金属探测仪原理.docx

§§§§§§金属探测仪原理本金属探测器有较高的灵敏度，用它探测大块金属时，探测碟距金属物体 20cm 扬声器就会发出声音，小到曲别针，甚至一枚大头针都能检测到，只是探 测碟线圈必须紧靠细小金属物体由于金属探测器利用振荡线圈的电磁感应来探 测金属物体，可以透过非金属物体，比如纸张、木材、塑料、砖石、土壤、甚至 水层，探测到被遮盖的的金属物体，因此具有实用性，比如在装修房屋时，用它 探测到墙内的电线或钢筋，以免造成施工危险和安全隐患；又如安检用的金属探 测器就是根据这个原理制成的金属探测器是一种专门用来探测金属的仪器，除了用于探测有金属外壳或金属部 件的地雷之外，还可以用来探测隐蔽在墙壁内的电线、埋在地下的水管和电缆， 甚至能够地下探宝，发现埋藏在地下的金属物体金属探测器还可以作为开展青 少年国防教育和科普活动的用具，当然也不失为是一种有趣的娱乐玩具工作原理 由金属探测器的电路框图可以看出，本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电源电路框團检测器功率 放大赫高頻振荡器掘荡器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LI、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 的放大能力也就越低，甚至于使电路停振 RP1 为振荡器增益的粗调电 位器， RP2 为细调电位器振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 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n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■ ■ ■ ■——,三”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 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 C6 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 调试与使用方法 金属探测器电路除了灵敏度调节电位器外，没有调整部分，只要焊接无 误，电路就能正常工作整机在静态，也就是扬声器不发声时，总电流约为 10mA， 探测到金属扬声器发出声音时，整机电流上升到20mA一个新的积层电池可以 工作20〜30小时新焊接的金属探测器如果不能正常工作，首先要检查电路板上各元器件、接 线焊接是否有误，再测量电池电压及供电回路是否正常，稳压二极管 VD1 稳定电 压 5.5〜6.5V 之间， VD2 极性不要焊反探测碟内振荡线圈初次级及首尾端不要 焊错金属探测器使用前，需要调整探测杆的长度，只要将黑胶通旋松，推拉胶通 套管至适宜的长度，再旋转胶内通管，使电缆线绕紧，并使手柄尖端朝上，最后 将黑胶通旋紧，锁住胶通套管这样，手握探测器手柄时，大拇指正好紧挨灵敏 度调节电位器。

调整金属探测器灵敏度时，探测碟（振荡线圈）要远离金属，包括带铝 箔的纸张，然后旋转灵敏度细调电位器旋钮（FINE TUNING ）打开电源开关，并 旋转到一半的位置，再调节粗调电位器旋钮（TUNING），使扬声器音频叫声停止， 最后再微调细调电位器，使扬声器叫声刚好停止，这时金属探测器的灵敏度最高 用金属探测器探测金属时，只要探测碟靠近任何金属，扬声器便会发出声音，远 离到一定位置叫声自动停止瞬变电磁仪简介前 言西安强源物探研究所于1988年研制出第一代TEM设备“LC型电法勘探系 统”以来，到现在已连续研制成第六代设备电磁勘探仪”供电电流由 LC 仪的 200 安培提高到 3 型的 2000 安培，勘探深度由最初约 400 米提高到目前的约 2000 米仪器的不断改进，使其功能可以解决国家提出 的“危机矿山接替资源找矿”以及“攻深探盲”等重大地质任务特别是采用“标定系数”解释手段，可以排除正. 反演公式中的（分离回线正确）错误部分,使得一维反演方法得以应用一、 特点 1. 超强场源：我国著名的 地球物理学家，原北京地质学院电法教授付良魁老师在 1956 年讲授电法专业课时指出：“人工电法勘探要 想取得好的地质效果，“最笨”的但也是最好的办法就是增强供电场源”。

目前野外的工业电流干扰极大，其 信噪比是 50 年代的几十或几百分之一，所以就必须增加几十到几百倍的场源功率，用以压制这种强大的干 扰否则二次衰减曲线能用于解释的延时长度只有2到3毫秒，这样解释出的勘探深度太浅EMRS-3型 仪由于供电电流高达 2000 安培，故在一般地层上 V2 曲线延时可达 32 毫秒，这就大大的增加了勘探深度 当信噪比很小时，采用多次叠加平均的办法，虽然可使曲线的光滑度得到改善，但是噪声电平在响应值中 占的“权”仍然很大，所以有时将异常平均掉了，或平均出了假异常，这在误差理论中已有论述 30 年前， 前苏联和美国都用过 1000 安培的大型发电机，同时也用过 5 米边长的小线框，并取得一定的地质效果 那个年代增加供电功率和增加供电设备的体积重量成正比例如当时 2000 安培发电设备需两辆大型汽车 拖动，而 EMRS-3 型仪采用特殊技术，将所有的供电与测量设备装在一支箱内，勘探人员可以携带仪器在 地形恶劣的山区进行勘探工作，这个科研成果便是我所的“专利”超强场源的响应值，不仅可以用电阻率 来“分层定厚”，同时还可以看到与地质结构有关的信息，这个响应值AV/I在弱场源时都认为是常数，而当 电流I大过100安培时，则AV/I不是常数，例如，金属矿的异常'衬度”随电流I的增加而增加，这对深矿、 小矿的勘探非常有利。

2、 装置轻便：建所前在书刊文献中就看到过多种测量装置（包括电偶极），但这 些资料无法对比，也就无法选择理想的装置建所以后，为了选择最佳类型的装置与我所研制的仪器相配 套，曾进行过很长时间的野外装置对比试验内容有：重叠回线，中心回线，中心探头（磁芯探头），分 离回线（接收有线圈与探头之分）等电偶极的装置缺点很多，故未进行试验 1） 分离回线装置的场源 利用率太低，试验结果供圈圈边与接收圈边离开不远，有用信号弱的无法检测，故不能采用 2） 中心回 线与中心探头和很小的重叠回线（例1.5m*1.5m ）的异常响应向晚期偏移，这很不利，因为晚期的信噪比 越来越小，测量精度越来越低，故也不选用3）重叠回线我所试验过十多种，由2Km*2km—1.5m*1.5m 最后我们根据曲线形态和异常“衬度”及操作轻便等条件，最终选择了 3m*3m 的重叠回线供电回线越大， 则中心场强越小，则 V2 响应就小，同时横向分辨率越低，加之装置的自感 L 和互感 M 都大，使 V2 曲线 产生畸变著名美国TEM专家B.R.Spies在《导电覆盖区时间域电磁观测的解释与设计》一文中写。