概述：在電路基礎(chǔ)和大學(xué)物理中，講到過金屬中的渦流現(xiàn)象。金屬在交變的電磁場中，由于磁力線切割導(dǎo)體，會產(chǎn)生渦流。渦流也會產(chǎn)生電磁場，反過來影響周圍的電磁場。利用這個原理，就可以檢測到交變磁場中是否有金屬存在。

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知識點：三極管電流源，運放整流電路，比較器，渦流檢測

所需物料：

電路原理圖：

原理介紹。Q1三極管作為電流源，信號源控制Q1電流源對線圈進(jìn)行驅(qū)動。信號源設(shè)置為3V直流偏置，4Vpp的峰峰值，頻率10KHz。

? ? ?????這樣Q1中的電流直流部分為

（3V-0.7V）/R5=（3000-700）mV/100Ω=23mA

????????Q1中的交流部分為

4V/R5=4Vpp/100Ω= 40mApp

????????如果要增加Q1中的驅(qū)動電流。則減小R5的阻值。

????????再來看一下線圈的耦合方式。

????????放置線圈時，先固定A線圈，然后左右移動B線圈，調(diào)整B線圈和A的重回部分C的大小。這樣A產(chǎn)生的磁力線可以在B線圈相消（實際中調(diào)節(jié)使盡量相消）。這樣當(dāng)有金屬物體從線圈上方經(jīng)過，則會產(chǎn)生渦流，并擾亂B的磁力線平衡。這樣B的輸出就會產(chǎn)生信號（實際中是有金屬時信號幅度會變大）。

????????信號的檢測是使用了均值檢測電路，先將線圈B感應(yīng)的信號用U1A進(jìn)行放大，然后經(jīng)過整流電路U1B和U1C，整流后經(jīng)過RC低通，檢測信號中的直流值。最后用U1D對直流進(jìn)行放大。（注，用信號源輸出直流來調(diào)節(jié)U1D的直流偏置，使沒有金屬時U1D輸出盡可能的為零。這樣U1D只放大需要的直流信號。）有金屬在的時候，這個直流值會增大。

硬件實物圖：

調(diào)試測試過程：

????????從原理圖來看，本電路具有清晰的級數(shù)，每一級的輸入和輸出是調(diào)試信號檢測的重點。所以，調(diào)試本電路，采用逐級調(diào)試的方法。斷開每一級，從第一級開始調(diào)試，正常后再連接后級，以此類推。直到聯(lián)調(diào)成功。

????????線圈驅(qū)動調(diào)試。

????????使用雙路示波器進(jìn)行雙蹤測量。同時觀察信號源和三極管的E極。根據(jù)測試結(jié)果查看是否到達(dá)設(shè)定的直流和交流值。

開啟電源給電路供電

設(shè)置信號源S1給電路提供激勵信號

????????打開示波器觀察信號，在測量區(qū)點擊右鍵，添加AIN1和AIN2這兩個通道的直流值和峰峰值測量值。

????????可以看到通道2的直流在2.26V ≈ 2.3V的計算值。峰峰值 AIN1為4.08Vpp，AIN2為3.93Vpp，兩者近似相等。波形無明顯失真，三極管正常驅(qū)動線圈。

????????第二步，調(diào)節(jié)U1A的放大器。

????????并且調(diào)節(jié)線圈的距離。使檢測線圈的磁力線盡量抵消。輸出幅度最小。

????????先用雙蹤示波器觀察U1A的輸入和輸出，檢測放大功能是否正常?？梢钥吹椒糯笃鬏敵鲂盘枱o失真，放大倍數(shù)用交流有效值計算，gain= 72.85/0.936=77.8倍。跟理論計算 1+100k/1k= 101倍有差別?？紤]到頻率在10k，uA741的帶寬1M，在放大100倍時受到了放大器帶寬的影響，達(dá)不到101倍的放大。從工程角度看，70多倍的放大也夠用了。

????????調(diào)節(jié)線圈A和B之間的距離

????????也就是調(diào)節(jié)重合區(qū)域的大小。（小技巧，調(diào)節(jié)時先用手放置在一個差不多的位置，然后貼上膠布，再用木桿或者塑料桿輕推B線圈重合區(qū)域的邊沿，直到信號輸出最小。）

????????接下來測試調(diào)試均值檢測部分。

????????跟前面的放大器先斷開，使這一級單獨工作。用S2提供測試信號，4路示波器同時測量，觀察整個波形變化和峰值檢測的過程。

????????信號源的設(shè)置，小技巧：先設(shè)置低頻 500Hz用于測試，這樣可以排除運放的帶寬限制帶來的波形失真，便于跟理論計算對應(yīng)。功能正常后，再輸入高頻。運放的帶寬，二極管的關(guān)斷和導(dǎo)通速度，都會影響波形。只要平均值能跟隨信號峰峰值線性變化就可以使用。

????????示波器的測量結(jié)果。可以看到，U1C是反向加法器，將AIN1信號和AIN2信號相加后，就得到整流后的信號。并且整流后信號AIN3的直流和AIN4的直流很接近。說明RC濾波器成功將AIN3的直流取出。（R2值得精確性影響AIN3紅色信號峰值得高低匹配）

????????調(diào)試直流放大級

????????將前面測試好的電路連接起來。準(zhǔn)備測試直流放大級U1D。用AIN１測試RC濾波后進(jìn)入U1D正相端的直流，用AIN2測試輸出。用信號源S2輸出直流來調(diào)零。這個時候線圈上方不要有金屬。

????????先用AIN1測試直流值，再將測試的直流值數(shù)字配置到信號源，然后細(xì)調(diào)信號源直流。（注意AIN2的Y軸檔位要變化，因為直流量發(fā)生較大變化）

????????AIN1測試直流61.2mV，所以信號源S2先配置61mV，然后再根據(jù)AIN2的測試結(jié)果調(diào)節(jié)到64mV。使AIN2盡量接近0.

?????????調(diào)試比較器

????????調(diào)零完畢后，將比較器接入電路，調(diào)節(jié)電位器電壓AIN2處，比沒有金屬時的直流高出100mV。這樣當(dāng)有金屬時，AIN1處的電壓升高，高過AIN2處電壓時，比較器輸出高，LED燈發(fā)光。

總結(jié)：

????????通過以上步驟的示例，相信同學(xué)們已經(jīng)將電路聯(lián)調(diào)成功。工程中，逐個單元調(diào)試，逐級調(diào)試，是一個有效的方法。信號源和示波器在調(diào)試中由信號源提供已知信號，示波器觀察電路在已知信號下是否正常。所以在制作電路前，應(yīng)該先會理論分析電路，知道什么樣的波形是正確的。也可以通過仿真來了解電路的工作情況和原理。這樣在實際中才能游刃有余。

????????這個金屬探測小制作，將所學(xué)的電路基礎(chǔ)，模擬電子線路的幾個基本原理融合在一起，既學(xué)習(xí)了電路的應(yīng)用，又制作出一個好玩的工具。充分說明模電不難學(xué)不無聊。