Простой металлоискатель, работающий по принципу Передача-Прием
Принцип действия
В качестве передатчика использован мультивибратор, а в качестве приемника - усилитель звуковой частоты. К выходу первого из этих устройств и входу второго подключены одинаковые по размерам и намоточным данным катушки.
Для того чтобы система из таких передатчика и приемника стала металлоискателем, необходимо расположить катушки так, чтобы в отсутствие посторонних металлических предметов связь между ними практически отсутствовала, т. е. сигнал передатчика не попадал напрямую в приемник.
Как известно, индуктивная связь между катушками минимальна, если их оси взаимноперпендикулярны. Поэтому, если катушки передатчика и приемника расположить именно так, то сигнал передатчика в приемнике прослушиваться не будет.
При появлении поблизости от этой сбалансированной системы металлического предмета в нем под действием переменного магнитного поля передающей катушки возникают так называемые "вихревые токи" и, как следствие, собственное магнитное поле, которое наводит в приемной катушке переменную ЭДС. Сигнал, принятый приемником, преобразуется телефонами в звук. Его громкость зависит от размеров предмета и расстояния до него.
Технические характеристики
Технические характеристики металлоискателя следующие:
- рабочая частота - около 2 кГц;
- глубина обнаружения:
- монеты диаметром 25 мм - около 10 см;
- железной и алюминиевой закаточных крышек - соответственно, 20 и 25 см;
- стального и алюминиевого листов размерами 200 х 300 мм - 40 и 45 см;
- крышки канализационного люка - 60 см.
Принципиальная схема передатчика
Схема передатчика показана на рис. 2.13, а. Это симметричный мультивибратор на транзисторах VT1, VT2. Частота генерируемых им колебаний определяется емкостью конденсаторов C1, С2 и сопротивлением резисторов R2, R3.
Сигнал звуковой частоты с коллекторной нагрузки транзистора VT2 - резистора R4 - через разделительный конденсатор СЗ поступает на катушку L1, которая преобразует электрические колебания в переменное магнитное поле.
Принципиальная схема приемника
Приемник представляет собой трехкаскадный усилитель звуковой частоты, выполнен по схеме, изображенной на рис. 2.13, б. На его входе включена такая же катушка L1, как и в передатчике. Выход усилителя нагружен включенными последовательно телефонами BF1.
Рис. 2.13. Принципиальная схема: а - передатчика; б - приемника
Работа металлоискателя по принципиальной схеме
Переменное магнитное поле передатчика, наведенное катушкой в металлическом предмете, воздействует на катушку приемника. В результате этого в ней возникает электрический ток частотой около 2 кГц. Через разделительный конденсатор С1 сигнал поступает на вход первого каскада усилителя, выполненного на транзисторе VT1. Усиленный сигнал с его нагрузки - резистора R2 - подается через разделительный конденсатор С3 на вход второго каскада, собранного на транзисторе VT2.
Сигнал с его коллектора через конденсатор С5 поступает на вход третьего каскада - эмиттерного повторителя на транзисторе VT3. Он усиливает сигнал по току и позволяет подключить в качестве нагрузки низкоомные телефоны. Чтобы уменьшить влияние температуры окружающей среды на стабильность работы усилителя, в первый и второй каскады введена отрицательная обратная связь по постоянному напряжению включением: резистора R1 между коллектором и базой транзистора VT1; резистора R3 между коллектором и базой VT2.
Снижение усиления на частотах ниже 2 кГц достигнуто соответствующим выбором емкости разделительных конденсаторов С1, СЗ. Снижение усиления на частотах выше 2 кГц - введением в первый и второй каскады частотнозависимой отрицательной обратной связи по переменному напряжению через конденсаторы С2 и С4.
Эти меры позволили повысить помехоустойчивость приемника. Конденсатор С6 предотвращает самовозбуждение усилителя при увеличении внутреннего сопротивления батареи питания по мере ее разрядки.
Рекомендации по изготовлению катушек
Катушки приемника и передатчика одинаковы. Изготовить их можно следующим образом. По углам прямоугольника размерами 115 х 75 мм в доску вбить четыре гвоздя: диаметром 2-2,5 мм; длиной 50-60 мм. Предварительно нужно надеть на гвозди поливинилхлоридные или полиэтиленовые трубки длиной 30-40 мм. Это даст достаточную изоляцию всей конструкции.
На изолированные таким образом гвозди нужно намотать 300 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,12-0,14 мм. По завершении намотки витки обмотать по всему периметру узкой полоской изоляционной ленты. После этого гвозди можно отогнуть, чтобы снять катушку.
Конструкция металлоискателя
В качестве корпусов приемника и передатчика желательно использовать полистироловые коробки (внутренние размеры - 120 х 80 мм). Отсеки для батареи питания, стойки для печатных плат и элементы крепления катушек можно изготовить из такого же материала и приклеить к корпусам растворителем марки Р-647 (можно использовать и Р-650).
Эскизы печатных плат и расположение деталей показаны на рис. 2.14, а-б.
Рис. 2.14. Эскизы печатных плат и расположение деталей
Все металлические элементы конструкции, расположенные внутри катушек приемника и передатчика (батарея питания, плата с деталями, выключатель питания), влияют на их магнитное поле. Для исключения возможного изменения их положения в процессе эксплуатации все они должны быть надежно закреплены. Особенно это касается батареи "Крона" как сменного элемента конструкции.
Налаживание
Для проверки работы передатчика вместо катушки L1 нужно подключить телефоны и убедиться в том, что при включении питания в телефонах слышен звук. Затем, подключив на место катушку, проконтролировать ток, потребляемый передатчиком. Он должен быть в пределах 5-7 мА.
Приемник настраивают при замкнутом накоротко входе. Подбором резистора R1 в первом каскаде и R3 во втором следует установить на коллекторах соответственно транзисторов VT1 и VT2 напряжение, равное примерно половине напряжения питания. Затем подбором резистора R5 нужно добиться того, чтобы ток коллектора транзистора VT3 стал равным 5-7 мА.
После этого, разомкнув вход, подключить к нему катушку приемника L1 и, принимая сигнал передатчика на расстоянии примерно 1 м, убедиться в работоспособности системы в целом.
Автор: Солоненко В.