關于考畢茲振蕩器做金屬檢測時感應距離非常近的改進方法

ID:1066092 · 發表于 2024-3-30 22:27

先說說自己情況，90年的中技鉗工，后面跟人學了兩個月的電視機維修，工廠不行發不了工資然后就去外面打工在機械廠或者電子廠里做設備維修。個人比較喜歡電子這，但是沒有基礎理論上啥都不懂，別人講過了就大概懂一點別人沒有講的東西就搞不懂，有不懂的地方基本上要么就是無解要么就是靠網絡上查找再不就是靠熱心的網友在些論壇上指點，一直也非常感謝這些熱心的好人指點。
我參考的是網上一篇北京大學碩士文檔《一種應用于傳送帶的智能金屬探測儀》里的講解來試這個金屬檢測原理，因為不會理論覺得用分立件做考畢茲振蕩器不好弄，網上找和壇友指點改成了用運放搭振蕩電路，個人覺得用運放貴一點但是在不同溫度下的穩定性可靠性要比自己用分立件搭要簡單，多的運放還可以用做其它用途簡單方便。
我搭出來的最終電路振蕩頻率是15.7K和算的15K也差不了多少，但問題是，在文檔中提到使用100g的金屬就能使振蕩電壓有非常明顯的變化，而我這里用把鉗子都不止500g了，把鉗子貼到線圈上振蕩電壓基本沒變化振蕩頻率也沒變化，唯一能看到變化的就是振蕩波形相位有大約30度的后移，文檔中放入100g金屬振蕩電壓變化了約400mv，放入300g后振蕩電壓大約減小了2v，振蕩頻率圖上顯示由9.26k減小到了9.2k，但這個頻率變化不知道是示波器的原因還是頻率真的是減小了60hz。
在此請教壇友們，我這個感應線圈上放入金屬鐵后振蕩電壓和頻率都沒什么變化的原因是錯在什么地方？該怎么樣改進呢？我使用的是單電源24V，下面是我用運放搭的原理圖

我用的感應線圈是這樣的：

文檔中的振蕩電路圖如下，感應線圈接在AB點，原理實在沒搞懂，不知道其中L2和L3是干嘛用的，感覺AB端接的應該是考畢茲振蕩器中的那個電感，不知道理解是不是正確的。

ID:883242 · 發表于 2024-3-30 23:33

你這問題跟電路圖一點兒關系都沒有，完全取決于感應線圈的繞法，以及目標與感應線圈的相對位置。

ID:195496 · 發表于 2024-3-31 09:08

你看的文檔大部分是實現不了的，還是小制做上的文章靠譜一點。你參考電感接近開關電路就可以實現，不就是進行振蕩停振檢測金屬，平時起振，接近金屬時停振。以前無線電都有這種功能的，就是要木材殘釘檢測器。

ID:195496 · 發表于 2024-3-31 09:22

金屬探測器.pdf (923.95 KB, 下載次數: 18)

ID:195496 · 發表于 2024-3-31 10:58

現在的文檔，可信度太低了

ID:1066092 · 發表于 2024-3-31 13:12

樓上幾位說的有道理，不過樓上說的幾種應該是探地的金屬檢測，而上面文章中的是自激式的工業金屬檢測，如果說文中的是不正確的那豈不是各種學科文檔中該實現方法都是不正確的？事實上網上常能找到的電路圖和原理應該還都是玩具類的探寶類的金屬探測器為多，文中的金屬檢測應該和探寶類的原理相通應用場景不同結構也就大不同。
我感覺我參考文中的說明，好像振蕩和發送是兩個不同部分，現在我這個線圈只有將金屬貼到線圈上后信號相移有變化，電壓和頻率沒有變化，而所有介紹自激式金屬檢測在有金屬靠近時電壓和頻率都會因為渦流發生變化，我卡在這里不知道錯誤在什么地方了。
同時上傳一份2015年的用在工業上的金屬檢測器應用，能力有限找不到更清晰的版本只能勉強費眼看看。

適用于磁性礦石的金屬探測器的現狀和發展 - 道客巴巴.pdf (446.55 KB, 下載次數: 6)

