关于考毕兹振荡器做金属检测时感应距离非常近的改进方法

ID:1066092 · 发表于 2024-3-30 22:27

先说说自己情况，90年的中技钳工，后面跟人学了两个月的电视机维修，工厂不行发不了工资然后就去外面打工在机械厂或者电子厂里做设备维修。个人比较喜欢电子这，但是没有基础理论上啥都不懂，别人讲过了就大概懂一点别人没有讲的东西就搞不懂，有不懂的地方基本上要么就是无解要么就是靠网络上查找再不就是靠热心的网友在些论坛上指点，一直也非常感谢这些热心的好人指点。
我参考的是网上一篇北京大学硕士文档《一种应用于传送带的智能金属探测仪》里的讲解来试这个金属检测原理，因为不会理论觉得用分立件做考毕兹振荡器不好弄，网上找和坛友指点改成了用运放搭振荡电路，个人觉得用运放贵一点但是在不同温度下的稳定性可靠性要比自己用分立件搭要简单，多的运放还可以用做其它用途简单方便。
我搭出来的最终电路振荡频率是15.7K和算的15K也差不了多少，但问题是，在文档中提到使用100g的金属就能使振荡电压有非常明显的变化，而我这里用把钳子都不止500g了，把钳子贴到线圈上振荡电压基本没变化振荡频率也没变化，唯一能看到变化的就是振荡波形相位有大约30度的后移，文档中放入100g金属振荡电压变化了约400mv，放入300g后振荡电压大约减小了2v，振荡频率图上显示由9.26k减小到了9.2k，但这个频率变化不知道是示波器的原因还是频率真的是减小了60hz。
在此请教坛友们，我这个感应线圈上放入金属铁后振荡电压和频率都没什么变化的原因是错在什么地方？该怎么样改进呢？我使用的是单电源24V，下面是我用运放搭的原理图

我用的感应线圈是这样的：

文档中的振荡电路图如下，感应线圈接在AB点，原理实在没搞懂，不知道其中L2和L3是干嘛用的，感觉AB端接的应该是考毕兹振荡器中的那个电感，不知道理解是不是正确的。

ID:883242 · 发表于 2024-3-30 23:33

你这问题跟电路图一点儿关系都没有，完全取决于感应线圈的绕法，以及目标与感应线圈的相对位置。

ID:195496 · 发表于 2024-3-31 09:08

你看的文档大部分是实现不了的，还是小制做上的文章靠谱一点。你参考电感接近开关电路就可以实现，不就是进行振荡停振检测金属，平时起振，接近金属时停振。以前无线电都有这种功能的，就是要木材残钉检测器。

ID:195496 · 发表于 2024-3-31 09:22

金属探测器.pdf (923.95 KB, 下载次数: 18)

ID:195496 · 发表于 2024-3-31 10:58

现在的文档，可信度太低了

ID:1066092 · 发表于 2024-3-31 13:12

楼上几位说的有道理，不过楼上说的几种应该是探地的金属检测，而上面文章中的是自激式的工业金属检测，如果说文中的是不正确的那岂不是各种学科文档中该实现方法都是不正确的？事实上网上常能找到的电路图和原理应该还都是玩具类的探宝类的金属探测器为多，文中的金属检测应该和探宝类的原理相通应用场景不同结构也就大不同。
我感觉我参考文中的说明，好像振荡和发送是两个不同部分，现在我这个线圈只有将金属贴到线圈上后信号相移有变化，电压和频率没有变化，而所有介绍自激式金属检测在有金属靠近时电压和频率都会因为涡流发生变化，我卡在这里不知道错误在什么地方了。
同时上传一份2015年的用在工业上的金属检测器应用，能力有限找不到更清晰的版本只能勉强费眼看看。

适用于磁性矿石的金属探测器的现状和发展 - 道客巴巴.pdf (446.55 KB, 下载次数: 6)

