Металлоискатели
Компактный металлоискатель на полевом транзисторе
Компактный металлоискатель на полевом транзисторе
Назначение и возможности
Простой компактный металлоискатель нужен для обнаружения в стенах под слоем штукатурки разнообразных металлических предметов (например, труб, проводки, гвоздей, арматуры). Это устройство полностью автономно, питается от 9 вольтовой батареи типа "Крона", потребляя от нее 4-5 мА.
Металлоискатель имеет достаточную чувствительность для обнаружения:
- трубы на расстоянии 10-15 см;
- проводки и гвоздей на расстоянии 5-10 см.
Чувствительность можно значительно повысить, увеличив габариты устройства, но как показала практика для бытовых применений это делать не всегда целесообразно.
Принципиальная схема
Со схемотехнической точки зрения устройство представляет собой LC-генератор на полевом транзисторе, сопряженный с устройством звуковой индикации.
Индикация в устройстве применена именно звуковая, хоть она и дороже световой, но значительно экономичнее по отношению к батарее питания. Так как обычный светодиод потребляет ток около 10-15 мА (для нормальной видимости в дневное время), а зуммер прерывистого звучания с пьезоизлучателем около 2 мА. Устройство довольно простое, его принципиальная схема показана на рис. 2.45, а.
Рис. 2.45. Компактный металлоискатель на полевом транзисторе: а - принципиальная схема; б - печатная плата; в - внешний вид устройства
Работает устройство следующим образом: подав питание, нужно установить переменным резистором R4 режим работы генератора на пороге срыва. Пока генератор работает (на частоте порядка сотен килогерц), переменное напряжение с его выхода выпрямляется диодами VD1, VD2, заряжает конденсатор С5 до напряжения 2-3 В.
Этого напряжения достаточно, чтобы блокировать работу генератора прерывистого звучания собранного на логических элементах ИМС DD1 по типовой схеме. Стоит появиться рядом с катушкой L1 металлическому предмету, как генерация срывается, конденсатор С5 в течении 20 мс разряжается через R5 и теперь разрешается работа генератора на DD1.1, DD1.2, а уже под его управлением начинает прерывисто работать генератор на DD1.3, DD1.4.
Пьезоизлучатель ZQ1 начинает прерывисто пищать. Если металл удалится от катушки, генерация в контуре L1C2 тут же восстанавливается и звуковой излучатель замолкает.
Настройка металлоискателя
В зависимости от степени разряда батареи, температуры воздуха, предметов, находящихся рядом с металлоискателем требуется его частая настройка резистором R4 в процессе работы. Движок резистора необходимо, вывести сначала в положение максимального сопротивления - генерация в LC-контуре должна сорваться и прибор должен подать звуковой сигнал.
Потом медленно уменьшить сопротивление R4 до восстановления генерации - прибор готов к работе. В некоторых случаях может понадобиться подбор резистора R3. Для достижения максимальной громкости звучания излучателя желательно подобрать номинал R9 или С7 таким образом, чтобы наступил звуковой резонанс в пьезоизлучателе.
Элементная база
Прибор не содержит дефицитных или дорогих деталей. Полевой транзистор может быть любым из серии КП303, ИМС можно применить более дешевую, 176 серии. Катушка индуктивности бескаркасная, содержит 50+50 витков провода диаметром 0,1 мм, намотанного на оправку диаметром примерно 7 см. Можно намотать на стеклянную бутылку, потом сдвинуть катушку с нее, скрепить витки слегка нитками и промазать всю катушку клеем типа "Момент".
Все постоянные резисторы - МЛТ-0,125, или аналогичные. Конденсаторы - любые малогабаритные, можно с большим ТКЕ и погрешностью, так как все равно придется постоянно подстраивать генератор вручную. Пьезоизлучатель также любой. Электролитические конденсаторы не должны иметь больших токов утечки, особенно это касается С1. Такому требованию отвечает большинство новых конденсаторов типа К50-35 или подобных импортных.
Монтаж металлоискателя
Все детали, кроме батареи питания, переменного резистора, звукового излучателя и катушки индуктивности монтируются на печатной плате (рис. 2.45, б). Плата далее вместе с батареей питания, излучателем и переменным резистором помещается в корпус подходящих размеров.