ID:1066092 · 發表于 2024-4-1 20:28

今天把線圈去掉了一半只剩17圈，頻率到了30.5K分別用小螺絲刀，水果刀和空心鋼管放置線圈中間，小螺絲刀檢測不到，水果刀能引起相移0.9us肉眼能分辨出來，空心鋼管大概能相移約20度以上肉眼能一眼看出來，但是頻率和電壓在示波器上感覺是沒有任何變化，然后用個手提電子稱重了下小螺絲刀稱分辨不出重量，水果刀約30g(公斤稱分辨率沒那么高）。繼續求教，如果采用相位分辨的話，同一個信號怎么才能實現相位移動的識別？我的示波器是個玩具類，漢泰的最底端貨雖然標準信號的1K 5v是很穩定準確的但是測別的信號好像從來沒有穩定過，頻率一直在跳動中，以前沒用過示波器更沒用過好的示波器，不知道是我測的信號頻率本來就是在跳動還是示波器太底端了。我的理解是相位移動應該是頻率發生了改變但示波器顯示的頻率在跳動而且沒有什么可分辨的變化，所以不知道這線圈中放入金屬后振蕩頻率究竟有沒有變化。
然后就是這個測頻率的實現方法，看網上有計頻法和計時法，按我在網上看這些用來檢測金屬的速度最少可以達到3m/s，最快的能達到21m/s，以這個速度如果是用計頻法，頻率數還沒計夠可信賴的量待檢測的金屬就不知道跑過多少米遠了。如果用計時法，應該最少要達到1ms的分辨率才能在金屬穿越線圈時被準確計算出當時的頻率，可這對單片機來說是不是處理的算太頻繁了？
這種金屬檢測器不是探寶類的可以將振蕩頻率搞在剛好振蕩的臨界狀態，靠振蕩器停振來確定是否檢測到金屬，出錯了大不了再在范圍類多移動檢測幾次看是不是漏檢錯檢了，這種檢測器應該是不能接受靠停振狀態來確定是否有金屬而必須一直處于振蕩狀態，想請教下這種一直處于振蕩狀態下如果才能提高檢測到金屬是振蕩器的頻率和電壓能有比較明顯的變化？
最后就是這種檢測器都宣稱大概在半米寬度下最小能檢測到30mm直徑的鋼球，這個檢測水平是不是有水分啦？這玩意都宣稱有這個技術有那個技術甚至是說基于某某國某某廠的，我就想搞清楚它究竟是哪種技術。
同時將我用的小螺絲刀，水果刀和空心鋼管與鼠標對照圖，有了解這東西的看看我這個檢測算是能過關還是在基礎狀態？

ID:883242 · 發表于 2024-4-2 18:44

相位都是相對的，必須有一個參考點才能說相位發生了變化，你這個電路我左看右看就是看不出怎么才能測出相位發生變化而頻率不變的？

ID:1066092 · 發表于 2024-4-6 22:19

Hephaestus 發表于 2024-4-2 18:44
相位都是相對的，必須有一個參考點才能說相位發生了變化，你這個電路我左看右看就是看不出怎么才能測出相位 ...

我是拿示波器測的，金屬靠近線圈，波形和原來的波形出現超前，去掉金屬后波形回到原來的位置，測波形在放置金屬和去掉金屬時波形寬帶基本無法分辨出有變化，波形電壓一只波動不能確定放置金屬時電壓是否有變化，畢竟兩者電壓波動時基本一致。
離開示波器我也是判斷不出來波形是否出現相位變化。不明白別人那里怎么說是金屬靠近時頻率和電壓都有變化而我這里確感覺不到有變化。

ID:1064915 · 發表于 2024-4-7 08:34

繼續努力，會成功的

ID:883242 · 發表于 2024-4-7 17:59

hisun 發表于 2024-4-6 22:19
我是拿示波器測的，金屬靠近線圈，波形和原來的波形出現超前，去掉金屬后波形回到原來的位置，測波形在放 ...

你把波形貼出來，“超前”是必須有參考點，相位不能憑空變出來。不是頻率變化就是幅值變化。

ID:1066092 · 發表于 2024-4-8 13:14

Hephaestus 發表于 2024-4-7 17:59
你把波形貼出來，“超前”是必須有參考點，相位不能憑空變出來。不是頻率變化就是幅值變化。

沒必要再貼個波形圖了，網上查的結果是要獲得相位差需要兩路同頻做比較，我這是一路的是前后時間里出現相位差應該電路上不好弄，繼續苦看單片機定時器，看能不能學會用定時器卡波形周期時間獲得超前或者滯后量。
也看到用相位差判別的所查到的是平衡式的，有兩路信號才做相位方面的處理。
再說了，我這里要是檢測到金屬振蕩頻率真的變化了幾hz，示波器上用光標測的信號周期時間略有區別，也不敢確定自己繞在紙箱上的線圈是不是在測的時候動了造成的還是真的頻率有變化，相反，只要金屬靠近相位肯定是有變化，越大相位移動越大，用相位來識別可靠性更好。

