一種智能型手持式金屬探測器的製作方法

2023-05-29 14:55:06

專利名稱：一種智能型手持式金屬探測器的製作方法
技術領域：
本實用新型專利是對金屬探測器的改進，特別涉及一種智能型手 持式金屬探測器的設計方案。
背景技術：
可攜式的金屬探測裝置是用於安全檢查的常規設備。特別是在近 距離的例行檢查中起著相當重要的作用。設備利用金屬對於髙頻電磁 波的反射信號明顯加強的原理進行的結構設計。設備結構中採用了髙 頻信號的發生和採集電路，以及對所採集的信號進行處理的電路，處 理的結果使得掃描非金屬對象時輸出信號具有一定的變化規律性，而 對於掃描到金屬目標時則會顯示出明顯的特異性。設備的結構中所具 有的關鍵是比較、判定電路。它能對採集到的信號進行對比分析，並 對出現特異性時會對報警執行電路發出指令，向安檢人員發出聲、光 或振動提示。設備中配套有電源供給電路以滿足各個功能電路的需 要。現有技術中的電路通常釆用模擬電路構成，電路龐大、功耗較高。
為了移動操作的方便現有電路多採用9V層疊電池供電、功率較低， 電池的待機時間短且成本貴，使用不便。特別是在環境比較複雜的場 合，各種用電器、電力設施甚至人體感應均會產生電磁幹擾、導致誤 報警。以上缺陷與日益發展的社會和廣泛的應用場合十分不協調，可攜式金屬檢測器已到了必須改進的時候。 發明內容
本實用新型的目的是改進現有的手持式金屬探測器的基本結構 模式，採用數字電路和單片機技術實現對裝置的智能化管理，徹底改 變能耗過大、技術參數不穩定和受環境變化的影響較大的缺陷。
針對現有金屬探測器結構中的基本組成高頻信號的發生與反射 信號採集電路、對所採集信號的處理電路、比較、判定電路、報警執 行電路、電源供給電路，關鍵的改進方案是比較、判定電路採用了 由微處理器晶片、與其配套設置的存儲有管理程序和對比數據的存儲 器晶片和中間寄存器組成的單片機系統所組成。發生與反射信號採集 電路的輸出信號送入信號處理電路進行處理轉換為數位訊號後藉助 中間寄存器和數據總線送入微處理器晶片的進行判定，經管理程序比 較、判定後的報警觸發信號由微處理器晶片相應埠發出至報警執行 電路的觸發端。
以上的設計將金屬探測器探頭掃描採集到的高頻信號經過處理 變成對應的數位訊號，再輸入到單片機中，在管理程序的支持下對其 進行分析、對比各種經驗數據，最後得出準確的判斷。如果A/D轉換 所輸入的數據出現了快速變化的信號，即表明掃描的對象出現了明顯 的界面，結合數據的具體特徵能夠準確認定檢測到了金屬。此時，在 管理程序的操作下，單片機向報警執行機構發出指令，發出相應的聲、 光或振動信號報警。緩慢變化的數位訊號，或雖然有突變但是與掃描的運動規律不相符合，就可以認定為是環境幹擾的信號。從而使得有 效排除幹擾。單片機還可以輸出一個調節的信號，在待機狀態下始終
讓進入單片機的A/D轉換的信號達到一個穩定的平衡值。由於採用了 單片機進行智能處理使得電路更加簡單，功耗更低。在開機時如遇異 常情況，單片機會輸出一個調整信號使電路很快的達到穩定。從而使 得設備的智能化程度大大提高

圖1是本實用新型的電路結構框圖。
圖2是高頻信號的發生與反射信號採集電路(1)的實施例電原 理圖。
圖3是微分電路(2A)的實施例電原理圖。
圖4是積分電路(2B)的實施例電原理圖。
圖5是反饋調節電路(2B-C)的實施例電原理圖。
圖6是限幅電路(2C)的實施例電原理圖。
圖7是報警執行電路(4)的的實施例電原理圖。
圖8是穩壓電路(5B)實施例電原理圖。
圖9是電壓檢測電路(5C0實施例電原理圖。
圖10是功能轉換電路(7)實施例電原理圖。
