Jak wykrywacze metali innych typów, wykrywacze metali typu PI (Puls Induction), są stale udoskonalane. W wyniku zastosowania nowych schiemotiechniczeskich rozwiązań można osiągnąć jeszcze wyższą czułość tych urządzeń.
Zdaniem autora, konstrukcja proponowanego urządzenia dość trudne do powtórzenia początkujących amatorów powtórzeń. Poza tym pewne trudności mogą wystąpić podczas regulacji tego urządzenia. Należy szczególnie zwrócić uwagę na to, że błędy przy montażu i nieprawidłowa konfiguracja urządzenia mogą doprowadzić do uszkodzenia kosztownych elementów.
Pojęcie
Pojęcie proponowanego modułu impulsowego wykrywacza metalu można podzielić na dwie części, a mianowicie: na nadajnik i moduł odbiornika. Niestety, ograniczona objętość tej książki nie pozwala na opracowanie dla wszystkich funkcji schiemotiechniczeskich rozwiązań zastosowanych przy tworzeniu tego urządzenia. Dlatego poniżej zostaną omówione podstawy funkcjonowania tylko najważniejszych węzłów i kaskadami.
Jak już wspomniano, ten wykrywacz jest zaawansowanym rozwiązaniem urządzenia, opisanej w poprzednim punkcie tego rozdziału. Pewne zmiany dotknęły moduł formowania impulsów i synchronizacji nadajnika i konwerter napięcia. Schemat bloku odbiornika przeszedł na bardziej znaczące zmiany (rys. 3.18).
W skład bloku nadajnika zawiera moduł formowania impulsów i synchronizacji, sam nadajnik, a także przetwornik napięcia.
Ryż. 3.18.Pojęcie bloku nadajnika modułu impulsowego wykrywacza metalu (kliknij, aby powiększyć)
Głównym elementem całej konstrukcji jest moduł formowania impulsów i synchronizacji, wykonany na mikroprocesorze IC1 typu AT 89 z 2051 firmy ATMEL i umożliwiający kształtowanie impulsów do nadajnika, a także sygnałów sterujących pracą wszystkich pozostałych bloków. Częstotliwość pracy mikrokontrolera IC1 stabilizowane rezonatorem (6 Mhz). Przy określonej wartości częstotliwości roboczej mikroprocesor generuje okresowe ciąg sterujących impulsów dla różnych kaskad wykrywacz metalu.
Początkowo na wyjściu IC1 / 14 mikroprocesora jest formowany impuls sterujący dla tranzystora T6, po zakończeniu którego na wyjściu IC1 / 15 powstaje podobny impuls dla tranzystora t 7. Następnie proces ten powtarza się jeszcze raz. W rezultacie następuje uruchomienie przetwornicy napięcia.
Dalej, kolejno na stykach IC1 / 8, IC1 / 7, IC1 / 6, IC1 / 17, IC1 / 16 i IC1 / 18 powstają impulsy uruchomienia nadajnika. Przy tym te impulsy mają taką samą długość, ale każdy kolejny impuls opóźniony w stosunku do poprzedniego na kilka taktów. Początek pierwszego impulsu, ukształtowanego na wyjściu IC1 / 8, pokrywa się z środkiem drugiego impulsu na wyjściu IC1 / 15. Za pomocą przełącznika P1 można wybrać czas opóźnienia impulsu uruchomienia nadajnika w stosunku do wyjściowego impuls.
Przez kilka taktów po zakończeniu impulsu na wyjściu IC1 / 18 krótki strobirujuszczij impuls do wzmacniacza analizatora powstaje na wyjściu IC1 / 2. W odróżnieniu od wcześniej opisanego schematu w tym urządzeniu na tym samym wyjściu mikrokontrolera przez kilka taktów powstaje drugi strobirujuszczij impuls.
