说到金属探测器,你可能首先想到的是下面的样子。
或者下面这个样子。
温馨提示:
世界上第一台金属探测器诞生于1931年,由费舍尔博士(GerhardR.Fisher)在美国加利福尼亚州帕罗奥图的费舍尔实验室中发明,被命名为Metalloscope(简称M-Scope),并获得专利。1924年,金属探测器的雏形被制造完成,并且于1927年制造出改进型产品。
金属探测器是利用电磁的特性来完成探测工作的。
如上图,金属探测器通过线圈建立磁场,并通过磁场探测到地下的物体,同时,探测器中的另一个线圈会接收“反射”回来的电磁信号,并通过扬声器或者耳机发出频率稳定或者不稳定的响声。
当探测器扫过地面,磁场靠近金属物体的时候,响声就会发生变化。当你听到这种变化时,就说明此时地下有金属物体,线圈越大,探测器也就越灵敏。
这是因为,流经发射线圈的电流会产生一个电磁场,就如同电动机也会产生电磁场一样的道理。磁场的极性将垂直于线圈所在的平面。每当电流改变方向,磁场的极性都会随之改变。这就意味着,如果线圈平行于地面,那么磁场的方向会不断地交替变化,一会儿垂直于地面向下,一会儿又垂直于地面向上。随着磁场方向在地下的反复变化,它会与所遇的任何导体目标物发生磁场的作用,导致目标物自身也会产生微弱的电场继而产生磁场,而且需要知道的是,目标物磁场的极性同发射线圈磁场的极性恰好相反。如果发射线圈产生的磁场方向垂直地面向下,则目标物磁场就垂直于地面向上。接收线圈需要能够屏蔽发射线圈产生的磁场。但它不会屏蔽从地下目标物传来的磁场。这样一来,当接收线圈位于正在发射磁场的目标物上方时,线圈上就会产生一个微弱的电流。接收线圈会放大这一频率并将其传送到金属探测器的控制台,控制台上的元件继而对这一信号加以分析,于是,我们就知道地下是不是存在金属物品了。
最常见的三种金属探测器:
I、甚低频(VLF)探测器:这是市面上最常见的一种探测器,能够在各种地形上检测出几种不同类型的金属。由于大多数金属具有不同的电导值和电阻值,VLF金属探测器可利用一对称为相位解调器的电子线路测出相移量,并将实测数据同某一种类的金属相移均值进行比较。然后探测器就会以听觉或视觉信号的形式,将目标物可能所处的金属类型范围告知探测者。
III、差拍振荡器(BFO):这种探测器能够检测到磁场范围内的任何金属和矿物,这是一种最基本的金属探测器,适合于新手。由于BFO系统较为简单,因而其生产成本和销售价格都很低。不过这种探测器的控制能力和精确度都难以达到VLF或PI系统的水准。
另外,使用日常使用的计算器和收音机也是可以自制简易金属探测器的,这种探测器能够检测到距离比较近的金属,制作简单,虽然外观上没有前几种显得高大上,但还是可以正常检测出距离比较近的金属物品的,我们会在下文继续说明这种简易金属探测器的制作细节。
对于大多数的金属探测器,主要的功能部件其实是大同小异的,主要包括以下三项内容:
I、控制台:其中包括控制及检测电路、扬声器、电池以及微处理器等,就是上图里手柄位置的小盒子。
II、连接杆:连接杆连接控制箱和线圈,长度要根据自己的身高来确定,DIY的话,材料选择比较自由。
III、探查线圈:探查线圈就是真正用来感知金属的部件,也可以叫做“探头”、“线圈”或“天线”,是决定探测器灵敏度的一个重要部件。
这里我们选择自制线圈和收音机来完成这台简易金属探测器的DIY制作。
首先需要回顾一下甚低频金属探测器的基本工作原理和主要部件,然后再开始我们的DIY。
I、首先绕制探测线圈:
这台金属探测器的探测线圈分为两部分,各自起到发射和接收信号的作用。
发射线圈:即探测线圈的外环线圈。设备沿导线交替变换方向发出电信号,每秒钟变换数千次。每秒钟电流方向变换的次数就形成了探测器的探测频率。
接收线圈:即探测线圈的内环线圈,由另一组导线绕成的线圈组成。这一线圈能起到天线接收的作用,用来收集并放大地下目标物发出或者“反射”的电磁波,如此时探测范围内存在金属物品,则控制台扬声器的频率将随着改变。
在外环线圈上绕10~50圈0.25毫米线径的漆包铜线,内环线圈也如此,当然,如果你手头恰巧没有0.25mm线径的漆包线,也完全可以使用其他线径型号的漆包线。
另外,在完成探测线圈的制作后,需要注意保护绕制好的线圈,使用PVC外壳或者其他方式进行外壳的保护安装。至此,这台金属探测器的探测线圈就做好了。
II、控制台DIY:
最最简单的做法,是使用AM收音机“充当”这台金属探测器的控制台和信号发生器。
之所以使用AM收音机,是因为其特有的电路性质,大家都知道,AM收音机相比较于FM收音机,会多出一个带有磁棒的天线,我们要用到的也正是AM收音机的天线,在这台金属探测器的DIY中,我们可以将上一步中制作好的探测线圈连接到AM收音机的天线上,这样,一旦探测线圈探测到金属物品,AM收音机便会发出频率不一的声音,从而快速判断我们是不是找到了“宝贝”。
注意:应将AM收音机的收音频率调整到最高,这样效果是最好的。另外,如果希望听到更细微的变化效果,请使用耳机收听反馈信号,这样,地下很小的变化都是可以正常听到的。
III、安装连接杆
这一步没什么好说的,只要根据你的手臂长度和最佳的舒适度安装好连接杆,然后将控制台(也就是上面说的那台收音机)安装在手柄位置就可以了。
至此,一台简易的甚低频金属探测器就算是制作完成了。
这种探测器就是直接用计算器和收音机制作而成的,说实话,它的外形确实是一般般,但是同样能探测到金属物品的存在。
DIY方法如下:
I、将收音机的AM频率设到最高。注意不要调到有节目的频道,并且能够清楚地听到平稳的响声。
II、打开计算器。将计算器和收音机背对背,调整好距离和角度,直到能够听到低沉、平稳的响声为止。
III、调整好位置以后用胶带固定,然后就可以安装连接杆了。
下面看看国外D友的作品,有请视频君!
I、基于555芯片的简易金属探测器电路①
II、基于555芯片的简易金属探测器电路②
最后再附上一则视频,看看国外厂家如何生产我们在地铁安检时常见的探测器,看看国外在金属探测器的生产过程中有哪些新鲜的东西。