专利名称：手持式介质探测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种探测装置，更具体地说，是涉及一种用于检测物体 的介质组成是否发生变化的探测器。胃尔汉不现有的各种类型的手持式探测设备中，大都是针对某一特定物质作为探 测目标，如金属探测器等。这些类型的产品都无法满足待探测目标为不确定类型的介质的要求；另外，现有的各种其它基于电场感应原理的探测应用中， 尽管也实现了对任意介质的检测应用，但其实现方案复杂，特别是其中因为 电源干扰、环境温湿度变化等因素引起的共模干扰所导致的探测灵敏度低、 工作不稳定的问题，传统的办法都是选用高精度元器件来解决，导致成本始 终无法有效降低。 .传统技术方案中，如果为降低成本而采用普通的RC振荡器配以施密特反 相器等元件来测量频率而实现探测目的，会带来很多问题(1)振荡频率随 电源电压的变化而产生较大的漂移，其原因是，当外接电容和反向器的阀值 电压确定后、电源电压的变化带来电容充电时间的不同，最终使振荡频率发 生变化。(2)温度漂移，半导体器件都会存在随温度特性发生漂移的特性， 如对反向器内部比较器的门限影响，这种影响因器件型号不同而各异，温度 对电阻或电容的影响。这种影响取决于电阻或电容的温度系数。(3)单片机 时钟对采样精度的影响，单片机根据自己的时钟记数，在一定的时间内，测 得RC振荡器的频率，如果单片机本身时钟存在温漂，也会导致测得的频率发 生误差，影响测量精度。实用新型内容本实用新型的目的是提供一种简单方便，探领嗷果好的手持式介麟测器。为了达到上述目的，本实用新型创新地提出"双路检测，自动校准"的 方法，在保证探测器稳定、高灵敏工作的同时，以当前最廉价的方案克服了 电场检测技术应用中普遍存在的因为电源干扰、环境温湿度变化等所引起的 共模干扰的难题，本实用新型的采用以下技术方案 一种手持式介质探测器， 包括电源部部分、外壳上盖、外壳下盖、感应探头、电场检测电路、主控CPU 和声光指示装置组成，感应探头为附着在外壳下盖内侧的感应膜，感应膜与 大地形成电场回路，电场检测电路由施密特反相器集成电路块和连接的电阻、 电容组成，声光指示装置由蜂鸣器和发光二极管组成，感应探头与电场检测 电路之间通过一导电体相连接，并将监测到的电容变化转变为频率变化后， 连接到主控CPU，主控CPU与声光指示装置电连接，所述电场检测电路由对地.电场多谐振荡器和校准参考多谐振荡器组成。"双路检测，自动校准"的原理如下采用双路同时检测的方法，用同 一个器件的不同部分，同样的电源电压，同样温度系数的电阻电容，同样的 单片机时钟，.振荡频率即使随电源电压，温度变化而变化，两路所受的影响 均为同比例，这样通过单片机程序的"自动校准"算法处理(通过校准电路 计算出"频率校准因子"，再使用此"频率校准因子"去修正检测电路所测量 到的值)，使实际发生的频率变化只和被检测电路中对地电容大小变化有关， 从而可以不必依赖高精度因而也高成本的器件，达到了本实用新型成本低、 灵敏性高、稳定性强的目的。 更具体地说所述对地电场多谐振荡器由施密特反相器的U1B门配以相应的电阻和电 容组成。所述校准参考多谐振荡器由施密特反相器的U1E门配以相应的电阻和电容组成。所述感应膜为铝箔。所述施密特反相器为74HC14、 74HC02或CD4093等。戶;M发光二极管为3PP双色共阳发光二极管，戶;^鸣器为电^￡源蜂鸣器。与现有技术相比，本实用新型具有如下优点-1、 被探测对象没有限定。由于在本探测器的感应原理是通过检测对地电 场的电容变化来实现，而无论是金属还是金属，导体还是绝缘体都可能引起 电容的变化，因而本实用新型都能探测得到。2、 针对性地满足了建筑物装修时特别是壁挂式视听设备加装时为牢靠安 装设备而需要在墙体寻找支撑柱或木龙骨的中心位置的新需求。随着人们对. 居住环境舒适性的进一步追求，必然会有越来越多的壁挂式视听设备进入家 庭，为帮助将这些设备迸行牢靠安装提供一价廉物美的电子辅助工具，也是 本实用新型的创新所在。