Катушка индуктивности крепится на диэлектрической стойке длиной не менее 15 см, иначе прибор будет обнаруживать собственную батарейку.
Применение сменных катушек
Можно даже попробовать сделать несколько сменных катушек разного диаметра, ведь от этого будет зависеть расстояние, на котором прибор сможет обнаруживать металл.
Так, при диаметре каркаса катушки 12 мм, дальность обнаружения составляет несколько миллиметров, но металлоискатель реагирует даже на опилки. С большими катушками он на больших расстояниях может находить только крупные предметы.
Публикация: www.qrz.ru
- Автор: Super User
Конструкция универсального корпуса металлоискателя
Конструкция универсального корпуса металлоискателя
В радиолюбительской литературе описано множество удачных конструкций различных корпусов для радиоэлектронных устройств. Далеко не все из них подходят для автономных устройств с батарейным питанием, к которым относятся и металлоискатели. К корпусу металлоискателя выдвигается целый ряд требований: компактность, прочность, надежное крепление печатных плат и батарей питания, удобство работы в походных условиях. Существуют и специфические требования, такие как наличие низкоомного и стабильного по времени контакта между массивными металлическими деталями корпуса.
Ниже описана конструкция универсального корпуса, пригодного для размещения "электронной начинки" практически любого металлоискателя средней сложности. Данный корпус пригоден для всех схем металлоискателей, описанных в книге. Автор стремился создать технологичную и несложную в изготовлении конструкцию корпуса, удовлетворяющую всем вышеперечисленным требованиям. На рис. 41 приведен общий вид разработанного автором универсального корпуса.
Рис. 41. Конструкция универсального корпуса
Корпус состоит из двух боковин 1 и 2, которые изготовлены из листового алюминиевого сплава толщиной 4 мм. В боковинах имеются отверстия с резьбой М3 под крепежные винты, с помощью которых крепятся остальные части корпуса. На боковине 2 также установлен разъем 9 для подключения кабеля датчика прибора. С внутренней стороны боковины 2 имеется контактный лепесток корпуса прибора, через который к нему подключаются общая шина электронной части и экраны кабелей. Этот лепесток зажимается под гайку одного из винтов крепления разъема 9. Металл боковины под контактным лепестком тщательно зачищается. Для обеспечения стабильной работы никаких других контактов корпуса прибора с общей шиной электронной части не допускается!
На лицевой панели 3 (изображена на примере индукционного металлоискателя) установлены стрелочные приборы, потенциометры балансировки, переключатель режимов работы и пьезоизлучатель (с внутренней стороны). Лицевая панель - двухслойная. Наружный слой - фальшпанель изготовлена из анодированного алюминиевого листа толщиной 0,5 мм черного цвета. Гравировкой на ней выполнены необходимые линии и надписи. Непосредственно панель, находящаяся под фальшпанелью, выполнена из листового стеклотекстолита толщиной 2,5 мм.
Задняя панель 4 - легкосъемная и служит крышкой отсека батарей питания. Она крепится одним винтом к резьбовой втулке, закрепленной на перегородке 5. Для того чтобы задняя панель не прогибалась при затягивании единственного своего крепежного винта, она усилена профилем в виде широкого швеллера, согнутого также, как и панель, из листового алюминиевого сплава толщиной 1 мм. Профиль и панель скреплены четырьмя винтами М3 с гайками.
Верхняя крышка 6 и нижняя крышка 7 являются основными защитными элементами корпуса. Крышки изготовлены из листового алюминиевого сплава толщиной 1 мм. По форме крышки одинаковы и являются 100%-ным зеркальным отражением друг друга.
Печатная плата 8 электронной части прибора крепится к торцевым поверхностям боковин 1 и 2 при помощи винтов, ввинчиваемых в резьбовые отверстия боковин. Печатная плата установлена деталями внутрь корпуса и между ней и верхней крышкой 7 имеется достаточный зазор. Для модификации индукционного металлоискателя и для более сложных приборов предусмотрены резьбовые отверстия в нижних торцевых поверхностях боковин 1 и 2 для установки дополнительной печатной платы. Она устанавливается параллельно основной печатной плате 8 также деталями внутрь корпуса. Детали на печатных платах размещаются так, чтобы не занимать пространство в местах расположения стрелочных микроамперметров и балансировочных потенциометров.
