Металлоискатели
Металлоискатель на методе биений
Металлоискатель работает по методу биений. У него есть две сменные поисковые катушки разного диаметра 250 мм и 500 мм. При помощи первой катушки можно искать небольшие неглубоко расположенные металлические предметы (например, гвоздь в кирпичной стене под слоем штукатурки или обоев) и при помощи второй, - более глубоко расположенные предметы, например, сверло 10 мм прибор замечает с расстояния около 30 см, а крышку люка обнаруживает под 1-метровым слоем снега. Монету достоинством 5 рублей (современный "пятак") прибор обнаруживает с 12-15 см.
В схеме металлоискателя есть два генератора, - стабильный и поисковой. Стабильный генератор выполнен на микросхеме D1, его частота 100 кГц стабилизирована кварцевым резонатором Q1. Поисковой генератор выполнен на микросхеме D2, его частота генерации лежит около 100 кГц и определяется параметрами контура L1C2C3C4. На частоту этого контура сильно влияет изменение индуктивности объемной катушки L1 при расположении возле не металлических предметов. Поскольку детали прибора металлические, чтобы они не оказывали влияния на его работу катушка закреплена на одном конце диэлектрической (деревянной) штанги длиной 80 см, а сам прибор на ее другом конце.
Суммируются сигналы в элементе D3.1 и на его выходе образуются сигналы суммарной и разностной частоты. Сигнал суммарной частоты подавляется цепью R7C8R8. Сигнал разностной частоты (сигнал биений) поступает на триггер Шмитта на элементах D3.2-D3.3, который меняет свое состояние при каждом полупериоде входного сигнала. На выходе триггера Шмитта включен формирователь импульсов на цепи C9-R10 и транзисторе VT1. В результате работы триггера Шмитта и формирователя импульсов мы можем слышать биения частотой не только от нескольких килогерц до сотни герц, но и низкочастотные биения частотой 1-10 Гц, которые воспроизводятся динамиком В1 как потрескивания (напоминают по звуку треск радиационного дозиметра). Это позволяет услышать очень небольшое отклонение частоты поискового генератора.
Как уже было сказано, прибор работает с двумя сменными катушками. Обе катушки имеют одинаковую конструкцию, но разный диаметр и число витков. Катушку диаметром 250 мм наматывают на оправке такого же диаметра. Всего 30 витков провода ПЭВ-0,61. Затем катушку снимают с оправки и получившийся кольцевой жгут туго обматывают веревкой виток к витку (веревку укладывают как наматывают ферритовые кольца). Затем катушку обматывают лентой из тонкой фольги, но не по всей поверхности, а так, чтобы в противоположной от выводов катушки части остался неэкранированным участок длиной примерно 10 мм. Затем туго обматывают несколькими слоями изоленты ПВХ. В креплении катушки нельзя использовать металлические детали.
Вторая катушка имеет аналогичную конструкцию, но ее диаметр 500 мм, а число витков 21.
Для жесткости катушки закреплены на связанных из реек, при помощи проклеенной эпоксидным клеем веревки, крестовинах.
Конденсатор С2 - трехсекционный с воздушным диэлектриком 6-360 пФ, все секции включены параллельно. В1 - любой динамик.
Налаживание заключается в настройке контура L1C3C4C2 (при помощи подбора С3 и С4) так, чтобы при, примерно среднем, положении С2 можно было добиться очень низкого тона звука, при дальнейшей подстройке С2, переходящего в редкие потрескивания.
Автор: Коротков В.
- Автор: Super User
Металлодетектор под землей отыщет
Разработанный мною металлодетектор пока не применялся ни в миротворческих операциях по выявлению и обезвреживанию минных полей, ни в крупномасштабных геологических или археологических изысканиях. Рассчитанный не на профессионалов, а на любителей, чье желание "заглянуть под землю" способна удовлетворить конструкция с параметрами, приведенными в таблице, он представляет собой улучшенный вариант "металлоискателя на биениях".
Чувствительность у прибора повышена за счет выгодного использования (четкой фиксации) зависимости длительности зондирующего импульса от интенсивности самих посылок с введением в поисковый генератор автоматической подстройки частоты (АПЧ). Причем дополнительных мер для стабилизации напряжения и температурной компенсации электронных блоков не потребовалось.
А предсказываемые скептиками "непримиримые противоречия" (мол, изменение частоты у поискового колебательного контура при попадании металла в рабочую зону несовместимо с нормальным функционированием системы АПЧ) разрешила сама практика. Оказалось, что при перемещении датчика над исследуемой поверхностью со скоростью 0,5-1 м/с схема прибора вовсе не вступает в конфликт с автоподстройкой частоты, имеющей значительную инерционность (большую постоянную времени).