图1为本实用新型的整体结构示意图；图2为本实用新型其中一个实施例的电路原理图；图3为本实用新型的主控程序流程图；图4为本实用新型其中一个实施例的产品结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的说明，但本实用新型 要求保护的范围并不局限于具体实施方式
所表达的范围。如图1所示，本实用新型的介质探测器主要由以下十个部分组成电源 (两节1.5V纽扣干电池)、开关、感应铝膜、导电体(螺旋丝)、对地电场多谐振荡器、校准参考多谐振荡器、主控CPU、双色LED、蜂鸣器、校准参考电 容。感应铝膜由一张长度约8厘米，宽度约2厘米，厚度约1毫米的成分为 铝的铝箔组成。对地电容多谐振荡器和校准参考多谐振荡器由常见的的电子元件施密特 反相器为主进行构造，可选的型号包括74HC14、 74HC04、 CD4093等。在本实 施例中我们选用74HC14。主控CPU的选择范围宽广比如S0NIX公司的SN8P2501B、 HELIOS公司 的H502Q/HP或者HOLTEK公司的HT48R05A等等均可，本实施例中选用SONIX' 公司的SN8P2501B。各部分连接关系为开关接通三伏直流电源与主控CPU，感应铝膜通过导 电螺旋丝与对地电场多谐振荡器的触发极相连，对地电场多谐振荡器、校准 参考多谐振荡器均与主控CPU相连，主控CPU与双色LED和蜂鸣器相连。本实用新型的工作原理如下感应铝膜与大地分别作为电容的两极形成 对地电场，开关接通电源与主控CPU后，对地电场多谐振荡器根据该对地电 场的当前电容值开始起振，形成起始振荡频率。校准参考多谐振荡器根据校 准参考电容的当前电容值开始起振，形成起始校准参考振荡频率。系统保存 上述两个基准频率，开始轮流监测两路多谐振荡器的频率变化情况，'进入工 作状态。如图2所示为本实用新型实施例的电路原理图，其连接关系如下感应铝膜(ANTENNA)与大地之间形成对地电场；对地电场通过导电螺旋 丝与74HC14的第3脚相连。由74HC14的U1B门跨接在74HC14的第3脚与信号地之间的5. 2p的电容 和连接在74HC14的第3脚与第4脚之间的510k的电阻组成对地电场多谐振 荡器，对地电场多谐振荡器(74HC14的第11脚) 一端通过导电螺旋丝 (INDUCTOR)与对地电场连接，另一端与SN8P2501B主控CPU的第2脚相连。'由74HC14的U1E门和连接在74HC14的第10脚与第11脚之间的510k的 电阻组成校准参考多谐振荡器，校准参考多谐振荡器一端(74HC14的第11脚) 与容量为20p校准参考电容连接(该参考电容的另一端与信号地连接)，另一 端与SN802501B主控CPU7的第10脚相连。蜂鸣器与主控CPU的第8脚、第9脚相连。双色LED中的红色指示灯驱 动脚接入主控CPU的第1脚，绿色指示灯驱动脚接入主控CPU的第14脚。 SN802501B主控CPU的11脚与信号地相连。在双色LED中的共阳极与主控CPU 的第4脚之间跨接一个阻值为lk的电阻。电源的正极与主控CPU的第4脚相 连进行供电。如图3所示为本实用新型主控程序流程图。 结合本实施例步骤描述如下-1、 系统上电，蜂鸣器长鸣，打开双色LED的红色指示灯；2、 测量对地电场多谐振荡器的频率，记为StartValueA;3、 按照具体应用场合的要求设置ABC三个级别的告警区间的上下门限值, 在本实施例中，A区间为(0 ， StartValueA*l/280] ， B区间为.