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成功的熔体探测器轨迹控制不仅需要环境动力学的建模和仿真，例如相变材料(PCM)域内的质量、动量和能量的传输，而且需要熔体探测器的耦合刚体动力学(RBD)。从根本上说，RBD可以用带有力和力矩平衡的运动方程来建模;但这种方法已经被证明对于耦合RBD和环境动力学的高效计算来说过于复杂。在这项工作中，我们提出了一种新的方法来观察热源通过一系列状态的运动与环境动力学的平衡。最重要的是，当探针通过材料熔化时，探针的运动是由与演变的相变界面(PCI)的接触驱动的。 从这个角度，RBD被表述为一个能量最小化问题。对于环境动力学，在这项工作中，我们还没有采用现实的相变模型，而是使用了一个简化的模型，它产生了一个质量上有趣的PCI。这允许我们在投资实现更高级的阶段变更模型之前测试耦合的问题本文将一般的数学问题表述为两个分离算子，一个用于RBD，一个用于环境动力学。我们将这些算子与可行性约束结合起来。这些约束确保探针不会穿透不断演化的固态PCM域。然后我们提供了一个具体的例子来解决能量最小化问题，我们将其作为一个非线性程序来制定和实现，而对于非定常环境动力学，我们将其作为一个偏微分方程(PDE)来制定，并

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有很多使用各种技术的基于Arduino的金属探测器。这是其中之一直接使用频率测量的。 组件和耗材 SparkFun Arduino Pro Mini 328-5V / 16MHz×1个 图形OLED，128 x 64×1个 必要的工具和机器 烙铁（通用） 3D打印机（通用） 关于这个项目 不久前，我决定建造一个简单的金属探测器。当然，有很多金属探测器设计，例如BFO，VLFD，PI等。我曾经尝试过其中的一些方法，但结果却不尽相同，然后在一个无聊的晚上浏览互联网时，我偶然发现了该博客并决定建造这种类型的金属探测器。设计非常简单-有一个简单的振荡器电路和一个频率计数器。当线圈越过或接近各种铁磁或顺磁材料时，振荡器的频率会发生变化，您可以根据此变化确定金属地点。此外，由于可以在任何微控制器上实现频率计数器，因此您可以通过许多不同的方式分析频率变化，从而有可能导致金属微分甚至滤除频率漂移，这困扰着其他类型的检测器。 附件有这个项目的代码，可以发现这里的文件夹中arduino/MetalDetector。文件夹arduino/MetalDetector/third-party包含启发该项目的代码。 除Arduino源代码外，您还将找到该项目的3D打印零件的OpenSCAD文件和STL文件，螺丝除外，该螺丝可固定臂和线圈零件。 运作方式 搜索线圈集成了带缓冲电路的Collpits振荡器，该电路产生大约660kHz的信号。该振荡器放置在尽可能靠近线圈的位置。信号由Arduino Pro Mini板（使用ATmega168）拾取，正在测量频率。32点测量频率存储在FIFO缓冲区中，按比例缩放以适合显示屏的128个像素，并与电池指示器一起绘制在128x32 OLED显示屏上。 振荡器需要预热一段时间，但这并不是必须的-因为一旦开始摆动搜索线圈并发现任何金属，图形上就会出现尖峰。如果在此之前还没有确定振荡器的频率-图形将不会是水平的。相反，一旦稳定-图形将是水平的。这种操作不需要校准或归零:) 施工 这是使用3D打印部件组装的金属探测器的图片: 在图片中的此处，您可以看到缠绕在3D打印线圈骨架上的搜索线圈，连接搜索线圈和Arduino的编织线以及带有arduino本身和OLED的电池座。 搜索线圈集成了振荡器。振荡器由SMD组件组装而成，主要是电阻器，电容器和BC846晶体管。振荡器的电路板用铜箔包裹，以使其与环境隔离。我不记得线圈中有多少匝，但是大约15到20匝。我认为匝数越少越好，因为频率越高，并且由于金属存在时电感变化引起的频率变化越大，这使得金属检测更加灵敏。频率越高，频率计数器响应越快。尽管由于土壤条件而需要权衡信号频率和灵敏度。如果土壤富含矿物质且潮湿，它可能导电性很强，从而阻止了高频信号的穿透，从而限制了准确性和灵敏度。线圈的绕组用环氧树脂胶密封。 这是检测器内部的样子: Arduino Pro Mini和OLED以及分压器，按钮开关和搜索线圈接头连接到一个小面包板上。整个东西都粘在两个18650锂离子电池上，两个电池都粘在外壳的底部。 如您所见，OLED显示屏连接到Arduino的I2C接口，电池分压器连接到A0模拟引脚，而来自搜索线圈振荡器的信号直接连接到数字引脚5。 振荡器从串联的两个18650电池接收直接功率，并输出产生的信号。这是从线圈接收到的信号: 信号的质量并不重要（很明显，我没有对Q2基极电流进行过多考虑），因为重要的是触发arduino引脚的触发，该引脚配置为计数器寄存器。 3D打印零件 使用OpenSCAD 设计3D打印的零件，并使用Geeetech Rostok 301 3D打印机进行打印。 这个项目花费了我一个多晚上的时间，我想说要花几个周末才能进行组装和编程。有不同的迭代。首先，我设计了另一种大约30匝的线圈，完全用环氧树脂胶封闭。我还使用了NOR门作为振荡器缓冲器，在最终版本中比单个晶体管要好得多...尽管线圈很大-直径约为30cm，这降低了其对小物体的灵敏度。较小的和3D打印的线圈在机械和电气方面都证明更加稳定，但是由于耦合性强，即使将我的手靠近电线甚至靠近外壳，它也很敏感。我尝试了不同的频率测量方法。最初尝试使用与原始博客文章相同的代码。然后，在该概念被证明可行之后， 我还没有机会在室外进行测试，但是在室内发现地板下有金属结构（大约15厘米的混凝土和层压板）。我不知道它在不同土壤上的表现如何。 我计划在将来的某个时间设计线圈和振荡器电路板，并尝试使用VLF和PI检测器设计。 注意: 在某些国家/地区建造和使用金属探测器是违法的，因此在复制该项目之前，请务必确认你是否涉嫌违法。。

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