FastBond2阶段1-基于TDA0161的金属探测仪框图设计

一、前言

金属探测器（metal detector）是一种应用广泛的探测器。主要有三大类：电磁感应型，X射线检测型，微波检测型，是用于探测金属的电子仪器，可应用于多个领域，本设计为基于TDA0161的电磁感应型金属探测器。

在军事上，金属探测器可用于探测金属地雷；在安全领域，可以探测随身携带或隐藏的武器；在考古方面，可以探测埋藏金属物品的古墓，找到古墓中的金银财宝与首饰或其他金属制品；在工程中，可用于探测地下金属埋设物，例如管道、管线等；在矿产勘探中，可用来检测和发现自然金颗粒；工业上，可用于在线监测，如去掉棉花，煤炭，食品中的金属杂物等。

金属探测器还可作为开展青少年国防教育与科普活动的用具，也不失为有趣的娱乐玩具，特别是最近几年，欧美国家已将个人兴趣类金属探测器大范围普及，将金属探测活动演变成为户外运动的一部分。

在这个项目中,我们探讨设计了一个非常简便易携带的DIY式金属探测器电路，使用非常简单的组件以完成日常生活中的金属探测需求，例如用于家庭和花园土壤中的金属探测。

二、原理及设计框图

设计框图如下图所示：

https://www.digikey.cn/schemeit/project/0805金属-11019112452b49fe8df0068da10d5946

TDA0161接近检测器IC：TDA0161是意法半导体生产的接近检测器IC。它可用于通过检测高频涡流损耗的微小变化来检测金属物体。

TDA0161 IC借助外部调谐电路充当振荡器。电源电流的变化将决定输出信号，即当金属物体靠近时电流很高，当没有金属物体时电流很低。

金属探测器电路中有三个主要部分：LC电路，接近传感器，输出LED和蜂鸣器。

线圈和并联连接的电容器C1将形成LC电路。LC电路：LC电路的电感器和电容器并联连接。当附近有相同频率的材料时，该电路会产生共振。LC电路交替为电容器和电感器充电。当电容器充满电时，对电感器进行充电。电感开始充电，当电容器两端的电荷为零时，它以反极性从感应器吸取电荷。然后电感电荷减少，并再次重复该过程。注意电感器是磁场存储设备，电容器是电场存储设备。

当LC电路检测到来自其附近的任何金属的任何谐振频率时，将产生电场，这将导致线圈中感应电流和通过线圈的信号流的变化。

变化的信号被提供给接近检测器（TDA 0161），该检测器将检测信号的变化并做出相应的反应。当未检测到金属时，接近传感器的输出将小于1mA，当线圈靠近金属时，输出将在10mA左右（通常大于8mA）。当输出引脚为高电平时，电阻将为晶体管提供正电压。晶体管将打开，LED将发光，蜂鸣器将被激活。

三、元件介绍

本次使用的核心器件主要来自于意法半导体（ST）制造的金属探测仪，意法半导体(STMicroelectronics)是全球第五大半导体厂商，在很多市场居世界领先水平。意法半导体是世界第一大专用模拟芯片和电源转换芯片制造商，世界第一大工业半导体和机顶盒芯片供应商，而且在分立器件、手机相机模块和车用集成电路领域居世界前列。

线圈（电感器）：我们为这个项目采用了 30 AWG 铜线。然后使用5.8cm直径参考将其缠绕到线圈上。线圈由 140 – 150 圈组成。

接近传感器（TDA0161），用来检测金属物体通过检测的轻微变化高频涡流损失。TDA0161 IC通过振荡器的调谐电路外部的帮助，电源电流的变化将决定输出信号，即当输出高信号，有金属物体在附近,低信号时没有金属物体。

当检测到任何金属物体时，则由LC环形电路触发，输出高信号。然后，接近传感器将打开 LED 并使用蜂鸣器发出警报。

综上可得，为组成较为完整的电路，共需要以下几种器件：

四、结语

本文设计的金属探测电路——基于接近检测仪IC TDA0161的金属检测机电路是一种非常简单且易于构造的金属检测机，可用于检测我们的家庭，办公室和花园中的小金属，来扫描钉子和金属废料来避免产生伤害。它设计简单，只需要一个检测仪即可工作，无需其他微控制器，不过它也有着一定的缺点，金属物体必须距离10毫米，探测器才能检测到它。

通过本次硬禾课堂的知识，我学会了很多，体会到了绘制电路图和原理图时需要考虑的种种问题，在参与过程中收获颇丰，我今后将借此机会学习更多的电子电路相关的知识。