Рис. 1. Блок-схема металлодетектора
Уже из анализа блок-схемы видно, что изготовить такой прибор заведомо сложнее, чем любой из прежних менее чувствительных аналогов. Ведь у предлагаемой мною разработки, помимо стандартного набора из образцового кварцевого (1) и измерительного (2) генераторов, выносной катушки индуктивности L (поисковой рамки-датчика), смесителя (3) и звукового регистратора ВА (телефонного капсюля), - налицо новые, существенно улучшающие эксплуатационные характеристики, устройства. Это и интегратор (4), вырабатывающий пилообразный сигнал с амплитудой, пропорциональной управляющей частоте биений, и формирователь импульса записи (5), который совместно с ключом (6) и истоковым повторителем VT представляют собой аналоговое запоминающее устройство, фиксирующее пиковое напряжение с интегратора.
Не обходится металлодетектор без компаратора (7), обеспечивающего автоматический перевод электроники из зоны максимальной чувствительности в область регистрации биений "один к одному" (и наоборот), без специального генератора ГУН (8), преобразующего напряжение, сформированное на истоковом повторителе, в электрические колебания частотой 200-8000 Гц. а также без упомянутой выше оригинальной системы автоподстройки частоты АПЧ (9) с особым узлом, замедляющим реакцию прибора на чрезмерно резкое изменение управляющего напряжения- Имеется здесь и ряд других технических решений, среди которых, конечно же, нельзя не выделить "операционник" и спецсмеситель (10).
Технические характеристики
- Габариты печатной платы, мм......90x70x2
- Напряжение электропитания, В......9
- Потребляемый прибором ток, мА......6
- Глубина обнаружения стальных предметов в черноземе при устоявшейся сухой погоде, мм, а) диск 10x2 мм......100
- б) диск 100x20 мм......680
- в) диск 500x100 мм (канализационный люк)......1400
Как показывает практика, именно такой состав устройств при выбранном способе формирования звукового сигнала позволяет прослушивать обе частоты одновременно, существенно облегчая начальную настройку прибора на определенную чувствительность. И надежность обеспечивается достаточно высокая. Даже в экстремальной ситуации, когда, скажем, поисковая рамка-датчик приближается к массивному металлическому предмету на расстояние, при котором разностная частота становится почти критической (70 Гц), сбоев в работе не возникает - в головных телефонах слышна только изменяющаяся частота биений.
Теперь о частностях, нашедших свое отражение на принципиальной электрической схеме. Образцовый генератор выполнен на элементе DD1.1. Его частота стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1, включенным в цепь положительной обратной связи. Для обеспечения возбуждения генератора при включении питания служит резистор R1. Имеющийся здесь же буферный элемент DD1.2 разгружает генератор, а также формирует сигнал с цифровыми уровнями. Резистор R2 определяет степень нагрузки и максимум мощности, рассеиваемой на кварцевом резонаторе.
Рис. 3. Принципиальная электрическая схема металлодетектора (нажмите для
увеличения)
Данный генератор может работать практически с любыми резонаторами при токе потребления 500-800 мкА. А идущий за ним делитель частоты на два (элемент DD2.1) формирует сигнал с симметричным меандром, необходимый для нормальной работы смесителя.
Измерительный генератор собран по схеме несимметричного мультивибратора (транзисторы VT1 и VT2). Выход на режим самовозбуждения обеспечивает цепь положительной обратной связи на конденсаторе С7. Частотозадающими элементами служат С3 - С5, VD1 и поисковая катушка-датчик L1. Причем генерация осуществляется в пределах от 500 кГц до 700 кГц, в зависимости от имеющегося кварцевого резонатора.
Такой важный параметр, как кратковременная нестабильность, у данного генератора невелик. Уход частоты за первые 10 с сразу после включения питания составляет не более 0,7 Гц (а через каждые 30 мин - до 20 Гц), хотя для нормальной работы прибора считается приемлемым даже 1 Гц за 1 мин (без АПЧ).
Выдаваемый измерительным генератором синусоидальный сигнал, имея амплитуду 1 - 1,2 В, поступает через разделительный конденсатор С9 на триггер DD3.2, который формирует прямоугольные импульсы с цифровыми уровнями и скважностью 2. R5R6 - делитель, необходимый для нормальной работы этого участка схемы. Ну a DD3.3 выполняет роль буферного каскада. Сигнал с него подается на смеситель (Т-триггep DD2.2). Туда же поступает частота от делителя образцового генератора.
Рис. 2. Эпюры напряжений и токов в контрольных точках прибора
Особенности работы DD2.2 таковы, что если на входы С и D этого логического элемента приходят две импульсные последовательности, близкие по частоте, то на выходах формируется сигнал разностной частоты со строго симметричным меандром. Причем все, снимаемое с вывода 12 смесителя, имеет форму, представленную на рисунке 2а.
