简单的金属探测器电路

简单的金属探测器电路

Simple Metal Detector Circuit Diagram using 555 Timer IC (circuitdigest.com)

Simple Metal Detector Project using 555 Timer IC

You can find a metal detector at airports, theaters and various other public places. They are used for the safety of people to detect anyone carrying a metal (Arms etc). In this project we are going to design a simple metal detector circuit. There are so many metal detector designs but most of them are complex in design so here we are going to design a simple metal detector circuit using 555 Timer IC.

Before going further we need to understand concept of inductor and RLC circuits. Let us first talk about inductors. Inductors are nothing but coils of enameled copper wire comes in different shapes and sizes. Based on various parameters the inductance of an inductor is calculated. In all of those parameters we are basically interested in core on the inductor as depending on the core, inductance value changes drastically.

In the figure below you can see the air cored inductors, In these inductors there will be no solid core. They are basically coils left in air. The medium of flow of magnetic field generated by inductor is nothing or air. These inductors have inductances of very less value.

您可以在机场、剧院和其他各种公共场所找到金属探测器。 它们用于探测携带金属（武器等）的人员，以保障人们的安全。在本项目中，我们将设计一个简单的金属探测器电路。 金属探测器的设计有很多，但大多数设计都很复杂，因此在这里我们将使用 555 定时器 IC 设计一个简单的金属探测器电路。 在进一步设计之前，我们需要了解电感器和 RLC 电路的概念。 让我们先来谈谈电感器。 电感器只是漆包铜线的线圈，有不同的形状和尺寸。 电感器的电感值是根据各种参数计算出来的。 在所有这些参数中，我们最感兴趣的是电感器的磁芯，因为磁芯的不同，电感值也会发生很大变化。 在下图中，您可以看到空芯电感器，在这些电感器中没有实心磁芯。 它们基本上是留在空气中的线圈。 电感器产生的磁场流动介质是空气。 这些电感器的电感值非常小。

These inductors are used when the need for values of few micro Henry. For values greater than few milli these are not a suitable one. In below figure you can see a inductors of ferrite core ,

这些电感器用于需要几微亨利值的场合。 如果数值超过几毫亨利，则不适合使用这些电感器。下图是铁氧体磁芯电感器、

When inductor coil is wound on a core may be ferrite or an iron core, the inductance of the coil increases enormously. This value is much more than the air cored one of the same size and shape.

Now for a RLC circuit as shown in figure, the reactance or impedance between terminals “a” and “c” depends on the values of L and C if the applied signal frequency is constant.

当电感线圈绕在铁氧体或铁芯上时，线圈的电感量会大大增加。 对于如图所示的 RLC 电路，如果外加信号频率恒定，则端子 "a "和 "c "之间的电抗或阻抗取决于 L 和 C 的值。

So if the inductance value changes the value of reactance or impedance changes. How these two concepts are used together for a metal detector circuit, is explained in working section of this project.

因此，如果电感值发生变化，电抗或阻抗值也会发生变化。 本项目的工作部分将解释如何在金属探测器电路中结合使用这两个概念。

Metal Detector Circuit Components

• +9 supply voltage
• 555 IC
• 47KΩ resistor
• 2.2µF capacitor (2 pieces)
• Speaker (8Ω)
• 170Turns of 10cm diameter coil (any gauge would work)

Metal Detector Circuit Diagram and Working

The figure shows the circuit diagram of metal detector. The 555 IC timer here acts as a square wave generator and it generate pulses with frequencies audible to human. The capacitor between pin2 and pin1 should not be changed as it is need to generate audible frequencies.

In the circuit there is an RLC circuit formed by 47K resistor, 2.2µF capacitor, and 150turn inductor. This RLC circuit is the metal detection part. Now as mentioned earlier in previous section, a metal core inductor has a high inductance value over a air cored one.

Remember the coil wound here is a air cored one, so when a metal piece is brought near the coil, the metal piece acts as a core for the air cored inductor. By this metal acting as a core, the inductance of the coil changes or increases considerably. With this sudden increase in inductance of coil the overall reactance or impedance of the RLC circuit changes by a considerable amount when compared without the metal piece.