ID:396024 · 發表于 2024-4-10 14:33

頻率太低了，到1mh左右試一下，空心線圈15厘米左右，用單片機測量頻率

ID:1066092 · 發表于 2024-4-10 15:02

smmj 發表于 2024-4-10 14:33
頻率太低了，到1mh左右試一下，空心線圈15厘米左右，用單片機測量頻率

我不會理論，但是看別人的用來檢測鐵之類頻率基本都是幾K到十幾K，沒有查到過有用到幾十K甚至到兆級頻率的。都用這個范圍的頻率必定是有其道理在里面，然后就算真用到兆級的頻率后面要是上個帶通濾波器就得哭了吧？空心線圈不可能是15厘米的，寬度最少都是半米以上，高度也是10厘米起步。沒錢玩那種探寶機，但對海鮮市場上那些自稱探深幾十公分甚至幾米的說法很懷疑，畢竟看那些視頻上展示的最多也就是用手撥拉幾下土就找到金屬的，從沒看到那種需要上鐵鏟去挖的完整探測視頻。我看的就像是下面這個東西：
捕獲.JPG

ID:883242 · 發表于 2024-4-13 21:58

hisun 發表于 2024-4-8 13:14
沒必要再貼個波形圖了，網上查的結果是要獲得相位差需要兩路同頻做比較，我這是一路的是前后時間里出現相 ...

沒有相位參考點，你為什么要反復的說相位發生了變化？波形圖也不貼，就是反反復復堅持你的錯誤認識，怎么可能讓別人理解？

ID:883242 · 發表于 2024-4-13 22:46

hisun 發表于 2024-4-10 15:02
我不會理論，但是看別人的用來檢測鐵之類頻率基本都是幾K到十幾K，沒有查到過有用到幾十K甚至到兆級頻率 ...

幾十k幾百k的太多了，不過你這水平連什么是相位都不知道，還要滿嘴跑相位的理解起來幾乎不可能。
R-C (1).gif

ID:1066092 · 發表于 2024-4-14 11:00

Hephaestus 發表于 2024-4-13 22:46
幾十k幾百k的太多了，不過你這水平連什么是相位都不知道，還要滿嘴跑相位的理解起來幾乎不可能。

高頻的我查到基本都是靠停振來檢測是否有金屬，也就是像手持式的那種。海鮮市場上也有用51做的測頻的，這兩者用的地方不一樣好吧，這種振蕩不管是否有金屬靠近都是不許停振的，按別人的說法是靠頻率和電壓的不同確定是否檢測到，靠相位確定是哪一種金屬。

ID:1066092 · 發表于 2024-4-14 11:09

Hephaestus 發表于 2024-4-13 21:58
沒有相位參考點，你為什么要反復的說相位發生了變化？波形圖也不貼，就是反反復復堅持你的錯誤認識，怎么 ...

我所查到的也是，相位是否變化需要有另一個同頻的信號同時做對比才能確定相位是否變化。
你糾結于我這是單個的信號怎么出現相位變化的，我這相當于是用示波器比較信號在不同時間上的相位移動，也就是比較不同時間同處同一個信號的相位差沒毛病吧。理解不了的話也可以做個振蕩器再繞個線圈式式，用示波器就能看到靠近和離開后振蕩波形的相位變化了，比起來不管是帖圖還是我來說都讓你覺得可信多了。

ID:883242 · 發表于 2024-4-14 13:25

hisun 發表于 2024-4-14 11:00
高頻的我查到基本都是靠停振來檢測是否有金屬，也就是像手持式的那種。海鮮市場上也有用51做的測頻的，這 ...

你先別管別人的說法，我解釋一下圖，頻率越高靈敏度越高，但是超過20kHz人耳就聽不到了。實際上的金屬探測器多數以超音頻幾十上百kHz工作，然后跟同頻本振差拍出一個音頻，人耳就能聽出變化來了。

ID:883242 · 發表于 2024-4-14 13:32

hisun 發表于 2024-4-14 11:09
我所查到的也是，相位是否變化需要有另一個同頻的信號同時做對比才能確定相位是否變化。
你糾結于我這是 ...

