一、金屬探測(cè)器的發(fā)展及其現(xiàn)狀

　　隨著科技水平的蓬勃發(fā)展，金屬探測(cè)器的功能也隨之增加。在1960年誕生出了全球第一臺(tái)金屬探測(cè)器，出生在工業(yè)時(shí)代的金屬探測(cè)器其主要應(yīng)用在工礦業(yè)，是檢查礦產(chǎn)純度，提高礦產(chǎn)效率的得力幫手。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，形形色色的犯罪案件層出不窮，金屬探測(cè)器也有了它新的使命，在1970年金屬探測(cè)器被廣泛的使用在安全檢查中。直到現(xiàn)在安全檢查仍在使用金屬探測(cè)器，無(wú)時(shí)無(wú)刻的保護(hù)著我們的生活安穩(wěn)和身體的健康。

　　一個(gè)優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品帶動(dòng)著行業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)的提升。金屬探測(cè)器的發(fā)展經(jīng)歷了好幾次科學(xué)技術(shù)的革新，從開始的信號(hào)模擬技術(shù)，到今天使用的數(shù)字脈沖技術(shù)，都讓金屬探測(cè)器無(wú)論是靈敏度、分辨率、還是探測(cè)的精確度上都有了質(zhì)一樣的飛躍。

　　如今，金屬探測(cè)器不僅僅局限在安全問(wèn)題上，考古方面甚至在我們的食品方面都有了金屬探測(cè)的蹤影，因?yàn)樗粌H能檢測(cè)到軍火、管制刀具、硬幣、還能檢測(cè)到食品中的金屬雜質(zhì)。跟傳統(tǒng)的金屬探測(cè)器相比，現(xiàn)代金屬探測(cè)器擁有著掃描快、靈敏度高、小巧攜帶方便的諸多優(yōu)點(diǎn)，所以受到了人們?cè)絹?lái)越多的青睞和好評(píng)。

　　按照目前市場(chǎng)上金屬探測(cè)器遠(yuǎn)離和檢測(cè)線路的不同，大致可以分為差拍式、自激感應(yīng)式、耗能式和平衡式四種類型。傳統(tǒng)的金屬探測(cè)器，容易受到灰塵，水分，濕度等眾多因素的干擾，導(dǎo)致著檢測(cè)精度和探測(cè)器智能化程度低，不可以直接顯示實(shí)時(shí)的運(yùn)行參數(shù)，系統(tǒng)的維護(hù)不夠方便，直接影響了人員的使用和測(cè)試的結(jié)果。

　　我們采用的是以MSP430F5529單片機(jī)和LDC1000電感/數(shù)字轉(zhuǎn)換器為核心，基于LDC1000的金屬探測(cè)模塊、系統(tǒng)控制與定位模塊、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊、電源模塊和機(jī)械滑動(dòng)平臺(tái)。Ldc1000電感/數(shù)字轉(zhuǎn)換器利用PCB線圈或自制線圈可以實(shí)現(xiàn)非接觸式電感線圈檢測(cè)，通過(guò)分析待測(cè)金屬物體對(duì)電感線圈磁場(chǎng)的影響可以很方便地實(shí)現(xiàn)金屬檢測(cè)。對(duì)ldc1000檢測(cè)到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)金屬物體的精確定位。充分利用LDC1000在微距檢測(cè)和精確定位方面的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了快速、精確、高效的金屬物體定位。達(dá)到了低成本，自動(dòng)化水平高的功能。

　　二、LDC1000數(shù)字電磁傳感器

　　2.1 LDC1000的簡(jiǎn)介

　　Ldc1000是美國(guó)德州儀器公司TI推出的一塊全新的電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器（LDC），具有低功耗，小封裝，低成本的優(yōu)良性質(zhì)。它的SPI界面可以很方便的連接MCU。LDC1000只需要外接一個(gè)PCB線圈或者自制線圈就可以實(shí)現(xiàn)非接觸式電感檢測(cè)。LDC1000的電感檢測(cè)并不是指像Q表那樣測(cè)試線圈的電感量，而是可以測(cè)試外部金屬物體和LDC1000相連的測(cè)試線圈的空間位置關(guān)系。

　　利用LDC1000這個(gè)特性配以外部設(shè)計(jì)的金屬物體即可很方便實(shí)現(xiàn)，水平或垂直距離檢測(cè)；角度檢測(cè)；位移監(jiān)測(cè)；運(yùn)動(dòng)檢測(cè)；振動(dòng)檢測(cè)；金屬成分檢測(cè)；可以廣泛應(yīng)用在汽車、消費(fèi)電子、計(jì)算機(jī)、工業(yè)、通信和醫(yī)療領(lǐng)域。