Прямой, а также задержанный (рис. 2б) проинвертированный (благодаря цепи R8C11 и элементу DD4.2) сигналы суммируются на ключе DD5.1, выполняющем роль логического И/ИЛИ с формированием коротких положительных импульсов записи (рис. 2в) для работы аналогового запоминающего устройства (DD5.2, С13. VT3). Но это еще не все. Снимаемый с выхода DD4.2 сигнал приходит на интегратор, выполненный по классической схеме с использованием VD2, R10 - R11, DA1, C12. Резистор R11 ограничивает ток перезаряда конденсатора С12, разгружая выход элемента DD4.2.
Проинтегрированный сигнал (рис. 2г) через ключ DD5.2. которым управляют импульсы с DD5.1, подается на запоминающую емкость С13, где формируется и до нового цикла записи удерживается с высокой точностью напряжение, равное пиковому значению того, что поступает от интегратора (рис. 2д). Конденсатор С14 сглаживает эффект типа "ступенька", который может возникнуть при резкой смене частот биений (рис. 2е).
С истокового повторителя сигнал поступает на компаратор DD4.3, ГУН (генератор, управляемый напряжением) и в цепь петли АПЧ. Делитель R21R22 совместно с R23 и R24 обратной связи сужают диапазон управляющего напряжения до амплитуды 1,2 В. Операционный усилитель DA2 сравнивает полученное с тем, что задано делителем R26R29, и формирует напряжение управления варикапом VD1.
Резистором R26 можно устанавливать начальную точку захвата АПЧ (чувствительность) грубо, a R27 - точно. Более того, при перемещении движка R26 в сторону крайнего (верхнего либо нижнего по схеме) положения легко выходить из зоны захвата АПЧ (±300 Гц), осуществляя режим с частотой биений "один к одному", что делает работу с прибором более гибкой.
Для уяснения особенностей функционирования узла, замедляющего реакцию АПЧ на резкое изменение частоты биений, предположим, что на базе транзистора VT4 имеется, к примеру, некоторое установившееся Uб. Допустим также, что в какой-то момент происходит резкое изменение частоты биений и, соответственно, напряжения на С14. Исправная схема нашего металлодетектора обязательно отзовется на такую "вводную"" адекватным отклонением Uб транзистора VT4 от прежнего значения (благодаря большим номиналам R19, R20 и С16). А вот ответом на плавное изменение частоты биений непременно будет реакция в виде медленного изменения названных напряжений.
Когда в зону чувствительности поисковой рамки-датчика попадает металлический предмет и находится там относительно долго, на базе VT4 устанавливается напряжение, которого обычно хватает для возврата на заданный частотный режим. Но при резком отводе датчика в сторону ситуация изменяется, Uб транзистора VT4 не сможет быстро вернуться на предыдущий уровень. То есть создаются условия для перехода через "0" (возникновения положительной обратной связи). Чтобы последнее исключить, введено шунтирование R19 диодом VD3, через который происходит быстрый разряд емкости С16 (возврат Uб на установленный уровень).
Фактически АПЧ имеет (в зависимости от того, в какую сторону происходит изменение частоты биений) две постоянные времени. А так как особое выполнение датчика практически нивелирует влияние ферромагнитных свойств обнаруживаемых предметов на увеличение fпоискового генератора то и АПЧ, и прибор в целом работают во всех режимах весьма корректно. ГУН (DD4.4, и R18, С15) преобразует напряжение, изменяющееся с частотой биений, в частоту. А настроенный с помощью делителя R16R17 компаратор DD4.3 разрешает ему это делать в зоне максимальной чувствительности.
Частота ГУН поступает на вход А смесителя (ключ DD5.4). На вход СО приходят от логического элемента DD4.1 и разностная fбиений, и сформированный дифференцирующей цепью C10R9 (для лучшего звучания головных телефонов, уменьшения потребляемой мощности) короткий отрицательный импульс. В результате на выходе смесителя присутствует или промодулированная частота ГУН, или только частота биений. Причем переход с одного режима на другой схема выполняет автоматически. Переменный резистор R30 служит нагрузкой и регулятором громкости, а совмещенный с ним SA1 - выключателем электропитания.
Использование микросхем серии КМОП, операционных усилителей, работающих в микротоковом режиме, позволило сократить ток потребления до уровня 6 мА, сделав приемлемым использование батареи "Крона" в качестве источника электропитания.
Как и другие аналоги, почти весь металлодетектор смонтирован на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Поисковый генератор помещен в экранирующую коробку из жести.
Рис. 3. Топология печатной платы
За габариты платы вынесены лишь регулировочные сопротивления R26, R27, R30, гнезда подключения источника питания и головных телефонов, а также рамка-датчик.
