脉冲金属探测器DIY线圈设计

脉冲金属探测器其线圈的设计

有很多电路，出现在互联网上的脉冲感应金属探测器。虽然它们用不同的方式去对信号进行处理，产生磁场脉冲的电子元件，这些电子器件基本上是相同的。它的主要部分，是产生磁脉冲的线圈。

线圈的大小主要取决于所需的探测深度和被检测的物体的最小尺寸。一般来讲，可以这样说，理论上的最大探测深度的线圈直径的5倍，和线圈检测到的物体的最小尺寸的直径的百分之五。这是最大的价值和严重依赖的情况。这是显而易见的，你一个一米线圈你不可能检测到5厘米的物体在5米深。但是，你需要一个什么类型的线圈，这是一个具体的问题。很多人会用金属探测器搜索钱币和珠宝。对于这些情况，一个25厘米或40厘米的线圈就可以了。在我的使用情况，是我需要在一个两米的深度定位一个20厘米的铁盖或者装满金属的瓷器。这就是我为什么要去做一个1米的线圈。虽然线圈的物理尺寸和形状可能会发生变化（正方形或椭圆形的线圈用于在特定的情况下，工作一样但最好为圆形的），只略有不同的电感线圈之间的不同的物理设计。普遍使用的最佳脉冲感应金属探测器搜索线圈电感的范围是在300至500μH。在这个设计中，我将假定所使用的线圈是400μH。对于更小的线圈，就意味着需要绕更多的圈数。

线圈是由常用的电池供电。由于模拟电路进行放大的小涡流拿起后的磁脉冲信号已经停止时，±10伏或±12伏的双电源是最实用的。将只收取与一个，两个电源的两侧，这给出了一个非对称的电池放电，如果我们使用两个单独的电池组为电源的正和负侧的线圈。因此，我们将仅使用一个电池组10或12伏，并生成与一个DC/DC转换器的电源的另外一半电源。虽然这样做是用在商品化的金属检测器电路，但这样并不是十分理想。主要的问题是，所产生的DC/DC转换器的电压是有纹波的，这种纹波正与探测器器特别是在高频率时，这可能会产生一些不必要的耦合。我们将这个问题归纳到电源上，现在只能假设我们的线圈之间的任何电压是12伏（根据实际选择的电池组，充电电池等充电。）

当电压通过一个高速双极晶体管或MOSFET，该电压被施加到线圈，在线圈中的电流将逐渐增加，直到它被充电晶体管和其他元件与线圈电阻线的内部电阻限制，如果脉冲的时间越长，磁场越高。这具有的优点和缺点。更强的磁场能穿透更深的土壤。但是，如果选择的时间过厂，比如说350μs，你可能会过度饱和的地面，无法找到小物件，产生背景噪音。因此，我们有250μsec左右的值，以限制最大的充电时间，电路电阻应该足够低，以便在该期间内的足够的电流在线圈中产生。电流是由线圈与MOSFET中到负电源中的总电阻值确定。但在选择的时候要考虑它的安全系数去选择线圈最大的阻值。许多脉冲感应金属探测器中使用的功率晶体管和MOSFET至少有5至8安培的最大连续电流。如果我们制作的线圈，是按照这样一种方式，它有一个至少为2的欧姆电阻，将整个线圈和回路的最大电流将永远不会超过最大的电池组和电池满载7.5安培。2欧姆线圈电阻与电路电阻之和总共3欧姆用12伏的电压，流过线圈的瞬间电流将达到约4安培的250μsec上面提到的，一个配合严密的脉冲感应金属探测器，对地下大深度寻找宝藏是绰绰有余。

现在，我们已经定义了线圈的电感和电阻，但是线圈在这没有说太多的物理设计，如果我们不知道尺寸。在下面的表格中，我总结了线圈的大小，线径，圈数和一些常见的线圈尺寸。在任何各种参数下，我尽可能接近上述的电感和电阻值。这将减少电荷脉冲长度和放电电阻值时，改变线圈的问题。

在此表中的值是理论值，由线圈的物理外形决定。尤其是电感量可以由线与线之间的距离变化，即使是电感量有不同的变化。即使电感不同，这里提到的值的10％或20％，线圈都能正常运作，圆形线圈选用漆包铜线。线径0.4到0.5mm是常见的厚度，在每个城市的角落都可以买得到，如果方形线框要用电缆的话，可以用8*0.4或者8*0.5线径的电缆，但一定要购买没有屏蔽的。