ID:1066092 · 发表于 2024-4-1 20:28

今天把线圈去掉了一半只剩17圈，频率到了30.5K分别用小螺丝刀，水果刀和空心钢管放置线圈中间，小螺丝刀检测不到，水果刀能引起相移0.9us肉眼能分辨出来，空心钢管大概能相移约20度以上肉眼能一眼看出来，但是频率和电压在示波器上感觉是没有任何变化，然后用个手提电子称重了下小螺丝刀称分辨不出重量，水果刀约30g(公斤称分辨率没那么高）。继续求教，如果采用相位分辨的话，同一个信号怎么才能实现相位移动的识别？我的示波器是个玩具类，汉泰的最底端货虽然标准信号的1K 5v是很稳定准确的但是测别的信号好像从来没有稳定过，频率一直在跳动中，以前没用过示波器更没用过好的示波器，不知道是我测的信号频率本来就是在跳动还是示波器太底端了。我的理解是相位移动应该是频率发生了改变但示波器显示的频率在跳动而且没有什么可分辨的变化，所以不知道这线圈中放入金属后振荡频率究竟有没有变化。
然后就是这个测频率的实现方法，看网上有计频法和计时法，按我在网上看这些用来检测金属的速度最少可以达到3m/s，最快的能达到21m/s，以这个速度如果是用计频法，频率数还没计够可信赖的量待检测的金属就不知道跑过多少米远了。如果用计时法，应该最少要达到1ms的分辨率才能在金属穿越线圈时被准确计算出当时的频率，可这对单片机来说是不是处理的算太频繁了？
这种金属检测器不是探宝类的可以将振荡频率搞在刚好振荡的临界状态，靠振荡器停振来确定是否检测到金属，出错了大不了再在范围类多移动检测几次看是不是漏检错检了，这种检测器应该是不能接受靠停振状态来确定是否有金属而必须一直处于振荡状态，想请教下这种一直处于振荡状态下如果才能提高检测到金属是振荡器的频率和电压能有比较明显的变化？
最后就是这种检测器都宣称大概在半米宽度下最小能检测到30mm直径的钢球，这个检测水平是不是有水分啦？这玩意都宣称有这个技术有那个技术甚至是说基于某某国某某厂的，我就想搞清楚它究竟是哪种技术。
同时将我用的小螺丝刀，水果刀和空心钢管与鼠标对照图，有了解这东西的看看我这个检测算是能过关还是在基础状态？

ID:883242 · 发表于 2024-4-2 18:44

相位都是相对的，必须有一个参考点才能说相位发生了变化，你这个电路我左看右看就是看不出怎么才能测出相位发生变化而频率不变的？

ID:1066092 · 发表于 2024-4-6 22:19

Hephaestus 发表于 2024-4-2 18:44
相位都是相对的，必须有一个参考点才能说相位发生了变化，你这个电路我左看右看就是看不出怎么才能测出相位 ...

我是拿示波器测的，金属靠近线圈，波形和原来的波形出现超前，去掉金属后波形回到原来的位置，测波形在放置金属和去掉金属时波形宽带基本无法分辨出有变化，波形电压一只波动不能确定放置金属时电压是否有变化，毕竟两者电压波动时基本一致。
离开示波器我也是判断不出来波形是否出现相位变化。不明白别人那里怎么说是金属靠近时频率和电压都有变化而我这里确感觉不到有变化。

ID:1064915 · 发表于 2024-4-7 08:34

继续努力，会成功的

ID:883242 · 发表于 2024-4-7 17:59

hisun 发表于 2024-4-6 22:19
我是拿示波器测的，金属靠近线圈，波形和原来的波形出现超前，去掉金属后波形回到原来的位置，测波形在放 ...

你把波形贴出来，“超前”是必须有参考点，相位不能凭空变出来。不是频率变化就是幅值变化。

ID:1066092 · 发表于 2024-4-8 13:14

Hephaestus 发表于 2024-4-7 17:59
你把波形贴出来，“超前”是必须有参考点，相位不能凭空变出来。不是频率变化就是幅值变化。

没必要再贴个波形图了，网上查的结果是要获得相位差需要两路同频做比较，我这是一路的是前后时间里出现相位差应该电路上不好弄，继续苦看单片机定时器，看能不能学会用定时器卡波形周期时间获得超前或者滞后量。
也看到用相位差判别的所查到的是平衡式的，有两路信号才做相位方面的处理。
再说了，我这里要是检测到金属振荡频率真的变化了几hz，示波器上用光标测的信号周期时间略有区别，也不敢确定自己绕在纸箱上的线圈是不是在测的时候动了造成的还是真的频率有变化，相反，只要金属靠近相位肯定是有变化，越大相位移动越大，用相位来识别可靠性更好。