DD1 К561ЛА8; DA1-DA2 КР140УД1208; DD2 К561ТМ2; VT1-VT3 КП303А;
DD3 К176ЛП4; VT4 КТ3102Г; VD1 Д902; VD2-VD3 КД522
Технология и тщательность изготовления рамки-датчика настолько важны для работоспособности всего металлодетектора, что требуют, видимо, более детального изложения. В качестве основы здесь использован жгут, составленный из одиннадцати 1100-мм отрезков провода ПЭВ2-1,2. Плотно обернув слоем изоленты, его втискивают в алюминиевую трубку, имеющую внутренний диаметр 10 мм и длину 960 мм. Полученной заготовке придают форму прямоугольной рамки 300x200 мм с закругленными углами.
Рис. 4. Рамка
Конец первого из проводов, помещенных в алюминиевом корпусе - электростатическом экране, последовательно припаивают к началу второго и так далее до образования своеобразной 11-витковой катушки индуктивности. Спайки изолируют друг от друга бумажной лентой и заливают эпоксидной смолой, исключая при этом появление короткозамкнутого витка за счет самой согнутой в рамку трубки.
Желательно здесь же предусмотреть любой закрытый высокочастотный разъем и подходящее (не металлическое) крепление для штанги-рукоятки, в качестве которой можно использовать одну-две секции от разборного удилища. Кабель, соединяющий рамку с блоком, лучше использовать коаксиальный, телевизионный, например, РК75.
Дроссель L2 поискового генератора (обозначение здесь и далее - согласно рис. 1 и в соответствии с принципиальной электрической схемой металлодетектора, опубликованной в предыдущем номере журнала) имеет 450 витков провода ПЭЛ1-0,01. Намотка - внавал на каркасе диаметром 4 и длиной 15 мм с ферромагнитным сердечником М600НН (можно применить подходящую контурную катушку от старого радиоприемника). Индуктивность такого дросселя 1-1,2 мГн.
В приборе использованы конденсаторы КСО или КТК (С3, С4, С5), КЛС или KM (С1, С2, С6 - С13, С15), К50-6 или К53-1 (С14, С16, С17). Есть выбор и резисторов. В частности, для "подстроечников" R26, R27 подойдут СП5-2 или СП-3. То же самое можно сказать о переменном R30, только он должен быть совмещен с выключателем.
Все остальные резисторы - МЛТ-0,125 (ВС-0,125).
Цифровые МС можно заменить аналогами из хорошо зарекомендовавшей себя серии К176. DD1, DD3 - любые из того же ряда, лишь бы содержали требуемое количество инверторов.
Допускают замену и транзисторы. В качестве VT1 и VT2, например, подойдут КП303Б (-Ж). На месте VT3 приемлем КП303 или КП305 (буквенный индекс в конце наименования в данном случае роли не играет), а КТ3102Г (VT4) заменит КТ3102Е.
Кварц - из тех, что рассчитаны на 1,0-1,4 мГц. Выбор головных телефонов тоже не ограничен. Как свидетельствует практика, вполне подойдут ТОН-1 или ТОН-2. Варикап Д901 можно заменить на Д902. Диоды VD2 и VD3 КД522 (КД523) с любым буквенным индексом.
Для настройки собранного прибора потребуются осциллограф и ...аккуратность в работе. Тщательно осмотрев весь монтаж, на схему подают электропитание. Затем проверяют ток потребления, который у правильно выполненной работоспособной конструкции должен составлять 5.5 - 6,5 мА. При выходе за указанные значения ищут и устраняют ошибки в пайке и т.д.
В функционировании образцового генератора убеждаются по наличию на выводе 1 микросхемы DD2 частоты, равной 0,5fкварцевого резонатора со скваженостью 2. Потом переходят к "поисковику." В контрольную точку на печатной плате, где сходятся R3 и С8, подают половину напряжения питания, отсоединив при этом выход микросхемы DA2. И осциллографом, подключенным к стоку транзистора VT2, проверяют амплитуду выходного напряжения. Она должна быть от 1 В до 1,2 В. Если отклонение превышает 0,1 В. корректируют число витков в дросселе L2.
С помощью конденсаторов С3 и С4 выставляют оптимальную частоту сигнала, равную 0.5fкварца Причем сам датчик должен располагаться не ближе двух метров от металлических предметов. При необходимости, подбирая R5, стремятся получить симметричный выходной сигнал на выводе 9 микросхемы DD3 (при этом смеситель должен выдавать сигнал разностной частоты с меандром, равным 2). Затем, установив изменением напряжения на варикапе частоту биений, равную 8-9 Гц, замеряют сигнал на выводе 6 интегратора DA1 - он должен быть "на грани ограничения снизу". Соответствующую же корректировку осуществляют подбором номинала у резистора R10.
Присоединив осциллограф к истоку транзистора VT3, проверяют изменение уровня напряжения в зависимости от частоты биений. Резисторами R16 и R17 добиваются, чтобы логический ноль на выходе компаратора (вывод 10 микросхемы DD4) появлялся только тогда, когда fбиений станет выше 70 Гц.
