在機(jī)場(chǎng)，影院等許多公共場(chǎng)所你都可以看到金屬檢測(cè)器的存在。它們往往是出于安全考慮以檢測(cè)是否有人攜帶不符規(guī)定的金屬物體。在本項(xiàng)目中我們來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的金屬檢測(cè)器電路。金屬探測(cè)器的電路有許多種，但大部分設(shè)計(jì)都比較復(fù)雜，所以此處我們就用555定時(shí)器來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的金屬探測(cè)器電路。

繼續(xù)深入之前我們需要了解電感和RLC電路的概念。我們先來(lái)談?wù)?a target="_blank">電感。電感其實(shí)就是繞成不同形狀大小的線(xiàn)圈。一個(gè)電感的電感值往往由許多參數(shù)來(lái)決定。其中對(duì)電感值影響很大的一個(gè)參數(shù)就是磁芯。

下圖展示的是空芯電感，這些電感中沒(méi)有磁芯，所以基本上就是放置在空氣中的線(xiàn)圈。電感產(chǎn)生磁場(chǎng)的傳遞介質(zhì)為空氣。這些電感一般有著非常低的電感值。

這些電感一般都在微亨級(jí)，所以并不適用于毫亨級(jí)以上的應(yīng)用。以下是加入了磁芯的電感。


當(dāng)電感的磁芯是鐵氧體或是鐵芯時(shí)，其線(xiàn)圈的電感量會(huì)急劇增加。該增量遠(yuǎn)大于同樣大小及形狀的空芯電感。

現(xiàn)在我們來(lái)看RLC電路，如下圖所示，a和c引腳間的電抗或感抗取決于L和C的值，前提是信號(hào)頻率恒定。

所以如果電感值改變，則電感或感抗的值也會(huì)改變。而電感和RLC電路是如何運(yùn)用到金屬檢測(cè)電路中的，我們將在后面的原理部分詳解。

所需元器件

1. +9V電源
2. 555定時(shí)器
3. 47kΩ電阻
4. 2.2uF電容 x 2
5. 揚(yáng)聲器（8Ω）
6. 直徑為10cm的150匝線(xiàn)圈

電路圖及原理

上圖便是金屬檢測(cè)器的電路圖。555定時(shí)器在此處的作用為方波生成器，它會(huì)生成人可以聽(tīng)見(jiàn)的脈沖頻率。引腳1和引腳2之間的電容不應(yīng)改變，因?yàn)樗枰脕?lái)生成人可以聽(tīng)到的頻率。

在該電路中有一部分RLC電路，由47Ω電阻，2.2uF電容和150匝的電感組成。其中RLC電路部分就是用來(lái)檢測(cè)金屬的部分。正如我們上述所說(shuō)，一個(gè)金屬磁芯的電感比空芯電感的電感值要打。

要知道我們此處使用的是一個(gè)空芯電感，所以當(dāng)一個(gè)金屬物體接近線(xiàn)圈時(shí)，金屬物體就充當(dāng)了磁芯的身份。而金屬物體作為磁性后，線(xiàn)圈的電感值會(huì)極大增加。如此突增讓RLC電路的總電抗或感抗也發(fā)生了極大的改變。

一開(kāi)始沒(méi)有金屬物體時(shí)，信號(hào)通過(guò)揚(yáng)聲器會(huì)形成一些聲音。有了RLC電路的電抗變化，這時(shí)候傳入揚(yáng)聲器的信號(hào)就不再相同了，因此揚(yáng)聲器里傳出來(lái)的聲音也會(huì)與之前不同。

所以無(wú)論何時(shí)一個(gè)金屬物體接近線(xiàn)圈，RLC的感抗變化會(huì)使信號(hào)發(fā)生改變，也就導(dǎo)致了揚(yáng)聲器生成的聲音改變。

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