Oprócz tego na stykach IC1 / 12 i IC1 / 13 mikroprocesora powstają sygnały sterujące dla tranzystorów t 31 i t 32 bloku odbiornika. Połowa impulsu sterującego dla tranzystora t 31 pokrywa się z środkiem pierwszego strobirujuszczego impulsu na wyjściu IC1 / 2, jednak czas trwania impulsu na wyjściu IC1 / 12 prawie dwa razy więcej. Przy tym podany impuls ma negatywną polaryzację. Początek sterującego impulsowego sygnału na wyjściu IC1 / 13 prawie pokrywa się z środkiem drugiego impulsu na wyjściu IC1 / 14 mikrokontrolera, kończy się on przez kilka taktów, po zakończeniu drugiego strobirujuszczego impulsu generowanego na wyjściu IC1 / 2. Następnie na wyjściu IC1 / 11 formuje sygnał sterujący dla tranzystora t 35 układy sygnalizacji akustycznej jednostki odbiornika.Po krótkiej przerwie ciąg sterujących impulsów na odpowiednich wyjściach mikrokontrolera formuje się na nowo.
Napięcie zasilania +5 v, wstępnie stajenki układem IC2, na wyprowadzenie IC1 / 20 mikrokontrolera.
Przetwornik napięcia, wykonane na tft T6 - T8 i stabilizatorze IC3, zapewnia kształtowanie napięcia zasilającego +5 v, wymaganego do zasilania kaskad recepcji części. Sygnały sterujące dla tranzystorów t 7 i T8 są tworzone na odpowiednich wyprowadzeniach mikrokontrolera IC1, w tym na tranzystor T8 sygnał ten jest podawany przez przetwornik poziomu, montowane na wyjściu tranzystorowym T6. Dalej generowane napięcie zasilające stabilizowany układem IC3, z wyjścia którego napięcie +5 v wchodzi na kaskady odbiornika.
Wyjściowych nadajnika wykonywane na zaawansowanych tft T1, T2 i T3, pracujących na wspólne obciążenie, w ramach której działa cewka L1, szuntirowannaja łańcucha rezystorów R1 - R6. Pracą tranzystorów stopnia wyjściowego steruje tranzystor T4. Sygnał sterujący na bazie tranzystora T4 podawane z odpowiedniego wyjścia procesora IC1 przez tranzystor T5.
Jak i w rozpatrzonym przez w poprzednim rozdziale detektorze metalu, impuls, suport mikroprocesor IC1 zgodnie z przewidzianą w jego pamięci programu, poprzez przełącznik podawany jest na wejście tranzystora T5 i dalej, przez tranzystor T4, na wyjściowych nadajnika, wykonane na tft T1 - T3, a następnie - na prijemopieriedajuszczuju cewkę L1. Gdy pojawi się w zasięgu cewki L1, metalowego przedmiotu, na jego powierzchni pod wpływem zewnętrznego pola elektromagnetycznego, którego impulsem nadajnika, podekscytowany wirowe powierzchniowe prądy. Czas istnienia tych prądów zależy od czasu trwania impulsu generowanego przez cewkę L1.
Powierzchniowe prądy są źródłem wtórnego impulsowego sygnału, który jest przyjęty cewką L1, wzmacniany i podawany na schemat analizy. Dzięki zjawisku indukcji własnej czas trwania wtórnego sygnału będzie większa, niż czas trwania promieniuje nadającej cewką impulsu. Przy tym forma wtórnego impulsowego sygnału zależy od właściwości materiału, z którego wykonana jest dana metalowy przedmiot. Przetwarzanie informacji o różnice parametrów impulsów, wypromieniowanych i odebranych cewką L1, zapewnia generowanie danych do bloku sygnalizacji obecności metalowego przedmiotu.
W skład jednostki odbiornika (rys. 3.19) wchodzą dwukaskadowy wzmacniacz sygnału, wzmacniacze dobrego sygnału, wzmacniacz-analizator, aktywny wąskopasmowe filtr, filtr niskiej częstotliwości, schemat powstawania napięcia offsetu, schematy przełączania i schemat wskaźnik dźwiękowy.