你是不懂示波器觸發原理，以為波形在x軸上移動了就是相位變化了。基礎知識幾乎為零，沒法談下去。

ID:1066092 · 發表于 2024-4-15 15:36

Hephaestus 發表于 2024-4-14 13:32
你是不懂示波器觸發原理，以為波形在x軸上移動了就是相位變化了。基礎知識幾乎為零，沒法談下去。

回你最后一次了。
我理解的是：同一時間的相位差只能靠兩個同頻率的信號才能比較出相位差。但是同一個信號是可以在不同時間有相位差的。兩者的區別就是一個在同一個時間內，一個是在不同時間內。用一句通俗的話講就是，你可以在部分時間內欺騙所有人，也可以在所有時間內欺騙部分人，但你不可能在所有時間內欺騙的了所有人。
我水平差，我已經想用其它辦法去解決這個問題了。也不要再貼哪種幾十上百K的所謂探測器了，兩者不一樣不一樣不一樣！麻煩自己去認真找幾篇文檔和專利去看看，難不成那些做這個的都是些傻子什么都不懂的么？真正有價值的東西是不會出現在網上的，只會有個原理講解，別一再拿那些很容易搜出來的東西指點江山。
我想到方法去解決這個問題，該帖就不需要再討論了。
你說的都對。

在我的帖子請教四階帶通濾波器焊出來實物翻車的可能原因里，你又在糾結究竟我用的是什么型號的運放干什么，我又不是讓你幫我選型號，也不是讓你給我指出具體是哪個元件或是哪個線路造成的錯誤。你稍微看下圖里面就知道用的5532來仿真，那么實物運放參數最少也會和5532持平，干嘛非糾結哪個具體型號干什么？如果你認為可能是運放哪個參數有可能造成的或者是其它那些地方造成的，你愿意講你可以指點我，不愿意講也可以不講，非我說個運放型號你又會相信我就真是用的說的那個型號運放嗎？是不是還要我拍個焊在板上的運放照片給你去確認下確實用的是那個運放？這里就是用來玩下驗證下沒那么高的要求，不管我選哪個型號的運放，只要我選的運放增益帶寬積大于了FilterPro Desktop里要求的最小增益帶寬積的7.3M就可以了，跟選用什么型號器件還有什么關系了？在帖子中我都說了用的是10M帶寬的運放，不知道你糾結個運放的具體型號干什么？

ID:883242 · 發表于 2024-4-15 16:56

同一個信號在不同時間有相位差，這種理論都能提出來也真是個#￥%了。

ID:883242 · 發表于 2024-4-17 15:59

hisun 發表于 2024-4-15 15:36
回你最后一次了。
我理解的是：同一時間的相位差只能靠兩個同頻率的信號才能比較出相位差。但是同一個信 ...

頂一下，讓大家見識見識。

ID:883242 · 發表于 2024-4-21 20:28

hisun 發表于 2024-4-15 15:36
回你最后一次了。
我理解的是：同一時間的相位差只能靠兩個同頻率的信號才能比較出相位差。但是同一個信 ...

頂一下，讓大家見識見識。

ID:1066092 · 發表于 2024-4-22 00:27

Hephaestus 發表于 2024-4-21 20:28
頂一下，讓大家見識見識。

論壇是談論技術的地方，不是什么抬扛的地方，自己慢慢想。
用你說的都對來結束這個貼子也結束和你的對話。

ID:344848 · 發表于 2024-4-22 15:20

超聲波用于探測金屬，已用于考古。關鍵是探測深度和圖像的處理，不是簡單電路可以實現的：就像B超一樣，圖像處理是核心。

ID:1069736 · 發表于 2024-6-12 09:14

金屬探測器用的振蕩器穩定性就決定了機器的好壞，主要解決的就是溫漂和零點漂移的問題，據說差分振蕩器穩定性不錯，有沒有懂的分享一下這方面的知識？設計頻率在30khz以內

ID:1069736 · 發表于 2024-6-20 18:39

給你一張三極管做的西勒振蕩器，頻率大概20多khz

ID:25231 · 發表于 2024-7-2 16:14

現在好一點的探寶器都用上DDS了，頻率穩定性很高

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關于考畢茲振蕩器做金屬檢測時感應距離非常近的改進方法