[实用新型]一种基于介电常数和频率校准的金属含量测定装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测量金属含量的装置，属于物理电子技术领域，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。 

背景技术

    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。 

实用新型内容    

针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型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。 

本实用新型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是本实用新型的总电路连接示意图； 

图2是本实用新型的运行结构示意图；

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实用新型作进一步说明。 

如图1所示，本实用新型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。 

本实用新型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。