Ryż. 3.19. Pojęcie jednostki odbiornika modułu impulsowego wykrywacza metalu (kliknij, aby powiększyć)
Sygnał od metalowego przedmiotu przyjmuje się cewką L1 i przez plan ochrony, wykonaną na diodach D1 i D2, podawany na wejście dwukaskadowy wzmacniacz z pojemnościowym sprzężeniem zwrotnym, wykonany na wzmacniaczach operacyjnych IC31 i IC32. Z wyjścia układu IC32 (wyjście IC32 / 6) amortyzacja impulsowy sygnał podawany na wzmacniacz-analizator, wykonany na układzie scalonym IC33.
W trakcie pracy urządzenia wzmacniacz IC33 stale wyłączony, a napięcie zasilania podawane na niego tylko, gdy nadejdzie na odpowiednie wejście (wyjście IC33 / 8) strobirujuszczich impulsów. Po zakończeniu podawania napięcia zasilania na wyjściu wzmacniacza (wyjście IC33 / 5) w ciągu kilku sekund utrzymuje poziom odebranego sygnału, zarejestrowane podczas oddziaływania strobirujuszczich impulsów. Czas utrzymania poziomu sygnału zależy od pojemności kondensatora C65. W ten sposób, na jedno wejście wzmacniacza (wyjście IC33 / 3) serwowane jest odebrany sygnał impulsowy, a na drugie wejście (wyjście IC33 / 8) przez kondensatory z 64 pochodzi odpowiedni strobirujuszczij impuls z modułu kształtowania impulsów i synchronizacji (wyjście IC1 / 2).
Dalej dedykowany sygnał przechodzi przez filtr aktywny, wykonany na elemencie IC34a i dostrojony do częstotliwości 6 Mhz. Dla osiągnięcia wymienionych na pojęciu parametrów poszczególnych elementów tego filtra zaleca się równoległe rezystorów i kondensatorów. Tak więc, na przykład, wartości podanej na schemacie pojemności kondensatora z 67 (0, 044 mff) uzyskuje się równoległym włączeniem dwóch kondensatorów o pojemności 0, 022 uf każdy. Należy zauważyć, że podczas korzystania z kwarcowego elementu Q1 z częstotliwością, która różni się od 6 Mhz, wielkości poszczególnych elementów filtra należy policzyć.
Z wyjścia filtru sygnał podawany jest na detektor synchroniczny, na wejściu którego zainstalowana odwracanie wzmacniacz o wzmocnieniu 1, wykonane na elemencie IC34b. Przy tym za pomocą zwarcia odpowiednich par styków układu IC37 (wnioski IC37 / 1,2 i IC37 / 3,4) przełączenie negatywnego sygnału podawanego na integrującą łańcuch z kondensatorem z 71. Sygnały sterujące dla układu IC37 powstają kaskadami, wykonanymi na tft t 31 - t 33.
Z wyjścia zintegrowanie łańcucha impulsowy sygnał przechodzi na wejście przypominającej kaskady, który jest na chipie IC35 i jednocześnie pełni funkcję filtra low cut. Spadek napięcia na wyjściu wzmacniacza operacyjnego (wyjście IC35 / 6) powoduje otwarcie tranzystora T34 i podłączania do wspólnego przewodu słuchawek BF1. Po odebraniu z odpowiedniego wyjścia mikrokontrolera (wyjście IC1 / 11) na tranzystor t 35 sygnału sterującego w telefonach będzie startować sygnał częstotliwości dźwięku. Rezystor R77 ogranicza prąd płynący przez słuchawki BF1. Jego doborem można regulować głośność sygnału akustycznego.
