手持式介質探測器的製作方法

2023-05-29 14:51:06

專利名稱：手持式介質探測器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種探測裝置，更具體地說，是涉及一種用於檢測物體 的介質組成是否發生變化的探測器。胃爾漢不現有的各種類型的手持式探測設備中，大都是針對某一特定物質作為探 測目標，如金屬探測器等。這些類型的產品都無法滿足待探測目標為不確定類型的介質的要求；另外，現有的各種其它基於電場感應原理的探測應用中， 儘管也實現了對任意介質的檢測應用，但其實現方案複雜，特別是其中因為 電源幹擾、環境溫溼度變化等因素引起的共模幹擾所導致的探測靈敏度低、 工作不穩定的問題，傳統的辦法都是選用高精度元器件來解決，導致成本始 終無法有效降低。 .傳統技術方案中，如果為降低成本而採用普通的RC振蕩器配以施密特反 相器等元件來測量頻率而實現探測目的，會帶來很多問題(1)振蕩頻率隨 電源電壓的變化而產生較大的漂移，其原因是，當外接電容和反向器的閥值 電壓確定後、電源電壓的變化帶來電容充電時間的不同，最終使振蕩頻率發 生變化。(2)溫度漂移，半導體器件都會存在隨溫度特性發生漂移的特性， 如對反向器內部比較器的門限影響，這種影響因器件型號不同而各異，溫度 對電阻或電容的影響。這種影響取決於電阻或電容的溫度係數。(3)單片機 時鐘對採樣精度的影響，單片機根據自己的時鐘記數，在一定的時間內，測 得RC振蕩器的頻率，如果單片機本身時鐘存在溫漂，也會導致測得的頻率發 生誤差，影響測量精度。實用新型內容本實用新型的目的是提供一種簡單方便，探領嗷果好的手持式介麟測器。為了達到上述目的，本實用新型創新地提出"雙路檢測，自動校準"的 方法，在保證探測器穩定、高靈敏工作的同時，以當前最廉價的方案克服了 電場檢測技術應用中普遍存在的因為電源幹擾、環境溫溼度變化等所引起的 共模幹擾的難題，本實用新型的採用以下技術方案 一種手持式介質探測器， 包括電源部部分、外殼上蓋、外殼下蓋、感應探頭、電場檢測電路、主控CPU 和聲光指示裝置組成，感應探頭為附著在外殼下蓋內側的感應膜，感應膜與 大地形成電場迴路，電場檢測電路由施密特反相器集成電路塊和連接的電阻、 電容組成，聲光指示裝置由蜂鳴器和發光二極體組成，感應探頭與電場檢測 電路之間通過一導電體相連接，並將監測到的電容變化轉變為頻率變化後， 連接到主控CPU，主控CPU與聲光指示裝置電連接，所述電場檢測電路由對地.電場多諧振蕩器和校準參考多諧振蕩器組成。"雙路檢測，自動校準"的原理如下採用雙路同時檢測的方法，用同 一個器件的不同部分，同樣的電源電壓，同樣溫度係數的電阻電容，同樣的 單片機時鐘，.振蕩頻率即使隨電源電壓，溫度變化而變化，兩路所受的影響 均為同比例，這樣通過單片機程序的"自動校準"算法處理(通過校準電路 計算出"頻率校準因子"，再使用此"頻率校準因子"去修正檢測電路所測量 到的值)，使實際發生的頻率變化只和被檢測電路中對地電容大小變化有關， 從而可以不必依賴高精度因而也高成本的器件，達到了本實用新型成本低、 靈敏性高、穩定性強的目的。 更具體地說所述對地電場多諧振蕩器由施密特反相器的U1B門配以相應的電阻和電 容組成。所述校準參考多諧振蕩器由施密特反相器的U1E門配以相應的電阻和電容組成。所述感應膜為鋁箔。所述施密特反相器為74HC14、 74HC02或CD4093等。戶;M發光二極體為3PP雙色共陽發光二極體，戶;^鳴器為電^￡源蜂鳴器。與現有技術相比，本實用新型具有如下優點-1、 被探測對象沒有限定。由於在本探測器的感應原理是通過檢測對地電 場的電容變化來實現，而無論是金屬還是金屬，導體還是絕緣體都可能引起 電容的變化，因而本實用新型都能探測得到。2、 針對性地滿足了建築物裝修時特別是壁掛式視聽設備加裝時為牢靠安 裝設備而需要在牆體尋找支撐柱或木龍骨的中心位置的新需求。隨著人們對. 居住環境舒適性的進一步追求，必然會有越來越多的壁掛式視聽設備進入家 庭，為幫助將這些設備迸行牢靠安裝提供一價廉物美的電子輔助工具，也是 本實用新型的創新所在。