圖中的1代表高頻信號的發生與反射信號採集電路，2代表所採 集信號的處理電路，2A是微分電路，2是積分電路，2B-C是反饋調 節電路，2C是限幅電路，2D是A/D轉換電路，3代表比較、判定電路，3A微處理晶片，3B是存儲有管理程序和經驗數據的存儲器，3C是中 間寄存器，4代表報警執行電路，5代表電源供給電路，5A是可充電 電池，5B是穩壓電路，5C電壓檢測電路，5D光電池及其充電電路， 5E可控開關電路，6代表功能轉換電路，7代表微分電路、射隨器電 路組成的匹配電路。S代表發生元件，Kl代表微動開關，Ll， L2代 表線圈。
具體實施方式

參照附圖可以看出本實用新型的結構中包括高頻信號的發生與 反射信號採集電路l，對所採集信號的處理電路2，比較、判定電路 3，報警執行電路4，電源供給電路5。關鍵的設計思想是比較、判定 電路3是由微處理器晶片3A、與其配套設置的存儲有管理程序和對 比數據的存儲器晶片3B和配套的中間寄存器3C組成的單片機系統。 發生與反射信號採集電路1的輸出信號送入信號處理電路2進行處理 轉換為數位訊號後藉助中間寄存器3C和數據總線送入微處理器晶片 3A的進行判定，經管理程序比較、判定後的報警觸發信號由微處理 器晶片3A相應埠發出至報警執行電路4的觸發端。
將探頭掃描所獲得的高頻信號處理成為數位訊號，並引入單片機 系統來完成對採集信號的對比、分析、判定可以精準的完成對出現金 屬時信息的捕捉，能夠實現對千擾信號的區別和排除。
進一步的改進措施在於高頻信號的發生與反射信號採集電路1 是由三極體(Gl， G2)和配套的探頭線圈(Ll， L2)以及阻容元件(C5，C6, C7， R5， R6， R2， R7)組成的雙諧振振蕩和接收線路，輸出信號 自電阻R2端引出至信號處理電路(2)的輸入端。組成探測頭的主要部件是由發射和接收線圈組成的雙線並繞的 多匝線圈，這一線圈Ll和L2，分別和三極體(Q1, Q2)，阻容元件 (C6， C7， R5， R6， C5)組成雙調諧的電路。兩邊調諧在同一頻率， 且兩線圈方向相反。而且兩邊構成差分輸出電路，這樣的電路更能抑 制環境的幹擾，和強的電磁幹擾，具有很高的靈敏度。採用雙線並繞 的線圈結構穩定性更強。當探測有金屬物時如果是鐵磁性金屬就會切 割磁力線使得線圈的發射線圈的電感發生微弱的變化，同時振蕩的頻 率也發生微弱的變化，震蕩電壓發生微弱變化。如果是非鐵磁性金屬 由於渦流效應產生磁場同時這一磁場也會反作用於發射線圈使得電 感發生微弱的變化。同時振蕩的頻率也發生微弱的變化使得震蕩電壓 發生微弱變化。由於Ll和L2兩線圈方向相反就會在Ql和Q3的發射 極產生一個差分輸出的電壓信號。如果是幹擾信號，比如人體的熱紅 外線幹擾或周圍環境的電磁千擾等，就會由Q1， Q2構成的差分電路 互相抵消掉。因而對本裝置的精準性和抗幹擾能力是進一步的提髙。從附圖中還可以進一步看出採集的信號處理電路2中包括依次 串聯連接的微分電路2A、積分電路2B、限幅電路2C、 A/D轉換電路 2D，經依次處理轉化成為的數位訊號藉助中間存儲器3C送到存儲器 晶片3B的數據總線上。對採集的信號處理電路2進一步的改進方案是在積分電路2B、限幅電路2C、之間增加了一個反饋調節電路2B-C，微處理器晶片(3A) 所輸出的壓控信號經過微分電路和射隨器組成的調整電路7接到反 饋調節電路2B-C的輸入端形成與來自積分電路的信號混合輸入，反 饋調節電路2B-C輸出端接到限幅電路2C的輸入端。以上的技術方案中單片機同時也輸出的是一個振蕩的方波信號, 作為反饋調節信號。反饋調節電路2B-C是由單片機輸出的一個壓控 信號，它經過微分電路處理和射隨器組成匹配電路7整理轉化為一個 調節信號，與積分電路2B處理後的採集信號混合。在待機狀態下它 始終讓輸入A/D轉換電路2D的電壓達到穩定的平衡值，在每次開機 時由於環境不同進入A/D轉換電路2D的電壓也是不同的，單片機總 是把開機時檢測到的這一電壓作為零點參考值，單片機總是輸出一個 調節信號讓電路穩定在這一參考值上，從而構成的一種閉環式跟蹤控 制系統，更有利於對異常信號發現的靈敏度。