一种基于介电常数和频率校准的金属含量测定装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于介电常数和频率校准的金属含量测定装置，包括原振荡频率信号和校准频率信号的产生部分、高频信号放大部分、PWM调制部分、LED驱动显示部分，所述原振荡频率信号和校准频率信号的产生部分为灵活式LC振荡电路和有源晶振的率压特性电路；高频信号放大部分为差分高频放大电路；PWM调制部分为基于单片机的A/D转换电路；LED驱动显示部分为基于PWM占空比的显示电路。本实用新型专利技术采用一种可移动式金属片和地面上的人体来作为装置的探头大大增加了其灵活性，最后用直观的LED灯的亮灭时间长短来反应被测物体中金属含量的多少，它更适用于现代社会的发展需求。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种测量金属含量的装置，属于物理电子
，具体涉及一种基于介电常数和频率校准的金属含量的装置，主要用于判断金属矿石的含量、垃圾的回收利用、海关机场的检查等。 
技术介绍
    探测材料中是否含有金属及其含量对现实生产生活有极其重要的意义。例如判断矿石的成分、垃圾的回收利用、海关机场的检查等等。传统技术探测物体中是否有金属的仪器主要是利用电磁感应的原理，利用有交流电通过的线圈，产生迅速变化的磁场，磁场可以在金属物体内部能感生涡旋电流，涡旋电流又会产生磁场，反馈过来影响原来的磁场的原理而制成。然而，在实际应用中，这种测量的方法由于电磁发射的频率的稳定性难以控制，干扰信号也随着检测范围的增大而增强。感应信号大小不仅受到金属粒子尺寸和导电性能限制，而且设备较为复杂，测量结果不够直观。这是制约其发展的重要因素，也是实际应用中必然要面对和解决的问题。 
技术实现思路
    针对现有技术中存在的上述技术问题，本技术的目的是提供一种简单适用、测量范围更广、测量结果更准的金属含量测量装置。其具体技术方案如下：一种基于介电常数和频率校准的金属含量测定装置，包括原振荡频率信号和校准频率信号的产生部分、高频信号放大部分、PWM调制部分、LED驱动显示部分，所述原振荡频率信号和校准频率信号的产生部分为灵活式LC振荡电路和有源晶振的率压特性电路；高频信号放大部分为差分高频放大电路；PWM调制部分为基于单片机的A/D转换电路；LED驱动显示部分为基于PWM占空比的显示电路。    进一步的，原振荡频率信号产生部分包括PNP型三极管Q1、移动式金属片可变电平板CX、电感L1、可变电容C1,可调电阻Rx1、Rx2，电容C2、C3以及四个电阻R1、R2、R3、R4共同组成一个灵活式振荡电路，校准频率信号的产生部分包括有源晶振CY、可调电阻RX以及电阻R201共同组成一个校准频率的产生电路。 进一步的，所述高频信号放大部分包括第一级差动放大部分和第二级高频放大部分，其中所述的第一级差动放大部分包括运算放大器U1、U2、电阻R107、R108、R109、R207、R208、R209，所述的第二级高频放大部分包括高频放大管Q2、Q3以及电阻R103、R104、R105、R106、R203、R204、R205、R206共同组成高频放大电路。 进一步的，所述的PWM调制部分为包括单片机U3的A/D的转换电路。 进一步的，所述的LED驱动显示部分包括LED灯D1、D2、电阻R5、R6、电容C4、C5共同组成驱动显示电路。 本技术基于介电常数和频率校准的金属含量测定装置首先具备了电磁感应定性探测金属较灵敏的优点外还弥补了它的两个缺点———测量范围的局限性和测量结果的笼统性，采用一种可移动式金属片和地面上的人体来作为装置的探头大大增加了其灵活性，最后用直观的LED灯的亮灭时间长短来反应被测物体中金属含量的多少，它更适用于现代社会的发展需求。 附图说明图1是本技术的总电路连接示意图； 图2是本技术的运行结构示意图；图3是有源晶振压率特性曲线示意图。具体实施方式   下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明。 如图1所示，本技术的基于介电常数和频率校准的金属含量测定装置，由于介电常数会影响平行板电容器的电容容值，因而插入介质会改变仪器的振荡频率，可以更为准确的捕捉到频率信号。 频率校准采用有源晶振的压率特性，把校准频率控制在现实生活中误差允许的数量级范围内。 本技术的基于介电常数和频率校准的金属含量测定装置主要包括原振荡频率信号和校准频率信号的产生部分、高频信号放大部分、PWM调制部分、LED驱动显示部分。 原振荡频率信号的产生部分中有一个移动式金属片可变电平板CX，其电容值由其决定式 来确定，其中为介质的相对电容率，可以根据被测物体所在位置的材料来确定。