　　2.2 其他傳感器的缺點(diǎn)

　　其他的傳感技術(shù)：大致上可以分為六大種，1開關(guān)傳感器，它的成本很低但是在惡劣環(huán)境下不可靠；2壓力感測(cè)器，比前者可靠，但是分辨率有限而且不適合遠(yuǎn)距離傳感；3超聲波傳感，是一種前沿技術(shù)，有著很高的精度，但不適合于惡劣的環(huán)境；4電容式傳感器，是智能手機(jī)普遍采用的傳感器，具有靈敏度高，但是物體的選擇性差；5霍爾傳感器，它需要磁體和校準(zhǔn)；6光學(xué)傳感器，在惡劣的環(huán)境下不可靠。

　　2.3 LDC1000的主要特點(diǎn)

　　LDC1000將線圈和彈簧用作電感傳感器，使它能在更低的系統(tǒng)成本下，保持和實(shí)現(xiàn)更高的分辨率、可靠性以及靈活性。LDC1000不僅可以測(cè)量位置，運(yùn)動(dòng)。或者金屬和導(dǎo)體的構(gòu)成，甚至可以檢測(cè)彈簧的壓縮、擴(kuò)張與扭曲度，應(yīng)用的范圍非常廣泛。放眼現(xiàn)在存在的傳感器，無(wú)論是高靈敏度還是高精度的高端傳感器，更甚是低端、低成本的輸出僅為“0”和“1”的開關(guān)傳感器，這些功能TI公司首創(chuàng)的LDC1000都可以完美勝任。

　　LDC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)：

　　1.更高的分辨率：通過(guò)16位共振阻抗以及24位電感值，在位置感應(yīng)應(yīng)用中可實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)的分辨率；

　　2.更高的可靠性：提供非接觸傳感技術(shù)，這樣就避免了與油污塵土等非導(dǎo)電污染物的影響，可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命；

　　3.更高的靈活性：允許傳感器遠(yuǎn)離電子產(chǎn)品安放，處于PCB無(wú)法安置的地理位置；

　　4.更低的成本：采用低成本傳感器以及傳導(dǎo)目標(biāo)，更不像霍爾傳感器一樣需要磁體；

　　5.無(wú)限的可能性：支持壓縮的金屬薄片或?qū)в湍哪繕?biāo)，為創(chuàng)新性系統(tǒng)提供了無(wú)限的可能；

　　6.更低的系統(tǒng)功率：在標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)的工作功率不足8.5mw，在待機(jī)模式下功率不足1.25mw；

　　2.4 LDC的原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　LDC實(shí)際上是一個(gè)特殊的ADC，外接一個(gè)傳感線圈。它的采集的信號(hào)有兩個(gè)：傳導(dǎo)的目標(biāo)接近時(shí)導(dǎo)致的線圈渦流損耗（RP），以及線圈的電感值（L）。根據(jù)線圈的不同，這個(gè)傳感回路的震蕩頻率范圍為5KHZ~5MHZ，渦流損耗Rp的分辨率是16位，電感測(cè)量L的分辨率為24位。為了進(jìn)一步減小傳感器的體積和成本，傳感線圈可采用PCB線圈。

　　LDC1000的檢測(cè)原理是利用大學(xué)物理中學(xué)到的電磁感應(yīng)原理。在PCB線圈或者自制線圈中加上交變電流，線圈周圍就會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。這時(shí)，如果有金屬物體的進(jìn)入磁場(chǎng)，將會(huì)在金屬的表面產(chǎn)生渦流。渦流電流跟線圈的電流方向相反，產(chǎn)生的電磁場(chǎng)與線圈產(chǎn)生的相反。所以，渦流是金屬物體距離，大小，成分的函數(shù)。渦流產(chǎn)生的反向磁場(chǎng)與線圈耦合在一起，就象是有另一個(gè)次先線圈一樣，這樣就形成一個(gè)變壓器。由變壓器的互感作用，在初級(jí)線圈的這一側(cè)就可以檢測(cè)到次級(jí)線圈的參數(shù)。所以當(dāng)有金屬物體接近時(shí)，就會(huì)使傳感器的數(shù)值發(fā)生變化，對(duì)這一變化進(jìn)行判斷便可基本確定硬幣的位置。理論上其感應(yīng)信號(hào)最大的地方為它的中心，程序可以根據(jù)一個(gè)精確的定位，使傳感器上的標(biāo)志物指向金屬物體的中心。