Винты М3х6 для соединения отдельных частей корпуса использованы из набора крепежа для сборки компьютеров. Они имеют надежное и красивое хромированное покрытие и форму в сечении, слегка отличающуюся от круга (т.е. это своего рода саморезы), что обеспечивает прочное крепление, не развинчивающееся от ударов и вибраций и (!) надежный электрический контакт.
Все алюминиевые детали корпуса желательно подвергнуть электрохимической обработке (анодирование в хромпике), что придаст им не только привлекательный зеленоватый оттенок, но и убережет от коррозии. Несмотря на значительный слой окисла на поверхности анодированного алюминия, контакт между металлическими частями корпуса остается по-прежнему надежным и стабильным. Это достигается применением специальных винтов (см. выше), затягиваемых с достаточным усилием в резьбовые отверстия боковин (без окисла) и контактирующих с внутренними поверхностями отверстий деталей (также без окисла - рассверленных).
Автор: Щедрин А.И.
- Автор: Super User
Любительский металлодетектор
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).
Уже из анализа блок-схемы видно, что изготовить такой прибор заведомо сложнее, чем любой из прежних менее чувствительных аналогов, включая металлоискатели, опубликованные в № 8’85 и 4'96 журнала "Моделист-конструктор". Ведь у предлагаемой мною разработки, помимо стандартного набора из образцового кварцевого (1) и измерительного (2) генераторов, выносной катушки индуктивности I. (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 VТ 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).
Основные параметры металлодетектора
- 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.
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 СЗ - С5, VD1 и поисковая катушка-датчик L1. Причем генерация осуществляется в пределах от 500 кГц до 700 кГц, в зависимости от имеющегося кварцевого резонатора.
Рис. 1. Блок-схема металлодетектора
Рис. 2. Эпюры напряжений и токов в контрольных точках прибора
Рис. 3. Принципиальная электрическая схема металлодетектора (нажмите для
увеличения)
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-триггер DD2.2). Туда же поступает частота от делителя образцового генератора.
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, С12. 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 аарикапом 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 ме-таллодетектора 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, U6 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 U6 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, когда fбиений= 0-70 Гц.
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 fбиений 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. За габариты платы вынесены лишь регулировочные сопротивления R26, R27, R30, гнезда подключения источника питания и головных телефонов, а также рамка-датчик.
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.
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 1_2 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 ПЭЛ 1-0,01. 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 (СЗ, С4, С5), КЛС или КМ (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).
Топология печатной платы (нажмите для увеличения)
Установочные размеры
Прибор, видящий сквозь землю
Цифровые МС можно заменить аналогами из хорошо зарекомендовавшей себя серии К176. DD1, DDЗ-любые из того же ряда, лишь бы содержали требуемое количество инверторов.
Допускают замену и транзисторы. В качестве VТ1 и VТ2, например, подойдут КПЗ0ЗБ (-Ж). На месте \/ТЗ приемлем КПЗ0З или КП305 (буквенный индекс в конце наименования в данном случае роли не играет), а КТ3102Г (VТ4)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 илиТОН-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 г.д.
В функционировании образцового генератора убеждаются по наличию на выводе 1 микросхемы DD2 частоты, равной 0,5fкварцевого резонатора со скважностью 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 DА2. 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.
А 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, так 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> f образцового). 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 1327, добиваются частоты биений, равной 10 Гц, одновременно проверяя работу АПЧ (по стремлению сигнала вернуться в исходное состояние).
Движки резисторов 1326, 1327 необходимо перемещать медленно, учитывая большую инерционность АПЧ. При этом в головных телефонах будут прослушиваться минимальная частота ГУН и слабые щелчки с f,биений. В некоторых 1
случаях может возникнуть эффект "плавания" звука относительно некоторого фиксированного состояния. В этом случае необходимо более точно подобрать соотношение резисторов R23, R24 или уменьшить номиналы 1319, 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 металлодетекгором 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, а R27 - в среднее. Подав на аппаратуру электропитание, вращают ручку регулировки R26 в противоположную сторону до появления в головных телефонах сигнала ГУН. После этого подстроечным 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
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
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