Sygnał z wyjścia IC35 / 6 oraz podawany jest na wejście drugiego wzmacniacza operacyjnego (wyjście IC36 / 2), którego zadaniem jest wyzerowanie sygnału wyjściowego. Jego zastosowanie wynika z faktu, że na wyjściu układu IC33 zmienny w czasie sygnał wyjściowy będzie kształtować się i brak w zasięgu wyszukiwania cewki L1 metalowych przedmiotów, więc amplituda wypadkowego sygnału będzie różna od zera. Z pomocą rezystora R86 na wejście drugiego przypominającej kaskady (wyjście IC32 / 2) jest podawane napięcie przesunięcia właśnie w momencie otrzymania pierwszego strobirujuszczego impulsu. Odpowiedni poziom napięcia przesunięcia zależy od poziomu sygnału wyjściowego na wyjściu IC35 / 6, jego kształtowanie jest zapewnione poprzez zintegrowanie łańcucha z 73, R78 - R80 i przypominającej kaskady na chipie IC36.
Łańcuch tworzenia napięcia przesunięcia działa tylko podczas zwarcia odpowiednich kontaktów układu IC37 (wnioski IC37 / 9,8). Długość tego odcinka czasu wynosi trzy taktu. Przy tym sygnały sterujące do układu IC37 pochodzą z kaskad wykonanych na tft t 31 - t 33. W ten sposób zapewniona jest wyrównanie poziomów sygnałów generowanych w chwili otrzymania pierwszego i drugiego strobirujuszczich impulsów. Naciśnięcie przycisku S2 czas procesu zerowania można znacznie skrócić.
Szczegóły i konstrukcja
Wszystkie części badanego urządzenia (za wyjątkiem wyszukiwarki cewki L1, przełącznika P1, wyłącznika przyciski S1 i S2) znajdują się na płytce drukowanej (rys. 3.20) o wymiarach 95 ch 65 mm, wykonane z dwustronnej folgirowannogo gietinaksa lub tekstolitu.
Ryż. 3.20. Płytka drukowana modułu impulsowego wykrywacza metalu
Do danych, stosowane w tym urządzeniu, nie są jakieś szczególne wymagania. Zaleca się wykorzystać wszystkie małe kondensatory i rezystory, które bez problemu można umieścić na płytce drukowanej. Należy zauważyć, że dla osiągnięcia określonych na pojęciu parametrów poszczególnych elementów należy używać równoległe rezystorów i kondensatorów (rys. 3.21). Na płytce drukowanej dla wykorzystania takich elementów stanowi dodatkowe miejsce.
Ryż. 3.21. Rozmieszczenie elementów modułu impulsowego wykrywacza metalu (kliknij, aby powiększyć)
Układy typu LF356 (IC31, IC32) można wymienić na LM318 lub NE5534, jednak w wyniku takiej wymiany mogą wystąpić problemy z budowaniem. Jako wzmacniacza IC35, oprócz podanej na schemacie układu typu IL071, można użyć układu CA3140, OR 27 lub OR 37. Układ scalony typu R061 (IC36) bez problemów zamiana na CA3140.
Jako tranzystorów T1 - T3 oprócz wymienionych na pojęciu można wykorzystać tranzystory typu BU2508, BU2515 lub ST2408.
Częstotliwość pracy rezonatora kwarcowego powinna wynosić 6 Mhz. Można użyć dowolnego innego kwarcowy element z częstotliwością rezonansu od 2 do 6 Mhz. Jednak w takim przypadku należy przeliczyć parametry elementów filtra wykonanego na elemencie IC34a.
Do montażu mikroprocesora IC1 należy użyć specjalnego gniazdo. Przy tym mikrokontroler ustawia się na opłatę dopiero po zakończeniu wszystkich prac montażowych. Ten warunek należy przestrzegać przy prowadzeniu prac regulacyjnych związanych z wykonaniem lutowania przy doborze wielkości poszczególnych elementów.