(StartValueA*l/280， StartValueA*3/280] ， C区间为(StartValueA*3/280， StartValueA*9/280];4、 测量校准参考多谐振荡器的频率，记为StartValueB;5、 关闭蜂鸣器，关闭双色LED红色指示灯，打开双色LED绿色指示灯， 系统进入主循环；6、 系统监测对地电场多谐振荡器的频率，记为CurValueA;7、 系统监测校准参考多谐振荡器的频率，记为CurValueB;8、 计算频率校准因子CorrectFactor=CurValueB/StartValueB;9、 使用频率校准因子校准CurValueA，得到实际的对地电场多谐振荡器' 频率RealValueA二CorrectFactor氺CurValueA;10 、计算对地电场多谐振荡器振荡频率差值 DiffValueA二StartValueA-RealValueA;11、判走DiffValueA的值是否落入ABC三个区间，并进行告警指示，进 入下一轮循环即前述的第6步，否则转入前述的第5步。本实用新型产品的结构如图4所示，探测器主要由上盖l、下盖2、主控 电路板4、电池座5、铝膜9、导电体3、开关7、双色LED灯8和蜂鸣器6组 成。下盖2的内壁表面铺设一层铝膜9，作为感应探头。下盖2之上安装一主 控电路板4，下盖2的左端放置一电池座5和蜂鸣器6，主控电路板4与下盖 2之间连接一导电体3 (本实用新型采用导电螺旋丝)。上盖1安装有开关7、 双色LED灯8。
权利要求1.一种手持式介质探测器，包括电源部部分、外壳上盖、外壳下盖、感应探头、电场检测电路、主控CPU和声光指示装置组成，感应探头为附着在外壳下盖内侧的感应膜，感应膜与大地形成电场回路，电场检测电路采用施密特反相器集成电路块和连接的电阻、电容构成，声光指示装置由蜂鸣器和发光二极管组成，感应探头与电场检测电路之间通过一导电体相连接，并将监测到的电容变化转变为频率变化后，连接到主控CPU，主控CPU与声光指示装置连接，其特征在于所述电场检测电路由对地电场多谐振荡器和校准参考多谐振荡器组成。
2. 根据权利要求1所述的手持式介质探测器，其特征在于，所述对地电场 多谐振荡器由施密特反相器的U1B门配以相应的电阻和电容组成。
3. 根据权利要求1所述的手持式介质探测器，其特征在于，所述校准参考 多谐振荡器由施密特反相器的U1E门配以相应的电阻和电容组成。
4. 根据权利要求1所述的手持式介质探测器，其特征在于，所述感应膜为 铝箔。
5. 根据权利要求2或3所述的手持式介质探测器，其特征在于，所述施密 特反相器为74HC14、 74HC02或CD4093。
6. 根据权利要求1所述的手持式介质探测器，其特征在于，所述发光二极 管为三脚双色共阳发光二极管，所述蜂鸣器为电磁式无源蜂鸣器。
专利摘要本实用新型是一种手持式介质探测器，它由电源部部分、外壳上盖、外壳下盖、感应探头、电场检测电路、主控CPU和声光指示装置组成，通过将感应探头监测到的电容变化转为频率变化，达到探测的目的，其特征在于所述的电场检测电路由对地电场多谐振荡器和校准参考多谐振荡器组成。本实用新型采用“双路检测，自动校准”的原理成功的以低成本器件解决了因为电源干扰、环境温湿度变化、器件的不一致性等原因引起的共模干扰的难题，达到了本实用新型探测器成本低、灵敏性高、稳定性强的目的，可广泛应用于如建筑物装修等场合。
文档编号G01V3/08GK201126480SQ20072005534
公开日2008年10月1日 申请日期2007年8月10日 优先权日2007年8月10日
发明者杨贤昭 申请人:杨贤昭