以上所說的微分電路2A是由電阻R8，電容C8組成的，積分電 路是由運放G3及其配套的阻容元件(C9, R9， R10)搭接組成，限幅 電路2C由二極體D2和電容Cll並聯組成。所說的反饋調節電路2B-C是由運放G4及其配套的阻容元件 (CIO, R13， R14)搭接組成，輸入端通過電阻R11接積分電路2B的 輸出端，輸出端通過匹配電阻R15接限幅電路2C。A/D轉換電路2D具體可以採用現再市場上常用的A/D轉換晶片 也可以直接利用微處理器晶片3A內部的模數轉換電路。報警執行電路4是由複合三極體(G5， G8)及其配套的阻容元件 (C47， R55， R54， R56)搭成的放大電路，發聲元件S或發光元件或 振動元件串連在負載迴路中。電源供給電路5是由可充電電池組5A、穩壓電路5B、光電池及 其配套充電電路5D和供電電池電壓檢測電路5C組成，光電池及其配 套充電電路5D的輸出端通過一個受控開關電路5E接在可充電電池組 5A上、觸發端接至微處理器晶片3A相應的輸出埠上，供電電池電 壓檢測電路5C的輸出引至微處理器晶片3A相應的輸入埠上。光電 池及其配套的充電電路是常用電路和公知技術在此不用再舉例。穩壓電路5B是由三端並聯穩壓二級管TL431，運放G6以及配套 的電阻和電容元件(Rl， R2， R4, Cl， C3)搭成，供電電池的電壓檢 測電路5C是由運放G7和配套的阻容元件(R30， D8， C25)組成的比 較放大電路。標準電壓輸入端接穩壓電路中的相應標準電壓的引出 端，採樣輸入端接至串連在電池與地之間的兩分壓電阻(R27， R29) 之間，輸出端接至微處理器晶片3A相應輸入端。光電池及其配套的充電電路5D的輸出端藉助可控開關電路5E 接在可充電電池5A上。通過檢測電池電壓5C來決定其充電狀態預 充電，恆流充電，恆壓充電。當電池電壓小於閥值電壓時處於預充電， 以較小的電流對電池充電。預充電流可以通過開關電路實現調整。預 充電壓達到規定值時進入恆流充電，當電壓達到4. 2V進入恆壓充電， 在此過程充電電流逐漸減小，當充電電流小於閥值後充電結束。本探測器結構中還包括一個功能切換電路6，該電路是由三極體 GIO、微動開關K1以及配套的阻容元件(R62， R63， R64， R65， C49) 搭接而成的手控放大電路，該電路的輸出信號從三極體GIO的負載上 引出至微處理器晶片3A相應的輸入端。利用該功能切換電路6實現手控功能轉換。當第一次按下開關時Kl 向微處理器晶片3A發出信號，在管理程序的支持下整個電路電源接 通，並指令報警執行電路4發出兩聲音響，以示電源接通，此時電路 處於聲音報警狀態，當第二次按下開關Kl時報警執行電路電路4轉 換處于振動狀態，振動器振動提示。當第三次按下時關機。
權利要求1、一種智能型手持式金屬探測器，結構中包括高頻信號的發生與反射信號採集電路(1)，對所採集信號的處理電路(2)，比較、判定電路(3)，報警執行電路(4)，電源供給電路(5)，其特徵在於比較、判定電路(3)是由微處理器晶片(3A)、與其配套設置的存儲有管理程序和對比數據的存儲器晶片(3B)和中間寄存器(3C)組成的單片機系統所組成，發生與反射信號採集電路(1)的輸出信號送入信號處理電路(2)進行處理轉換為數位訊號後藉助中間寄存器(3C)和數據總線送入微處理器晶片(3A)的進行判定，經管理程序比較、判定後的報警觸發信號由微處理器晶片(3A)相應埠發出至報警執行電路(4)的觸發端。
2、 根據權利要求1所述的智能型手持式金屬探測器，其特徵在 於高頻信號的發生與反射信號採集電路(1)是由三極體(Gl， G2) 和配套的探頭線圈(Ll， L2)以及阻容元件(C5， C6， C7， R5， R6， R2, R7)組成的雙諧振振蕩和接收線路，輸出信號自電阻(R2)端引 出至信號處理電路(2)的輸入端。