图中显示了金属探测器的电路图。555 集成电路定时器在这里充当方波发生器，它产生的脉冲频率为人类可听到的频率。 引脚 2 和引脚 1 之间的电容不应改变，因为需要它来产生可听频率。电路中有一个由 47K 电阻、2.2µF 电容和 150 匝电感组成的 RLC 电路。 这个 RLC 电路就是金属检测部分。 正如上一节所述，金属芯电感器比气芯电感器具有更高的电感值。 记住这里绕制的线圈是气芯线圈，因此当金属片靠近线圈时，金属片就会充当气芯电感器的磁芯。 由于金属片起到了磁芯的作用，线圈的电感发生了很大的变化或增加。 由于线圈电感的突然增加，与没有金属片的情况相比，RLC 电路的整体电抗或阻抗发生了相当大的变化。

At first when there is no metal piece the signal fed to speaker causes some audible sound. Now with the reactance change around the RLC circuit the signal sent to speaker will no longer be the same as before, because of this the sound produced by the speaker will be of different to the first one.

So whenever a metal is brought near the coil, the impedance of RLC changes making the signal to change resulting in variation to sound generated in speaker. You can also check this Arduino based metal detector.

起初，当没有金属片时，发送到扬声器的信号会产生一些可听的声音。 现在，随着 RLC 电路周围电抗的变化，发送到扬声器的信号将不再与之前相同，因此扬声器发出的声音将与最初的不同。因此，只要有金属靠近线圈，RLC 的阻抗就会发生变化，从而使信号发生变化，导致扬声器发出的声音也发生变化。 您还可以查看这款基于 Arduino 的金属探测器。

Common Tips:

• Enamel should be removed at the tips of coil for soldering connections.
• With different gauge we will have different RLC impedance, so one should experiment with resistance in RLC circuit for sensitive metal detection.
• The speaker can be of any type. But with resistance less than 8Ω, the timer might get heated.
• Use supply voltage higher than 5V.

应去除线圈顶端的珐琅，以便焊接连接。 不同的规格会产生不同的 RLC 阻抗，因此应试验 RLC 电路中的电阻，以实现灵敏的金属检测。 扬声器可以是任何类型的，但如果电阻小于 8Ω，定时器可能会发热。 使用高于 5V 的电源电压。电路见说明。

问题

1. 我们能否用 10 mf 电容器代替 2.2 mf 电容器？

​ 不是 2.2mf，而是 2.2uF。 是 micro (u) 不是 milli (m)。 是的，数值不应该改变。RL/C 将变得不同。

2. 如何提高它的灵敏度，以便在各行各业中使用？

​ 如果电感器（线圈）附近没有金属时，扬声器关闭，而电感器附近有金属时，扬声器打开，这样就可以了。

3. 你能告诉我原因并解释电路中每个元件的工作原理吗？

4. 我想制作门框金属探测器。 有人能帮我吗？

5. 当我们将金属靠近线圈时，555 的输出频率会发生变化，因此扬声器的声音也会随频率变化。

6. 应使用哪种变压器直接连接电源？

电路使用 2.2uf50v 10uf50v 电容器 47k 电阻器 ne555 ic 8ohm 扬声器，线圈使用 0.1mm 漆包线 150turns 直径 120mm。

555 定时器的 3 脚要么输出固定量的电流，要么吸收固定量的电流，因此我认为输出是固定的方波音调，所以增加 L 线圈会增加其上的电压，从而增加从 3 脚流出的电流，从而降低音调…，非常简单！ 如果有时间，我会在这里公布结果…上帝保佑…

因为 555 定时器产生的是方波，方波会发出声音，而将金属靠近 555 定时器会改变方波的频率，因此声音也会改变。

在该电路图中，2 脚和 6 脚相连，我认为这只是一个单稳态多谐器。

这是一个用于过滤噪音的平滑电容器。 它是可选的，因此如果找不到 10u 电容，可以忽略它。

我用指定的元件制作了一个工作拷贝。 我在想，如果在输出和扬声器之间添加一个基本的 RLC 带阻滤波器，是否有可能在线圈附近没有金属时滤除恒定音。 它可能需要足够高的阶数，以保持灵敏度和带阻，因为高频和低频都应该能够通过（以检测铁磁性（如铁）和非铁磁性（如铝））。 如果您尝试过类似方法，请发表评论：) 如果有人尝试过使用不同形状的线圈（例如 "8 "字形）来提高检测范围，我也会很感兴趣。