ГУН подстраивают с помощью резистора R15 так, чтобы генератор начинал работать, когда сигнал интегратора "выходил из ограничения снизу". В дальнейшем это существенно упростит корректировку прибора перед работой, гак как минимальная частота ГУН и будет соответствовать настройке металлодетектора на максимальную чувствительность.
Восстановив на печатной плате специально отпаянное ранее соединение R3 и С8 с DA2, переходят к заключительному этапу отладки прибора. Движок "подстроечника" R26 поворачивают в крайнее("плюсовое")положение, что будет соответствовать максимальной частоте биений (причем fпоискового генератора > fобразцового.
Затем, медленно вращая движок в обратную сторону, начинают контролировать сигнал на выводе 6 DA1. Замечают, как (при определенном положении движка R26) на экране осциллографа вырисовывается момент попадания сигнала в зону захвата АПЧ.
Продолжая поворот ручки подстроечного резистора R27, добиваются частоты биений, равной 10 Гц, одновременно проверяя работу АПЧ (по стремлению сигнала вернуться в исходное состояние).
Движки резисторов R26, R27 необходимо перемещать медленно, учитывая большую инерционность АПЧ. При этом в головных телефонах будут прослушиваться минимальная частота ГУН и слабые щелчки с fбиений. В некоторых случаях может возникнуть эффект "плавания" звука относительно некоторого фиксированного состояния. В этом случае необходимо более точно подобрать соотношение резисторов R23, R24 или уменьшить номиналы R19, R20.
Как уже отмечалось, электронную часть металлодетектора (а это почти и есть весь прибор) можно смонтировать в любом подходящем корпусе, закрепленном на ручке. Необходимо позаботиться, чтобы поисковая рамка-датчик, а также соединительные провода были жестко закреплены относительно друг друга. Ведь даже незначительные вибрации этих деталей, возникающие при передвижении оператора, способны породить ложный сигнал (особенно при максимальной чувствительности схемы и недостаточном опыте работы с прибором). По той же причине лопатку следует носить за спиной штыком вверх (подальше от рамки-датчика). А металлические наконечники на шнурках ботинок оператора вообще недопустимы. Привносимые ими помехи грозят свести на нет все усилия сверхчуткого прибора отыскать в земле то, с чем она столь неохотно расстается.
Работа с металлодетектором мало чем отличается от действий с современным ручным миноискателем. Конечно же, столь точным приборам нужна юстировка. В нашем конкретном случае - это поворот движка подстроечного резистора R26 в крайнее ("плюсовое") положение, a R27 - в среднее. Подав на аппаратуру электропитание, вращают ручку регулировки R26 в противоположную сторону до появления в головных телефонах сигнала ГУН. После этого подстроенным резистором R27 устанавливают требуемую чувствительность. А с помощью R26 произвольно выставляют (при работе с прибором в режиме биений "один к одному") fбиений в пределах 200-300 Гц.
АПЧ и ГУН, по сути, отключены, поэтому поиск ведут как обычно. Для более четкого определения места расположения мелких предметов рамку-датчик подносят к зоне поиска либо горизонтально (закругленным углом вперед), либо под наклоном 45-90° к исследуемой поверхности (с явным позиционным преимуществом одной из боковин рамки).
Автор: Ю.Стафийчук
- Автор: Super User
Низкобюджетный металлодетектор
Этот уникальный металлодетектор сделан всего на пяти компонентах - дешевой микросхеме, переменном конденсаторе, двух поисковых катушках и наушнике. Но не взирая на простоту он имеет довольно неплохие параметры.
Эта схема относится к металлодетекторам. И хотя она содержит некоторые узлы от других металлодетекторов, ее принцип работы отличается от них.
Не будет преувеличением сказать, что по характеристикам схема соответствует недорогому детектору с индукционным балансом (ИБ). Соберите ее - и вы в этом убедитесь! Эта конструкция даже более проста, чем оригинальный детектор на биениях, схема которого была опубликована в EPE за май 2004.
При тестировании было установлено, что старый английский пенни обнаруживается на воздухе на расстоянии 15 см, хотя из-за различных факторов, влияющих на чувствительность, дальность обнаружения может падать до 12,5 см.
Тем не менее этот детектор может составить конкуренцию для бюджетных ИБ и даже иметь некоторые полезные особенности унаследованные от детекторов на биениях.
Введение
Вместо использования поискового и образцового генераторов (как в детекторах на биениях), или передающей и приемной катушек (как у ИБ детекторов), этот детектор использует два передатчика (или поисковых генератора) с взаимно перекрывающимися катушками как у ИБ детекторов.
