【正文】 圖 工作情況。設在 t0時刻接通電源，整流元件的正向電阻很小，可略去不計，在 t=t1金屬探測器的設計 18 時， UC達到峰值為 iU2 。此后 Ui以正弦規(guī)律下降直到 t2時刻，二極管 D不再導電，電容開始放電， UC緩慢下降，一直到下一個周期。電壓 Ui上升到和 UC相等時，即t3以后，二極管 D又開始導通，電容充電，直到 t4。在這以后，二極管 D又截止，UC又按上述規(guī)律下降，如此周而復始，形成了周期性的電容器充電放電過程。在這個過程中，二極管 D并不是在整個半周內(nèi)都導通的，從圖上可以看到二極管 D只在 t3到 t4段內(nèi)導通并向電容器充電。由于電容器的電壓不能突變，故在這一小段時間內(nèi)，它可以被看成是一個反電動勢（類似蓄電池）。 圖 電容濾波電路 由電容兩端的電 壓不能突變的特點，達到輸出波形趨于平滑的目的。經(jīng)濾波后的輸出波形如圖 。 圖 濾波電路的輸出波形 ４ .４ 三極管開關電路 能夠實現(xiàn)各種基本邏輯關系的電路通稱為門電路。由于在二值邏輯中，邏輯變量的取值 1和 0在電路中是用電路的兩種截然相反的狀態(tài)來表示的，而電路的狀態(tài)是靠二極管、三極管開關的閉合和斷開來控制和實現(xiàn)的，所以門電路也稱為開關電路。用 1表示高電平、 0表示低電平的情況稱為正邏輯；反之用 0表示高電平、1表示低電平的情況稱為負邏輯。 通過開關電路獲得高、低電平的方法如圖 。其中 S示意為受輸入信號控制的電子開關 (二極管、三極管 )，當二極管、三極管截止時相當于 S斷開，金屬探測器的設計 19 輸出為高電平；當二極管、三極管導通時，相當于 S閉合，輸出為低電平。 在數(shù)字電路中，只要能確切的區(qū)分出高、低電平兩種狀態(tài)就足夠了。所以高、低電平都有一個允許的范圍，如圖 所示。 圖 圖 雙極型 三極管的開關特性 （ 1）靜態(tài)開關特性 圖 是相當于圖 的三極管的開關電路，這里，三極管充當了開關S。 圖 三極管的 開關電路 從三極管的工作原理和特性曲線可知，三極管可以工作在放大、截止、飽和三個工作區(qū)。在開關電路中，三極管是在后兩種工作區(qū)間轉換。當基極控制電壓 01 ?u 時， ,0?BEu ,0?Bi Ci ＝ CEOI ≈０，三極管工作于截止區(qū)，其集電極到發(fā)射極之間如同斷開的開關一樣，此時輸出電壓 Ou ＝ OHU ＝ CCV 。 1u 為正（高電平）時，只要參數(shù)安排適當，使 BSB Ii ? ＝cccRV? （ BSI 為三極管的臨界飽和基極電流），則 BEu 和 BCu 同為正向偏置，三極管工作于飽和區(qū)，金屬探測器的設計 20 Ci 不隨 Bi 的增加而增加，此時， c－ e 間的飽和管壓降 CEU ? ?sat ≈ 0，如同開關閉合一樣，輸出電壓 Ou ＝ OLU ≈ 0。 由上述可見，只要用 1u 的高、低電平控制三極管即可使其分別工作在飽和導通和截止狀態(tài)，三極管處于開關狀態(tài)，在其輸出端可獲得對應的高 、低電平。 實際電路中，一般都能滿足 CCV ＞＞ ? ?satCEU 、 CEOI ≈ 0, 所以在分析三極管開關電路時經(jīng)常使用圖 所示的雙極型三極管開關電路。 a）截止狀態(tài) （ b） 飽和狀態(tài) 圖 雙極型三極管開關的等效電路 （ 2）動態(tài)開關特性 在動態(tài)情況下，即三極管在截止與飽和導通兩種狀態(tài)間迅速轉換時，由于三極管內(nèi)部電荷的建立和消散都需要一定的時間，所以集電極電流的變化滯后于基極電壓的變 化，如圖 所示。當然，輸出電壓 Ou 的變化比輸入電壓 1u 的變化也相應地滯后。 圖 三極管的動態(tài)開關特性 金屬探測器的設計 21 系統(tǒng)的原理圖 R13 .3 KR26 8KR42MR56 .8 KR61 00RP5 .1 KC10 .0 1 uFC20 .0 1 uFC30 .0 1 uFC40 .1 u FC50 .1 u FQ1V T 1Q2V T 2Q3V T 3D1VD1D2VD2B T 13VD3VD3S1SAL+ C62 .2 u FR33 .3 K 圖 系統(tǒng)原理圖 金屬探測器的設計 22 結論 在選礦、造紙、制藥、木材和塑料制品加工等行業(yè)的生產(chǎn)過程中，如果在生產(chǎn)線上的物料中混入了較大塊的廢金屬物體就可能造成加工設備的損壞，影響生產(chǎn)的正常進行，因此，為了保證產(chǎn)品質量和設備安全運行常常需要探測出混在物料中的金屬物體，金屬探測器就是實現(xiàn)金屬檢 測的一種儀器通常，金屬探測器是采用探測線圈利用電磁感應原理探測金屬的。探測線圈直接套人物料傳送帶或放置在傳送帶附近，通過檢測金屬通過時探測線圈中電壓、電流頻率的變化、幅值 的變化或兩者之間相位角的變化探測金屬。 金屬探測器的設計 24 參考文獻 1. 樊延虎 .電渦流金屬探測器研究 [J].延安大學學報：自然科學版 ,2021. 2. 趙凱華 ． 陳熙謀 .電磁學 [M].北京 :高等教育出版社 ,2021. 3. 謝自美 . 電子線路綜合設計 [M].武漢 :華中科技大學出版社 ,2021. 4. 劉慧娟 . 一種新型智能金屬探測器 [J].北方交通大學學報 ,2021. 5. 程佩青 . 數(shù)字信號處理教程 [M].北京 :清華大學出版社 ,1995. 6. 江國強 . 現(xiàn)代數(shù)字邏輯電路 [M].北京 :電子工業(yè)出版社 , 2021. 7. 張明 . 金屬探測器的抗電磁干擾 [J].電工技術 , 2021. 8. 劉國亭 . 余晉岳 .金屬探測器的原理與應用 [J].電子技術 , 1984. 金屬探測器的設計 24 致謝 經(jīng)過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)論文設計已經(jīng)接近尾聲，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在論文寫作過程中，得到了 ...老師的親切關懷和耐心的指導。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成， 張 老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。多少個日日夜夜， 張 老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，除了敬佩 張 老師的專業(yè)水平 外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向 張老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意 !最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們 ! 最后我還要感謝 電氣 系和我的母校 — .......對我的栽培 以及為評閱本論文而付出辛勤勞動的專家和學者們 !