Szczególną uwagę należy zwrócić na produkcji cewki L1, indukcyjność której powinna wynosić 500 mcg. Konstrukcja tej cewki praktycznie niczym nie różni się od konstrukcji wyszukiwarki cewki L1, użytej w detektorze metalu, rozpatrzonym przez w poprzednim rozdziale. Wykonana jest w postaci pierścienia o średnicy 250 mm i zawiera 30 zwojów drutu o średnicy nie większej niż 0,5 mm. Przy użyciu przewodu o większej średnicy prąd w szpulce wzrośnie, ale jeszcze szybciej rosną wartości pasożytniczych prądów wirowych, co doprowadzi do pogorszenia czułości urządzenia.
Należy przypomnieć, że do budowy cewki L1 nie zaleca się używać lakierowane przewód, ponieważ różnica potencjałów między sąsiednimi zwojami dla promieniowania impulsu osiąga 20 w. Jeśli w procesie nawijania zwojów cewki obok będą przewodnicy, na przykład pierwszego i piątego zwojów, przebicie izolacji praktycznie zapewniony.
To z kolei może doprowadzić do uszkodzenia tranzystorów nadajnika i innych elementów. Dlatego przewód, który jest używany w produkcji cewki L1, musi być przynajmniej w polichłorwiniłowoj izolacji. Gotową cewkę zaleca się również dobrze izolować. W tym celu można skorzystać z żywicą epoksydową lub różnych pianowymi wypełniaczami.
Cewkę L1 należy podłączyć do płytki za pomocą niezmordowanego dobrze izolowanego przewodu, średnica każdej żyły którego musi być nie mniejsza od średnicy drutu, z którego wykonana jest sama cewka. Nie zaleca się stosować kabel koncentryczny z powodu jego dużej pojemności własnej.
Źródłem sygnałów dźwiękowych mogą służyć albo słuchawek o impedancji od 8 do 32 Ohm, albo mały głośnik z podobnym oporem cewki.
Jako źródła zasilania B1 zaleca się stosowanie akumulatora o pojemności około 2 A/h, ponieważ prąd pobierany danych wykrywaczem metalu, przekracza 200 ma.
Płytka drukowana z umieszczonymi na niej elementami i źródło zasilania są umieszczone w dowolnym odpowiednim obudowie. Na pokrywie obudowy są instalowane przełącznik P1, gniazda do podłączenia słuchawek BF1 i cewki L1, a także przełącznik S1 oraz przycisk S2.
Nawiązanie
Urządzenie należy ustawić w warunkach, gdy wszelkie metalowe przedmioty usunięte z wyszukiwarki cewki L1 na odległość co najmniej 1,5 m.
Funkcja ustawienia i regulacji danego metalu polega na tym, że jego poszczególne bloki i kaskady łączą się stopniowo. Przy tym każda operacja łączenia (lutowanie) wykonywane przy odłączonym źródle zasilania.
W pierwszej kolejności należy sprawdzić dostępność i wartość napięcia zasilającego na odpowiednich kontaktach z podstawek układów IC1 brak mikrokontrolera. Jeśli to napięcie jest w normie, to następnie należy zainstalować na kartę mikroprocesor i z pomocą częstotliwościomierz lub oscyloskopu sprawdzić sygnał na stykach IC1 / 4 i IC1 / 5. Częstotliwość sygnału pilota na tych stykach musi odpowiadać częstotliwości pracy zastosowanego rezonatora kwarcowego.
Po podłączeniu tranzystorów przetwornicy napięcia (bez obciążenia) pobór prądu powinien wzrosnąć o około 50 ma. Napięcie na skraplaczu Z10 w przypadku braku obciążenia nie powinna przekraczać 20 W.
Następnie należy podłączyć kaskady nadajnika. Tryby pracy tranzystorów T1 - T4 muszą być takie same i są instalowane doborem wartości rezystorów R13 - R16.
Opór cewki L1, zaszuntirowannoj rezystory R1 - R3, powinno wynosić około 500 Ohm. Przy tym wnioski cewki i rezystory muszą być dobrze zalutowane, ponieważ naruszenie kontaktu w tym obwodzie pociąga za sobą uszkodzenie tranzystorów wyjściowych nadajnika.