3、 根據權利要求1所述的智能型手持式金屬探測器，其特徵在 於對所採集的信號處理電路(2)中包括依次串聯連接的微分電路(2A)、積分電路(2B)、限幅電路(2C)、 A/D轉換電路(2D)，經依 次處理轉化成為的數位訊號藉助中間存儲器(3C)送到存儲器晶片(3B)的數據總線上。
4、 根據權利要求3所述的智能型手持式金屬探測器，其特徵在 於積分電路(2B)、限幅電路(2C)、之間增加了一個反饋調節電路(2B-C),微處理器晶片(3A)所輸出的壓控信號經過微分電路和射 隨器組成的調整電路(7)接到反饋調節電路(2B-C)的輸入端形成 與來自積分電路的信號混合輸入，反饋調節電路(2B~C)輸出端接到 限幅電路(2C)的輸入端。
5、 根據權利要求3所述的智能型手持式金屬探測器，其特徵在 於所說的微分電路(2A)是由電阻R8，電容C8組成的，積分電路是 由運放(G3)及其配套的阻容元件(C9， R9， R10)搭接組成，限幅 電路(2C)由二極體D2和電容Cll並聯組成。
6、 根據權利要求4所述的智能型手持式金屬探測器，其特徵在 於所說反饋調節電路(2B-C)是由運放(G4)及其配套的阻容元件(C10， R13， R14)搭接組成，輸入端通過電阻(R11)接積分電路(2B)的 輸出端，輸出端通過匹配電阻(R15)接限幅電路(2C)。
7、 根據權利要求1所述的智能型手持式金屬探測器，其特徵在 於報警執行電路(4)是由複合三極體(G5， G8)及其配套的阻容元 件(C47, R55， R54， R56)搭成的放大電路，發聲元件(S)或發光 元件或振動元件串連在負載迴路中。
8、 根據權利要求1所述的智能型手持式金屬探測器，其特徵在 電源供給電路(5)是由可充電電池組(5A)、穩壓電路(5B)、光電池及其配套充電電路(5D)和供電電池電壓檢測電路(5C)組成，光 電池及其配套充電電路(5D)的輸出端通過一個受控開關電路(5E) 接在可充電電池組(5A)上、觸發端接至微處理器晶片(3A)相應的 輸出埠上，供電電池電壓檢測電路(5C)的輸出引至微處理器晶片 (3A)相應的輸入埠上。
9、 根據權利要求8所述的智能型手持式金屬探測器，其特徵在 於穩壓電路(5B)是由三端並聯穩壓二級管(TL431)，運放(G6)以 及配套的電阻和電容元件(Rl， R2， R4， Cl， C3)搭成，供電電池的 電壓檢測電路(5C)是由運放(G7)和配套的阻容元件(R30， D8， C25)組成的比較放大電路，標準電壓輸入端接穩壓電路中的相應標 準電壓的引出端，採樣輸入端接至串聯在電池與地之間的兩分壓電阻(R27， R29)之間，輸出端接至微處理器晶片(3A)相應輸入端。
10、 根據權利要求8所述的智能型手持式金屬探測器，其特徵在 於該探測器結構中還包括一個功能切換電路(6)，該電路是由三極體(GIO)、微動開關(Kl)以及配套的阻容元件(R62， R63， R64， R65， C49)組成的開關電路，該電路的輸出信號從三極體(G10)的負載上 引出至微處理器晶片(3A)相應的輸入端。
專利摘要本實用新型涉及一種智能型手持式金屬探測器。該設備的電路結構中包括高頻信號的發生與反射信號採集電路，對所採集信號的處理電路，比較、判定電路，報警執行電路，電源供給電路。其中比較、判定電路是由微處理器晶片、與其配套設置的存儲有管理程序和對比數據的存儲器晶片和中間寄存器搭成的單片機系統所組成，發生與反射信號採集電路的輸出信號送入信號處理電路進行處理轉換為數位訊號後藉助中間寄存器和數據總線送入微處理器晶片的進行判定，經管理程序比較、判定後的報警觸發信號由微處理器晶片相應埠發出至報警執行電路的觸發端。
文檔編號G01V3/11GK201122182SQ20072017223
公開日2008年9月24日 申請日期2007年9月29日 優先權日2007年9月29日
發明者凱 許 申請人:深圳市賽時特科技有限公司