圖1為本實用新型的整體結構示意圖；圖2為本實用新型其中一個實施例的電路原理圖；圖3為本實用新型的主控程序流程圖；圖4為本實用新型其中一個實施例的產品結構示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型進行進一步的說明，但本實用新型 要求保護的範圍並不局限於具體實施方式
所表達的範圍。如圖1所示，本實用新型的介質探測器主要由以下十個部分組成電源 (兩節1.5V紐扣乾電池)、開關、感應鋁膜、導電體(螺旋絲)、對地電場多諧振蕩器、校準參考多諧振蕩器、主控CPU、雙色LED、蜂鳴器、校準參考電 容。感應鋁膜由一張長度約8釐米，寬度約2釐米，厚度約1毫米的成分為 鋁的鋁箔組成。對地電容多諧振蕩器和校準參考多諧振蕩器由常見的的電子元件施密特 反相器為主進行構造，可選的型號包括74HC14、 74HC04、 CD4093等。在本實 施例中我們選用74HC14。主控CPU的選擇範圍寬廣比如S0NIX公司的SN8P2501B、 HELIOS公司 的H502Q/HP或者HOLTEK公司的HT48R05A等等均可，本實施例中選用SONIX' 公司的SN8P2501B。各部分連接關係為開關接通三伏直流電源與主控CPU，感應鋁膜通過導 電螺旋絲與對地電場多諧振蕩器的觸發極相連，對地電場多諧振蕩器、校準 參考多諧振蕩器均與主控CPU相連，主控CPU與雙色LED和蜂鳴器相連。本實用新型的工作原理如下感應鋁膜與大地分別作為電容的兩極形成 對地電場，開關接通電源與主控CPU後，對地電場多諧振蕩器根據該對地電 場的當前電容值開始起振，形成起始振蕩頻率。校準參考多諧振蕩器根據校 準參考電容的當前電容值開始起振，形成起始校準參考振蕩頻率。系統保存 上述兩個基準頻率，開始輪流監測兩路多諧振蕩器的頻率變化情況，'進入工 作狀態。如圖2所示為本實用新型實施例的電路原理圖，其連接關係如下感應鋁膜(ANTENNA)與大地之間形成對地電場；對地電場通過導電螺旋 絲與74HC14的第3腳相連。由74HC14的U1B門跨接在74HC14的第3腳與信號地之間的5. 2p的電容 和連接在74HC14的第3腳與第4腳之間的510k的電阻組成對地電場多諧振 蕩器，對地電場多諧振蕩器(74HC14的第11腳) 一端通過導電螺旋絲 (INDUCTOR)與對地電場連接，另一端與SN8P2501B主控CPU的第2腳相連。'由74HC14的U1E門和連接在74HC14的第10腳與第11腳之間的510k的 電阻組成校準參考多諧振蕩器，校準參考多諧振蕩器一端(74HC14的第11腳) 與容量為20p校準參考電容連接(該參考電容的另一端與信號地連接)，另一 端與SN802501B主控CPU7的第10腳相連。蜂鳴器與主控CPU的第8腳、第9腳相連。雙色LED中的紅色指示燈驅 動腳接入主控CPU的第1腳，綠色指示燈驅動腳接入主控CPU的第14腳。 SN802501B主控CPU的11腳與信號地相連。在雙色LED中的共陽極與主控CPU 的第4腳之間跨接一個阻值為lk的電阻。電源的正極與主控CPU的第4腳相 連進行供電。如圖3所示為本實用新型主控程序流程圖。 結合本實施例步驟描述如下-1、 系統上電，蜂鳴器長鳴，打開雙色LED的紅色指示燈；2、 測量對地電場多諧振蕩器的頻率，記為StartValueA;3、 按照具體應用場合的要求設置ABC三個級別的告警區間的上下門限值, 在本實施例中，A區間為(0 ， StartValueA*l/280] ， B區間為.