线圈的放电曲线图可以被分为三个部分。

大多数脉冲金属探测器使用MOSFET，通过线圈的电流脉冲来调节。我们的设计也将采用MOSFETFOT这个任务。如果MOSFET被关闭时，电流由线圈中并联的电阻中的产生回路，该回路应与线圈的电感密切匹配的。对于理想的阻尼的400μH线圈，使用约680欧姆的电阻器。300μH的电感线圈应并联一个600欧姆的电阻。如果我们加在线圈中的电流达到2安培的，与一个680欧姆的放电电阻器的电压将达到峰值到1360伏。不是一般的功率元件能够处理此电压，特别是功率MOSFET的用于驱动搜索线圈的击穿电压要选择在300和750伏之间，根据功率元件的品牌和型号的。这意味着，在第一阶段期间的线圈放电，在线圈上的电压将被限制到大约500伏特，通过并联电阻中流过的电流的一部分，和它的一部分，通过驱动功率MOSFET。这是不太理想的，因为更高的放电电压意味着更快的磁场切换，但我们应该庆幸的，这MOSFET的动作其实是防止其他部件被损坏。

脉冲的时间停留在第1阶段的放电曲线的量依赖于流经线圈的电流的放电开始时，击穿电压的MOSFET和线圈，布线和并联电阻器的电阻的总和。假设在循环中的主电阻体由并联电阻引起，我们可以用下列公式计算的长度的第一阶段：

TS1=L线圈*（I的线圈-Vbrk_down/R潮湿）/Vbrk_down

显然，这个公式是唯一有效的，当我线圈》Vbrk_down/R潮湿的，因为否则的第一阶段从来没有进入理想的曲线直接进入第二阶段的。具有400μH的线圈，680欧姆的阻尼电阻器，一个初始2安培和MOSFET的击穿电压为500伏的线圈电流在我们的例子中，该第一阶段的放电曲线将持续一微秒。

一旦由电流在线圈中感应的电压已达到以下的值的MOSFET的击穿电压时，电流将指数衰减到零。可以改变这种衰变的电流回路中的总电阻和线圈中的磁场的物理性质。的磁力线在到达金属可以改变的衰减曲线的第二个阶段，但也存在一些问题检测到它们。首先是非常高的电压。当线圈电压下降到低于MOSFET的击穿电压时，第2阶段进入（某处大约500伏），并结束的电压被降低到足以被拾起，常见的模拟电路（通常是0.5或1伏左右）。这个阶段也是非常短的，这使得它难以执行可靠的测量，这给任有关下列内容的信息的存在，或在到达的磁场的金属

大多数脉冲感应金属探测器，因此就跳过第二个阶段，并等待开始检测和歧视周期的第三阶段。基于DSP的检测器是不同的，因为它会自动侦测的准确时刻时的放电曲线，从第2阶段到第三阶段。

常见的脉冲感应金属探测器，信号处理电路，阻尼电阻器有两个平行的定位二极管串联。这些二极管充当拉一侧的电阻两侧之一的电源侧的电压限制器。这是作用的信号在模拟处理的虚拟接地的电源侧。只要线圈电压大于0，7伏，这些二极管需要打开，二极管上的电压实际上是固定的。一旦线圈电压下降到低于此值，二极管靠近和测得的电压在线圈的实际剩余电压。

在我们的例子线圈，第2阶段将持续大约3.9μsec，直到线圈中的电流已经降到足够拉这个魔法值0.7伏以下的电压。此较少的装置的放电曲线的第二阶段，和持久的涡流可以被检测的最后阶段开始结束。如果金属是在磁场的范围内，进入第三阶段的时刻，将转移。有色金属将导致线圈的电感增加，实际上导致延迟的过渡点。将导致第三阶段，将前面输入的非铁金属。我没有解释的过渡点的精确测量，我们需要一个又好又快的模拟测量系统和快速的CPU计算周期。这是我们的数字信号处理器。

在最后的阶段，被阻塞的润湿电阻由两个系列二极管，电流进一步在辅助电阻器在电路衰减。现在中流动的电流，该电流的初始线圈电流的残余，并且金属在附近的涡流所引起的电流。这是历史的阶段，模拟和微控制器为基础的脉冲感应金属探测器的信号分析。在此区域中的信号的分析是困难的原因有两个。首先，信号电平非常低，这就需要有一个放大的100?1000倍，以获得一些信息。这也将放大的信号中的噪声。第二个问题是，在主区域用于识别是在约第一个30微秒的衰变。忽略了第一部分的衰减曲线设计，正确识别金属种类将是非常困难的。

模拟脉冲感应金属探测器和基本的基于微控制器的版本甚至更进一步去不看着的信号形状本身，但它在一个积分电容器平均，和使用该电容的端电压，以确定如果已检测到金属。这会减少很多的噪音的高增益放大级，但整合的信号，将删除所有金属的具体信息。这就是为什么常见的脉冲感应金属探测器是如此糟糕的歧视。他们首先把几乎所有的信息远，总和还剩下什么，然后说：“嘿，我有可能检测到的东西，但不要问我如何和何时”。

在我们的检测电子设备的输入侧的一个可能的曲线图可以看出，在接下来的图像。红色曲线是没有目标目前的放电曲线，两条曲线的差异，当一个目标是在磁场的覆盖范围。