为了能使振荡频率能落在有源晶振的压率特性曲线范围内，可以人为加一些金属氧化物如二氧化钛、钛酸锶、钛酸钡锶等来增加CX的电容，S为物体中金属和探头平板的有效正对面积也是表征金属含量的大小的参数，k为常数，d为平行板和未知金属块的平均距离。 如图2，移动探头平板，由LC振荡产生了一个合适的原振荡频率信号，保持移动式金属片可变电平板CX位置固定不变。原频率信号通过差分放大电路时抑制了其共模干扰信号，并经由高频放大电路放大输出。另一方面，由有源晶振产生一个模拟高频信号也经过差分放大电路和高频放大电路输出一个和原频率信号类似的校准模拟信号。它们一起经PWM调制完成A/D转换，输出两个近似的方波。在LED驱动电路的使能作用下，LED灯D1和D2均被点亮。但两个信号不是完全相同，因此LED灯D1、D2的亮灭时间情况是不相同的，宏观表现为两者的明亮程度不相同。移动图1中RX的划片，改变输入有源晶振的输入电压VCC使LED灯D1、D2亮灭情况完全一致。根据RX的大小读出有源晶振的输入电压VCC的大小。 如图3，对照有源晶振的压率特性曲线，得出校准频率信号的准确频率，而原频率信号 。在被测物体中，金属的含量和相对位置是不变的，即金属含量S和金属和移动式金属片可变电平板CX距离d保持不变。由于，，所以就可以测出物体的金属含量和相对位置了。 所述的原振荡频率信号和校准频率信号的产生部分包括PNP型三极管Q1，移动式金属片可变电平板CX，电感L1、可变电容C1、可调电阻Rx1、Rx2，电容C2、C3，电阻R1、R2、R3、R4，有源晶振CY，可调电阻RX以及电阻R201。三极管Q1，移动式金属片可变电平板CX、电感L1、可变电容C1、可调电阻Rx1、Rx2，电容C2、C3，电阻R1、R2、R3、R4组成灵活式LC振荡电路。由于三极管Q1的发射极接了电容C2和C3，因此发射极呈“抗性相同”，三极管Q1的基极接了电感L1，可变电容C1及C3，因此基极呈“抗性相异”，满足振荡电路发生振荡的基本条件“射同基反”，适当调节可变电阻Rx1、Rx2、可变电容C1，使其满足起振条件“|AF|>1”，产生一定频率的正弦波小信号从R1的一端输出。有源晶振CY，可调电阻RX以及电阻R201共同组成频率校准电路。其中RX其分压作用，电阻R201起保护作用，分压信号从RX的一端输出，进入有源晶振CY的2管脚。振荡信号从有源晶振CY的3管脚输出。 所述的高频信号放大部分包括运算放大器U1、U2、电阻R107、R108、R109、R207、R208、R209，高频放大管Q2、Q3以及电阻R103、R104、R105、R106、R203、R204、R205、R206。其中运算放大器U1、U2、电阻R107、R108、R109、R207、R208、R209组成第一级差动放大电路。原频率信号由R1的一端进入U1的3管脚，U1的5管脚接地。校准频率信号由有源晶振的3管脚进入U2的3管脚，U2的5管脚接地。而高频放大管Q2、Q3以及电阻R103、R104、R105、R106、R203、R204、R205、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于介电常数和频率校准的金属含量测定装置，包括原振荡频率信号和校准频率信号的产生部分、高频信号放大部分、PWM调制部分、LED驱动显示部分，其特征在于：所述原振荡频率信号和校准频率信号的产生部分为灵活式LC振荡电路和有源晶振的率压特性电路；高频信号放大部分为差分高频放大电路；PWM调制部分为基于单片机的A/D转换电路；LED驱动显示部分为基于PWM占空比的显示电路。

【技术特征摘要】
1.一种基于介电常数和频率校准的金属含量测定装置，包括原振荡频率信号和校准频率信号的产生部分、高频信号放大部分、PWM调制部分、LED驱动显示部分，其特征在于：所述原振荡频率信号和校准频率信号的产生部分为灵活式LC振荡电路和有源晶振的率压特性电路；高频信号放大部分为差分高频放大电路；PWM调制部分为基于单片机的A/D转换电路；LED驱动显示部分为基于PWM占空比的显示电路。
2.如权利要求1所述的基于介电常数和频率校准的金属含量测定装置，其特征在于：原振荡频率信号产生部分包括PNP型三极管Q1、移动式金属片可变电平板CX、电感L1、可变电容C1,可调电阻Rx1、Rx2，电容C2、C3以及四个电阻R1、R2、R3、R4共同组成一个灵活式振荡电路，校准频率信号的产生部分包括有源晶振CY、可调电阻RX以及电阻R201共同组成一个校准频率的产生电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨润光，陈亮，张淑琴，金尚忠，张林波，沈为民，何莎婕，严敏玲，苏玲爱，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：新型
国别省市：浙江;33