Рис. 1. Принципиальная схема - вряд ли может быть проще
Примечание к схеме: каждая катушка содержит 70 витков провода ПЭЛ-0,32 намотанного на оправке диаметром 12 см.
Катушки должны перекрываться между собой для получения тона в наушниках.
Как видно из рисунка 1, схема очень проста. Каждый генератор собран на одном усилителе счетверенного ОУ плюс поисковая катушка!
Сигналы с этих генераторов смешиваются (по типу как у детекторов на биениях) и в результате этого можно услышать сигнал биений.
Но помимо всей этой схожести с детекторами на биениях имеется и отличие. И это отличие, которое существенно увеличивает чувствительность детектора заключается в том, что каждая из катушек изменяет частоту генератора через индуктивную связь. В результате получается "баланс" как у ИБ детекторов и чувствительность становится больше, чем у схем на биениях.
Кроме всего этого, требуется средство для управления выходной частотой биений, что бы можно было настраивать прибор. Это может быть выполнено разными способами, в данном случае используется стандартный переменный конденсатор 100 пФ от АМ приемника, соединенный между двумя генераторами.
Так как концепция схемы заимствована от индукционно-балансных и детекторов на биениях, то мы будем называть принцип работы этого детектора "баланс биений" (ББ).
Характеристики
Основные характеристики схемы такие:
- В зависимости от того, как он сконструирован, этот детектор потенциально имеет чувствительность как у ИБ детектора.
- Не нужен приемный усилитель или детектор уровня, это существенно упрощает схему и снижает ее стоимость. Представленная схема содержит всего два основных компонента, при том что аналогичная по чувствительности схема бюджетного ИБ будет содержать порядка 10..20 компонентов.
- Оба поисковых генератора идентичны, следовательно схема устойчива к изменению напряжения питания и окружающей температуре. Из-за этого отпадает нужда в схемах компенсации и стабилизаторе напряжения.
- Каждая из катушек имеет противоположный отклик на мишень, и следовательно высокий иммунитет к минерализации земли. В то же время схема имеет хорошую дискриминацию в точке перекрытия обеих катушек.
Схема
В основе конструкции лежит простейшей генератор на инверторе. Рассмотрим вначале генератор на IC1. С момента, когда индуктивность начинает сопротивляться быстрым изменениям напряжения (называемым реакцией), любое изменение логического уровня на выходе (вывод 1) будет передаваться на инвертирующий вход 2 с задержкой по времени. Скорость нарастания выходного напряжения составляет примерно 8В/МС, все последующие переключения IC1 соответственно задерживаются и таким образом генератор переходит в рабочий режим, с установившимися колебаниями на выходе.
Один из выводов поисковой катушки соединен с неинвертирующим входом (вывод 3), который стабилизирует работу. В принципе вывод 3 мог бы быть оставлен не подключенным, но это было бы неоптимальным решением.
Так как разные интегральные микросхемы имеют разные скорости нарастания выходного напряжения и входные сопротивления, то они вряд ли будут работать в этой схеме. Однако TL074CN широко распространена и ее доступность не должна быть проблемой.
Поисковая катушка является ответственной частью генератора и она должна быть правильно сконструирована, что бы генератор заработал и была получена необходимая частота на выходе.
Эта частота должна быть достаточно большой, но не настолько, что бы на нее влияли шумы или нестабильность параметров.
Характеристики микросхемы IC1 и индуктивность катушки влияют на частоту генерации, которая находится в районе 260 кГц (без подключенного экрана Фарадея). Экран Фарадея увеличивает индуктивность катушки примерно в два раза, соответственно частота на выходе генератора становится примерно в два раза меньше.
Генератор на IC1b включен точно так же, как и IC1a, за исключением того, что его поисковая катушка подключена в противофазе.
По мере того, как поисковую катушку перемещают параллельно земле, появление металла увеличивает индуктивность вначале L1 и потом L2, или наоборот, в результате чего частота генерации немного уменьшается. Третий усилитель IC1c используется для смешивания сигналов двух генераторов, и на его выходе получается частота биений, лежащая в аудио диапазоне.
Все это является отличительной особенностью детектора ББ типа. Присутствие металла не только изменяет частоту поискового генератора, но и так же как и у ИБ детектора, влияет на другую катушку. В действительности обе какушки влияют друг на друга через взаимоиндукцию, и это является причиной существенного увеличения чувствительности системы.
Помимо всего этого, необходимо найти способ для настройки детектора. Это достигается с помощью переменного конденсатора VC1, который соединяется с двумя индуктивностями (поисковыми катушками). В качестве VC1 будет работать практически любой конденсатор переменной емкости, желательно только что бы он имел не слишком большую емкость - от 47 пФ до 100 пФ. Если же такого нет, то можно использовать конденсатор большего номинала, включив с ним последовательно емкость 47пФ.
