1/ Ihl]
=-[k r / (1ω+Δ Ih )] Δ Ih / Ihl (10)
對式10進行整理，可得:
Af = - f 2 Δ Ih / Ihl(11)。
[0024]在振蕩頻率(f 2、f2’)、電感量(Ihl、Ihl ’)、電感變化量(Δ lh、Δ lh’ )分別相等的條件下，將式7和式11進行對比，可知本發(fā)明振蕩器的頻率偏移量Af要比現(xiàn)有技術(shù)的振蕩器頻率偏移量Λ f’高出一倍。需要說明的是式7中的 系數(shù)“0.5”是在比值Λ lh’/ Ihl ’趨向于O的情況下導(dǎo)出的，如果比值Λ lh’/ Ihl ’增大的話，式7中的系數(shù)要小于0.5。因此本發(fā)明的振蕩器與現(xiàn)有技術(shù)的振蕩器相比具有較高的靈敏度。
[0025]本振蕩器可與一頻率計配套使用，由于本振蕩器的輸出信號為方波脈沖，因此無需對該輸出信號進行放大、整形，可直接接頻率計的輸入端。由于本振蕩器具有較高的靈敏度，其探測范圍較大，當振蕩器的線圈遠離金屬體時，頻率計顯示頻率Π，在4平方米的范圍內(nèi)，當振蕩器的線圈向金屬體靠近時，頻率計檢測到的頻率f2會發(fā)生漸變，可對金屬體進行定位。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬探測器用的振蕩器，它包括一個對電壓信號進行比較的比較電路，一產(chǎn)生基準信號電壓的設(shè)定電路，一將電感信號轉(zhuǎn)換為電壓的轉(zhuǎn)換電路；所述的比較電路由電壓比較器Al、反相器構(gòu)成，電壓比較器的輸出端與反相器的輸入端連接，反相器的輸出端為本振蕩器的輸出端；其特征是，所述的設(shè)定電路由電阻R1、R2、RF構(gòu)成，電阻R1、R2、RF的一端與電壓比較器反相輸入端相連接，電阻Rl、R2的另一端分別與電源Vcc、電源地連接，電阻RF的另一端與反相器的輸出端連接；所述的轉(zhuǎn)換電路由線圈U、電阻R構(gòu)成，線圈Lq、電阻R的一端與電壓比較器的同相輸入端連接，線圈Lq的另一端與反相器的輸出端連接，電阻R的另一端接電源地；所述的設(shè)定電路向電壓比較器的反相輸入端輸入基準電壓uj，所述的轉(zhuǎn)換電路向電壓比較器的同相輸入端輸入按指數(shù)曲線變化的電感信號電壓ur，當電感信號電壓ur小于基準電壓Uj時，反相器的輸出端為高電平Vog，當電感信號電壓大于基準電壓時，反相器的輸出端為低電平Vod,使振蕩器輸出一方波信號uo,方波信號的頻率與電阻R的阻值r和線圈Lq的電感量Ih的比值r/lh成一正比例關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬探測器用的振蕩器，其特征是，所述的電壓比較器Al為一運算放大器集成電路，所述的反相器為一反相器集成電路A2，反相器集成電路A2的輸入端與電壓比較器Al的輸出端連接，反相器集成電路A2的輸出端為振蕩器的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬探測器用的振蕩器，其特征是，所述的電壓比較器Al為一雙電壓比較器集成電路中的第一電壓比較器，電壓比較器Al的輸出端通過電阻R5連接到電源Vcc，所述的反相器由雙電壓比較器集成電路的中的第二電壓比較器A3、電阻R3、R4、R6構(gòu)成，第二電壓比較器A3的反相輸入端與電壓比較器Al的輸出端連接，電阻R3、R4的一端接第二電壓比較器A3的同相輸入端，電阻R3、R4的另一端分別接電源Vcc、電源地，第二電壓比較器A3的輸出端通過電阻R6連接到電源Vcc。
【文檔編號】H03B5/20GK103427764SQ201310381504
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】高玉琴 申請人:高玉琴