W celu sprawdzenia sprawności kaskad nadajnika można przytrzymać cewkę L1 w pobliżu ucha i włączyć zasilanie wykrywacza metalu. Po około pół sekundy (po zerowania mikrokontrolera) będzie można usłyszeć sygnał niskiej częstotliwości, który jest ze względu na występowanie mikrowibracyjej poszczególnych zwojów cewki. Przy tym na kolektorach tranzystorów T1 - T3 będzie to opis generowany niemodulirowannyj kolczaste impuls o długości około 10-20 iss, kontaktowego, który można kontrolować za pomocą oscyloskopu. Wzrost rezystancji rezystorów R1 - R3 prowadzi do wzrostu amplitudy impulsu wyjściowego z redukcją jego trwania. Do doboru wartości rezystancji bocznika cewki L1 nie zaleca się użyć rezystora, gdyż nawet krótkotrwałe zaburzenia kontaktu silnika z rdzeniem utworem może doprowadzić do uszkodzenia tranzystory wyjściowe nadajnika. Dlatego wskazane jest, aby stopniowo zmieniać wielkość przecieku z krokiem 50 Ohm. Przed wymianą części należy koniecznie wyłączyć zasilanie urządzenia.
Następnie można przystąpić do konfigurowania recepcji części. Jeśli wszystkie elementy są sprawne, a montaż jest wykonany bezbłędnie, to po włączeniu wykrywacza metali (około 20 µs po zakończeniu impulsu wyzwalającego) na wyjściu układu IC31 (wyjście IC31 / 6) za pomocą oscyloskopu można obserwować wykładniczo rosnący sygnał przechodzący w sygnał stałego poziomu. Zniekształcenia frontu tego sygnału eliminuje doborem rezystorów R1, R2 i R3, przeciek cewkę L1.
Po tym należy sprawdzić kształt i amplitudę sygnału na wyjściu układu IC32 (wyjście IC32 / 6). Maksymalna amplituda tego sygnału ustawia się doborem wartości rezystora R64. W procesie budowania napięcia przesunięcia na wniosek IC32 / 2 można podawać z oddzielnego dzielnika napięcia, w ramach którego można użyć rezystora o wartości 5-50 com, zawierać, na przykład, między pinami IC32 / 4,7. Silnik potencjometru podłączyć do rezystorowi R86.
Na wyjściu układu IC33 (wyjście IC33 / 5) można zaobserwować prostokątny sygnał, którego amplituda regulowana tymczasowo podłączony potencjometr. Następnie należy monitorować sygnały na wyjściach elementów IC34a i IC34b. Przy tym na stykach IC34 / 6,7 powinny być prawidłowe sinusoidy. W rezultacie, na skraplaczu z 71 powstaje napięcie stałe, które trafia na wejście układu IC35.
Podczas konfiguracji można obserwować reakcję urządzenia na zmianę położenia suwaka tymczasowo podłączony potencjometr, po czym zamiast niego należy wlutować dzielnik R84, R85.
Kolejność pracy
Kolejność pracy z detektorem metalowych przedmiotów nie ma istotnych różnic w użyciu wykrywacza metali, opisanej w poprzednim rozdziale.
Przed praktycznym zastosowaniem tego metalu należy przełącznikiem P1 ustawić minimalną opóźnienie impulsu. Jeśli w trakcie pracy w strefie działania wyszukiwarki cewki L1 okaże się metalowy przedmiot, w bólach głowy telefonach pojawi się sygnał akustyczny. Przejście w tryb pracy z większym opóźnieniem impulsu zapewni wyjątek skutki nie tylko właściwości magnetyczne ziemi, ale i uchroni od reakcji urządzenia na wszelkiego rodzaju przedmiotów (zardzewiałe gwoździe, folię od paczek papierosów itp.) i późniejszego zbędnego wyszukiwania.
Autor: Adamenko M. W.