В качестве наушников используются пьезотелефоны. Если их громкость слишком велика, то ее можно уменьшить, включив последовательно с наушниками резистор подходящего номинала. Индуктивный звукоизлучатель использовать не рекомендуется из-за опасности перегрузки IC1c.
Ток, отребляемый схемой состовляет прмерно 15мА. Восемь батарей типа АА хватает примерно на 70 часов работы.
Конструкция
В схеме нет большого количества деталей, так что трудно допустить какую-либо ошибку. Важно не ошибиться с включением микросхемы и фазировкой поисковых катушек. Кроме этого, других проблем быть не должно.
Вставьте в печатную плату 12 штырьков и впаяйте их, потом припаяйте два провода, ведущих к выключателю. В качестве штырьков используйте облуженный толстый медный провод.
Теперь пришло время наполнить печатную плату. Так как это чувствительная, высокочастотная схема, то рекомендуется впаивать IC1 напрямую, без панельки. После того как вы вставили эту микросхему, убедитесь в правильности установки. TL074CN достаточно надежная микросхема, паяйте ее по возможности быстрее, что бы избежать перегрева.
Припаяйте переменный конденсатор VC1, гнездо для наушников, батареи и выключатель (соблюдайте полярность - ошибка может вывести схему из строя). Выключатель питания обычно подключают к положительному выводу батарей. Одни батареи имеют облуженный контакт, другие (такие которые мы используем) требуют 9В переходную колодку для подсоединения. Опять же, соблюдайте полярность!
Теперь прикрепите выключатель питания и разъем для наушников к корпусу.
Я использовал длинные винты для крепления VC1 под печатной платой, это легкий и эффективный способ для установки переменного конденсатора в корпусе.
Используйте кусок токонепроводящей резины для изоляции VC1 от печатной платы.
Автор: Томас Скарборо
- Автор: Super User
Металлоискатели категории FD (Frequency Domain), теория
Металлоискатели категории FD (Frequency Domain), теория
Большинство известных автору конструкций металлоискателей принадлежат к приборам категории FD (Frequency Domain) и используют принцип оценки изменения электрического поля под влиянием металлического предмета. Общим признаком таких устройств является активная катушка, формирующая электрическое поле. Впрочем, из этого правила есть и исключение: детекторы металлических предметов, работающие по принципу "передача-прием". В них используются две катушки: передающая и приемная.
Отдельные конструкции металлодетекторов группы FD отличаются способом анализа изменения параметров поля под влиянием близко расположенных металлических предметов, а также критериями оценки этих изменений.
Среди приборов категории FD наиболее распространенными, благодаря простоте схемотехнических решений, являются детекторы металлических предметов, в основу которых положен принцип измерения частоты биений, возникающих при сложении двух близких по частоте сигналов. В специализированной литературе такие устройства часто называют металлоискателями BFO (Beat Frequency Oscillator). Необходимо признать, что при поиске металлов со слабыми ферромагнитными свойствами, например таких, как медь, олово или серебро, металлоискатели BFO обладают меньшей чувствительностью по сравнению с приборами, работа которых основана на других принципах.
Металлодетекторы, в которых используется принцип измерения девиации частоты опорного генератора под влиянием металлических предметов, попавших в зону действия поисковой катушки, можно выделить в группу устройств, называемых металлоискателями на основе частотомера. В специализированной литературе такие приборы иногда обозначают сокращением FM (Frequency Meter). Можно утверждать, что в настоящее время, в связи с развитием элементной базы, устройства такого типа переживают второе рождение.
В специальной литературе иногда приводятся схемы детекторов металлических предметов, в основу которых положен так называемый внерезонансный или околорезонансный принцип. В этих устройствах изменение частоты и амплитуды измерительного генератора анализируется с помощью фильтра, настроенного на околорезонансную частоту, т. е. на спаде его характеристики. Такие приборы часто обозначают сокращением OR (Off Resonance).
Отдельную группу составляют мостовые детекторы металлических предметов. Особенность схемы таких приборов состоит в том, что измерительная (поисковая) катушка включается в одно из плеч измерительного моста (на резонансной или околорезонансной частоте). При этом оценивается изменение напряжения на диагонали реактивного сопротивления.
В последнее время значительно повысился интерес к детекторам металлических предметов, функционирование которых основано на так называемом принципе "передача-прием". Следует учесть, что в широком смысле к металлоискателям, использующим принцип "передача-прием", относятся не только устройства, работающие с непрерывным сигналом (категории FD), но и приборы, использующие импульсный сигнал (категории TD). Главное различие этих двух групп металлодетекторов заключается не только в форме используемого сигнала. Устройства, работающие с синусоидальным сигналом, оснащены двумя катушками - передающей и приемной. При этом система катушек сбалансирована до нулевой взаимной индукции. Поэтому часто такие приборы называют балансными металлодетекторами. В зарубежной литературе эти металлоискатели обычно обозначают сокращением TR-IB (Transmitter Receiver - Induction Balance) или просто TR. В устройствах типа TR-IB в процессе поиска на принимающую катушку поступает сигнал, инициированный вихревыми токами, возникающими в металлическом предмете под воздействием передающего сигнала. Анализ параметров принятого сигнала (например амплитуда и сдвиг фазы) и является источником информации о наличии и особенностях металлических предметов, обнаруженных в зоне работы прибора.