(StartValueA*l/280， StartValueA*3/280] ， C區間為(StartValueA*3/280， StartValueA*9/280];4、 測量校準參考多諧振蕩器的頻率，記為StartValueB;5、 關閉蜂鳴器，關閉雙色LED紅色指示燈，打開雙色LED綠色指示燈， 系統進入主循環；6、 系統監測對地電場多諧振蕩器的頻率，記為CurValueA;7、 系統監測校準參考多諧振蕩器的頻率，記為CurValueB;8、 計算頻率校準因子CorrectFactor=CurValueB/StartValueB;9、 使用頻率校準因子校準CurValueA，得到實際的對地電場多諧振蕩器' 頻率RealValueA二CorrectFactor氺CurValueA;10 、計算對地電場多諧振蕩器振蕩頻率差值 DiffValueA二StartValueA-RealValueA;11、判走DiffValueA的值是否落入ABC三個區間，並進行告警指示，進 入下一輪循環即前述的第6步，否則轉入前述的第5步。本實用新型產品的結構如圖4所示，探測器主要由上蓋l、下蓋2、主控 電路板4、電池座5、鋁膜9、導電體3、開關7、雙色LED燈8和蜂鳴器6組 成。下蓋2的內壁表面鋪設一層鋁膜9，作為感應探頭。下蓋2之上安裝一主 控電路板4，下蓋2的左端放置一電池座5和蜂鳴器6，主控電路板4與下蓋 2之間連接一導電體3 (本實用新型採用導電螺旋絲)。上蓋1安裝有開關7、 雙色LED燈8。
權利要求1.一種手持式介質探測器，包括電源部部分、外殼上蓋、外殼下蓋、感應探頭、電場檢測電路、主控CPU和聲光指示裝置組成，感應探頭為附著在外殼下蓋內側的感應膜，感應膜與大地形成電場迴路，電場檢測電路採用施密特反相器集成電路塊和連接的電阻、電容構成，聲光指示裝置由蜂鳴器和發光二極體組成，感應探頭與電場檢測電路之間通過一導電體相連接，並將監測到的電容變化轉變為頻率變化後，連接到主控CPU，主控CPU與聲光指示裝置連接，其特徵在於所述電場檢測電路由對地電場多諧振蕩器和校準參考多諧振蕩器組成。
2. 根據權利要求1所述的手持式介質探測器，其特徵在於，所述對地電場 多諧振蕩器由施密特反相器的U1B門配以相應的電阻和電容組成。
3. 根據權利要求1所述的手持式介質探測器，其特徵在於，所述校準參考 多諧振蕩器由施密特反相器的U1E門配以相應的電阻和電容組成。
4. 根據權利要求1所述的手持式介質探測器，其特徵在於，所述感應膜為 鋁箔。
5. 根據權利要求2或3所述的手持式介質探測器，其特徵在於，所述施密 特反相器為74HC14、 74HC02或CD4093。
6. 根據權利要求1所述的手持式介質探測器，其特徵在於，所述發光二極 管為三腳雙色共陽發光二極體，所述蜂鳴器為電磁式無源蜂鳴器。
專利摘要本實用新型是一種手持式介質探測器，它由電源部部分、外殼上蓋、外殼下蓋、感應探頭、電場檢測電路、主控CPU和聲光指示裝置組成，通過將感應探頭監測到的電容變化轉為頻率變化，達到探測的目的，其特徵在於所述的電場檢測電路由對地電場多諧振蕩器和校準參考多諧振蕩器組成。本實用新型採用「雙路檢測，自動校準」的原理成功的以低成本器件解決了因為電源幹擾、環境溫溼度變化、器件的不一致性等原因引起的共模幹擾的難題，達到了本實用新型探測器成本低、靈敏性高、穩定性強的目的，可廣泛應用於如建築物裝修等場合。
文檔編號G01V3/08GK201126480SQ20072005534
公開日2008年10月1日 申請日期2007年8月10日 優先權日2007年8月10日
發明者楊賢昭 申請人:楊賢昭