ID:396024 · 发表于 2024-4-10 14:33

频率太低了，到1mh左右试一下，空心线圈15厘米左右，用单片机测量频率

ID:1066092 · 发表于 2024-4-10 15:02

smmj 发表于 2024-4-10 14:33
频率太低了，到1mh左右试一下，空心线圈15厘米左右，用单片机测量频率

我不会理论，但是看别人的用来检测铁之类频率基本都是几K到十几K，没有查到过有用到几十K甚至到兆级频率的。都用这个范围的频率必定是有其道理在里面，然后就算真用到兆级的频率后面要是上个带通滤波器就得哭了吧？空心线圈不可能是15厘米的，宽度最少都是半米以上，高度也是10厘米起步。没钱玩那种探宝机，但对海鲜市场上那些自称探深几十公分甚至几米的说法很怀疑，毕竟看那些视频上展示的最多也就是用手拨拉几下土就找到金属的，从没看到那种需要上铁铲去挖的完整探测视频。我看的就像是下面这个东西：

ID:883242 · 发表于 2024-4-13 21:58

hisun 发表于 2024-4-8 13:14
没必要再贴个波形图了，网上查的结果是要获得相位差需要两路同频做比较，我这是一路的是前后时间里出现相 ...

没有相位参考点，你为什么要反复的说相位发生了变化？波形图也不贴，就是反反复复坚持你的错误认识，怎么可能让别人理解？

ID:883242 · 发表于 2024-4-13 22:46

hisun 发表于 2024-4-10 15:02
我不会理论，但是看别人的用来检测铁之类频率基本都是几K到十几K，没有查到过有用到几十K甚至到兆级频率 ...

几十k几百k的太多了，不过你这水平连什么是相位都不知道，还要满嘴跑相位的理解起来几乎不可能。

ID:1066092 · 发表于 2024-4-14 11:00

Hephaestus 发表于 2024-4-13 22:46
几十k几百k的太多了，不过你这水平连什么是相位都不知道，还要满嘴跑相位的理解起来几乎不可能。

高频的我查到基本都是靠停振来检测是否有金属，也就是像手持式的那种。海鲜市场上也有用51做的测频的，这两者用的地方不一样好吧，这种振荡不管是否有金属靠近都是不许停振的，按别人的说法是靠频率和电压的不同确定是否检测到，靠相位确定是哪一种金属。

ID:1066092 · 发表于 2024-4-14 11:09

Hephaestus 发表于 2024-4-13 21:58
没有相位参考点，你为什么要反复的说相位发生了变化？波形图也不贴，就是反反复复坚持你的错误认识，怎么 ...

我所查到的也是，相位是否变化需要有另一个同频的信号同时做对比才能确定相位是否变化。
你纠结于我这是单个的信号怎么出现相位变化的，我这相当于是用示波器比较信号在不同时间上的相位移动，也就是比较不同时间同处同一个信号的相位差没毛病吧。理解不了的话也可以做个振荡器再绕个线圈式式，用示波器就能看到靠近和离开后振荡波形的相位变化了，比起来不管是帖图还是我来说都让你觉得可信多了。

ID:883242 · 发表于 2024-4-14 13:25

hisun 发表于 2024-4-14 11:00
高频的我查到基本都是靠停振来检测是否有金属，也就是像手持式的那种。海鲜市场上也有用51做的测频的，这 ...

你先别管别人的说法，我解释一下图，频率越高灵敏度越高，但是超过20kHz人耳就听不到了。实际上的金属探测器多数以超音频几十上百kHz工作，然后跟同频本振差拍出一个音频，人耳就能听出变化来了。

ID:883242 · 发表于 2024-4-14 13:32

hisun 发表于 2024-4-14 11:09
我所查到的也是，相位是否变化需要有另一个同频的信号同时做对比才能确定相位是否变化。
你纠结于我这是 ...