Автор: Адаменко М.В.
- Автор: Super User
Малогабаритный металлоискатель
Малогабаритный металлоискатель
Малогабаритный металлоискатель может обнаруживать скрытые в стенах гвозди, шурупы, металлическую арматуру на расстоянии нескольких сантиметров.
Принцип действия
В металлоискателе использован традиционный метод обнаружения, основанный на работе двух генераторов, частота одного из которых изменяется при приближении прибора к металлическому предмету. Отличительная особенность конструкции - отсутствие самодельных намоточных деталей. В качестве катушки индуктивности использована обмотка электромагнитного реле.
Принципиальная схема
Металлоискатель (рис. 2.19, а) содержит:
- LC-генератор на элементе DD1.1;
- RC-генератор на элементах DD2.1 и DD2.2;
- буферный каскад на DD1.2;
- смеситель на DD1.3;
- компаратор напряжения на DD1.4, DD2.3;
- выходной каскад на DD2.4.
Работает устройство так. Частоту RC-генератора нужно устанавливать близкой к частоте LC-генератора. При этом па выходе смесителя будут присутствовать сигналы не только с частотами обоих генераторов, но и с разностной частотой.
Фильтр низкой частоты R3C3 выделяет сигналы разностной частоты, которые поступают на вход компаратора. На его выходе формируются прямоугольные импульсы такой же частоты. С выхода элемента DD2.4 они поступают через конденсатор С5 на разъем XS1, в гнездо которого вставляют вилку головных телефонов сопротивлением около 100 Ом.
Рис. 2.19. Малогабаритный металлоискатель: а - принципиальная схема; б - печатная плата
Конденсатор и телефоны образуют дифференцирующую цепочку, поэтому в телефонах будут раздаваться щелчки с появлением каждого фронта и спада импульсов, т. е. с удвоенной частотой сигнала. По изменению частоты щелчков можно судить о появлении вблизи прибора металлических предметов.
Элементная база
Вместо указанных на схеме допустимо использовать микросхемы:
- К561ЛА7;
- К564ЛА7;
- К564ЛЕ5.
Полярный конденсатор - серий К52, К53, остальные - К.10-17, КЛС. Переменный резистор R1 - СП4, СПО, постоянные - МЛТ, С2-33. Разъем - с контактами, замыкающимися при вставленной в гнездо вилке телефонов. Источник питания - батарея "Крона", "Корунд", "Ника" или аналогичный им аккумулятор.
Подготовка катушки
Катушку L1 можно взять, например, из электромагнитного реле РЭС9, паспорт РС4.524.200 или РС4.524.201 с обмоткой сопротивлением около 500 Ом. Для этого реле нужно разобрать и удалить подвижные элементы с контактами.
Магнитная система реле содержит две катушки, намотанные на отдельных магнитопроводах и включенные последовательно. Общие выводы катушек нужно соединить с конденсатором С1, а магнитопровод также, как и корпус переменного резистора, - с общим проводом металлоискателя.
Печатная плата
Детали устройства, кроме разъема, следует разместить на печатной плате (рис. 2.19, б) из двустороннего фольгированного стеклотекстолита. Одна из ее сторон должна быть оставлена металлизированной и соединена с общим проводом другой стороны. На металлизированной стороне нужно закрепить батарею питания и "добытую" из реле катушку.
Выводы катушки реле следует пропустить через раззенкованные отверстия и соединить с соответствующими печатными проводниками. Остальные детали размещаются со стороны печати. Плату установите в корпус из пластмассы или жесткого картона, на одной из стенок которого закрепите разъем.
Наладка металлоискателя
Налаживание устройства следует начинать с установки частоты LC-генератора в пределах 60-90 кГц подбором конденсатора С1. Затем нужно переместить движок переменного резистора примерно в среднее положение и подбором конденсатора С2 добиться появления в телефонах звукового сигнала. При перемещении движка резистора в ту или иную сторону частота сигнала должна изменяться.
Для обнаружения металлических предметов переменным резистором предварительно нужно установить возможно меньшую частоту звукового сигнала. С приближением к предмету частота начнет изменяться. В зависимости от настройки, выше или ниже нулевых биений (равенства частот генераторов), или вида металла, частота изменится в большую или меньшую сторону.
Автор: Нечаев И.
- Автор: Super User