你是不懂示波器触发原理，以为波形在x轴上移动了就是相位变化了。基础知识几乎为零，没法谈下去。

ID:1066092 · 发表于 2024-4-15 15:36

Hephaestus 发表于 2024-4-14 13:32
你是不懂示波器触发原理，以为波形在x轴上移动了就是相位变化了。基础知识几乎为零，没法谈下去。

回你最后一次了。
我理解的是：同一时间的相位差只能靠两个同频率的信号才能比较出相位差。但是同一个信号是可以在不同时间有相位差的。两者的区别就是一个在同一个时间内，一个是在不同时间内。用一句通俗的话讲就是，你可以在部分时间内欺骗所有人，也可以在所有时间内欺骗部分人，但你不可能在所有时间内欺骗的了所有人。
我水平差，我已经想用其它办法去解决这个问题了。也不要再贴哪种几十上百K的所谓探测器了，两者不一样不一样不一样！麻烦自己去认真找几篇文档和专利去看看，难不成那些做这个的都是些傻子什么都不懂的么？真正有价值的东西是不会出现在网上的，只会有个原理讲解，别一再拿那些很容易搜出来的东西指点江山。
我想到方法去解决这个问题，该帖就不需要再讨论了。
你说的都对。

在我的帖子请教四阶带通滤波器焊出来实物翻车的可能原因里，你又在纠结究竟我用的是什么型号的运放干什么，我又不是让你帮我选型号，也不是让你给我指出具体是哪个元件或是哪个线路造成的错误。你稍微看下图里面就知道用的5532来仿真，那么实物运放参数最少也会和5532持平，干嘛非纠结哪个具体型号干什么？如果你认为可能是运放哪个参数有可能造成的或者是其它那些地方造成的，你愿意讲你可以指点我，不愿意讲也可以不讲，非我说个运放型号你又会相信我就真是用的说的那个型号运放吗？是不是还要我拍个焊在板上的运放照片给你去确认下确实用的是那个运放？这里就是用来玩下验证下没那么高的要求，不管我选哪个型号的运放，只要我选的运放增益带宽积大于了FilterPro Desktop里要求的最小增益带宽积的7.3M就可以了，跟选用什么型号器件还有什么关系了？在帖子中我都说了用的是10M带宽的运放，不知道你纠结个运放的具体型号干什么？

ID:883242 · 发表于 2024-4-15 16:56

同一个信号在不同时间有相位差，这种理论都能提出来也真是个#￥%了。

ID:883242 · 发表于 2024-4-17 15:59

hisun 发表于 2024-4-15 15:36
回你最后一次了。
我理解的是：同一时间的相位差只能靠两个同频率的信号才能比较出相位差。但是同一个信 ...

顶一下，让大家见识见识。

ID:883242 · 发表于 2024-4-21 20:28

hisun 发表于 2024-4-15 15:36
回你最后一次了。
我理解的是：同一时间的相位差只能靠两个同频率的信号才能比较出相位差。但是同一个信 ...

顶一下，让大家见识见识。

ID:1066092 · 发表于 2024-4-22 00:27

Hephaestus 发表于 2024-4-21 20:28
顶一下，让大家见识见识。

论坛是谈论技术的地方，不是什么抬扛的地方，自己慢慢想。
用你说的都对来结束这个贴子也结束和你的对话。

ID:344848 · 发表于 2024-4-22 15:20

超声波用于探测金属，已用于考古。关键是探测深度和图像的处理，不是简单电路可以实现的：就像B超一样，图像处理是核心。

ID:1069736 · 发表于 2024-6-12 09:14

金属探测器用的振荡器稳定性就决定了机器的好坏，主要解决的就是温漂和零点漂移的问题，据说差分振荡器稳定性不错，有没有懂的分享一下这方面的知识？设计频率在30khz以内

ID:1069736 · 发表于 2024-6-20 18:39

给你一张三极管做的西勒振荡器，频率大概20多khz

ID:25231 · 发表于 2024-7-2 16:14

现在好一点的探宝器都用上DDS了，频率稳定性很高

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