Пропоноване пристрій вигідно відрізняється від раніше опублікованих металошукачів подібного класу економічністю електроенергії, підвищеної чутливістю і спрощеної сигналізацією. Пропонований металошукач виявляє в землі, в стіні будівлі магнітні та немагнітні металеві предмети на глибині: монету 25 копійок - 10...15 см, більш великі предмети - до 60 див. Спрощена сигналізація дає можливість зосередити свою увагу на місцевості пошуку. До недоліків пропонованого пристрою відносяться: повільний дрейф частоти пошукового генератора, що властиво металошукача цього класу.
Структурна схема металошукача показана на рис. 1.
Рис. 1
При впливі металевих предметів на пошукову котушку ПК відбувається підвищення частоти пошукового генератора ПГ. Змінюється по частоті сигнал ПГ посилюється підсилювачем ВУС. Посилений сигнал надходить на кварцовий фільтр КФ. При збігу частоти ПГ з резонансною частотою КФ (відсутність металу близько ПК) сигнал проходить до амплітудному детектору ПЕКЛО, перетворюється в постійну складову, яка формує у формувачі імпульсів ФІ імпульс лог. "1". Лог. "1" діє на систему сигналізації СС, і звуковий сигнал не виробляється. При появі в зоні пошукової котушки ПК металевих предметів генератор ПГ змінює частоту,в результаті чого на вході СС з'являється лог. "0", і сигналізація починає працювати до тих пір, поки в зоні знаходяться ПК металеві предмети. Всі необхідні елементи схеми живляться від стабілізатора напруги СН. Споживаний струм пристроєм - до 8,5 мА.
Принципова схема показана на рис. 2.
Рис. 2
Пошуковий генератор виконаний за схемою ємнісної трехточкі з загальною базою на транзисторі VT1, навантаженням якого є котушка L1 і вхідна ланцюг C5R3 підсилювача сигналу, виконаного за схемою емітерного повторювача на транзисторі VT2. Посилений сигнал з резистора R5 надходить на кварцовий фільтр ZQ1. Сигнал пошукового генератора частотою рівною резонансній частоті кварцового фільтра надходить на амплітудний детектор, виконаний на діодах VD1 і VD2. Продетектированный сигнал у вигляді постійної складовою подається на базу транзистора VT3 - ФІ. Через резистор R7 протікає струм, створюючи на ньому падіння напруги, і формує лог. "1" на вході 1 DD1.1. У той же час на вхід 2 DD1.1 подається лог. "1" з виходу 4 DD1.2. В цей момент одновібратор, виконаний на елементах DD1.1 і DD1.2, закритий і на виході 3 DD1.1 присутній лог. "0".
Мультивібратор, виконаний на елементах DD1.3 і DD1.4.B цей момент не працює разом з випромінювачем BQ1. При наближенні пошукової котушки L1 до металевого предмету частота ПГ збільшується незалежно від "кольору" металу. Сигнал з ПГ підвищеною частотою виходить за межі кордону пропускання кварцового фільтра ZQ1. Відсутність сигналу на виході ZQ1 призводить до замиканню ФІ, і на 1 DD1.1 одновібратора з'являється лог. "0". Одновібратор DD1.1 і DD1.2 спрацьовує, і на його виході 3 DD1.1 з'являється лог. "1", що, у свою чергу, запускає мультивібратор DD1.3 і DD1.4. Випромінювач BQ1 починає випромінювати звуковий сигнал частоти. При короткочасному зникненні сигналу після кварцового фільтра (швидке пересування ПК) тривалість роботи випромінювача BQ1 буде залежати від величини ємності конденсатора С10. У пропонованому пристрої сигналізація працює миттєво і з "пам'яттю". Для погано чують людей можна встановити діод VD3, підключений на схемі пунктирними лініями. При цьому струм споживання пристрою збільшиться. Стабілізатор напруги DA1 спрощує схему стабілізації напруги в цілях схеми пристрою.
Деталі. Всі резистори типу МЛТ 0,125 Вт. Конденсатор настройки С1 типу 1КПВМ або іншого типу з повітряним діелектриком. .При відсутності таких можна застосувати малогабаритний конденсатор змінної ємності з твердим діелектриком від кишенькових радіоприймачів ємністю до 50 пф. Якщо немає і такого конденсатора, можна застосувати конденсатор більшої ємності, включивши з ним послідовно конденсатор постійної ємності необхідної величини. Конденсатори контуру С2-С4 бажано застосувати з негативною групою ТКЕ, наприклад М47-М750. Можна спробувати змішати групи М і ПМО. Конденсатор С2 можна взяти з схеми контурів малогабаритних радіоприймачів.
Кварцовий резонатор малогабаритний від 100 кГц до 1 МГц. При цьому під відповідний резонатор доведеться підбирати кількість витків пошукової котушки L1. П'єзоелектричний випромінювач BQ1 китайського виробництва від малогабаритних телефонів або годин. Можна застосувати вітчизняний випромінювач типу 3П-1, але він більше розміром і споживає більше потужності. Вся електронна частина пристрою монтується на друкованій платі з однобічного фольгованого склотекстоліти товщиною 1,5 мм. До торця плати під кутом 90° припаюється плата управління, виготовлена з того ж матеріалу, на якій встановлено конденсатор настройки С1 і малогабаритний вимикач SA1.
В авторському варіанті плата розміром в сірникову коробку поміщена в прямокутний алюмінієвий короб (екран контуру ПЧ від радіоприймача "Казахстан"). Штанга виготовлена з сантехнічної трубки, виконаної з алюмінію, покритої зсередини і зовні пластмасовою оболонкою діаметром 16 мм. Пошукова котушка L1 виготовляється наступним чином: на дошці або товстої фанери викреслюється окружність діаметром 150 мм. В точках перетину хорд забити металеві гвоздики довжиною 20 мм під кутом 45° з нахилом в сторону від центру кола. На отриманий шаблон намотати котушку L1 проводом ПЕВ-2, ПЕЛШО діаметром 0,31...0,47 мм. В авторському варіанті котушка намотана дротом ЛЭШО 10x0,07 - 15 витків. Після намотування котушки L1 кінець дроту не обрізайте, так як можливо доведеться доматывать або відмотувати її під час налагодження. Кінці котушки зачистити і припаяти до сполучного кабелю. Кількість витків у вашому варіанті можна приблизно підрахувати пропорційно авторському за наявному у вас кварцевому резонатора.
Після намотування котушки і закріплення її кінців, проводиться закріплення витків котушки шляхом перев'язки кількома витками ниток і закріплення їх вузлом. Таке кріплення проводиться по всьому периметру котушки через два гвоздика, після чого гвоздики витягуються. З'єднувальний кабель котушки L1 може бути екранованим. В авторському варіанті застосовано екранований дріт, покритий зверху пластмасовою оболонкою діаметром 1,2 мм Можна застосувати звичайний гнучкий монтажний провід, щільно свити для стабілізації його ємності.
Після налаштування всього пристрою і підгонки кількості витків пошукової котушки, її вкладають в ПХВ трубку відповідного діаметру, розрізану з одного сторони по всій довжині в одній площині. Довжина трубки повинна перевищувати довжину кола котушки на 5 мм, з'єднується кінцями на котушці внапуск. Кабель з'єднання котушки виводити в місці стиковки ПХВ трубки. Надалі на цьому місці буде зазор між екрануючим покриттям. Прагніть укластися в розмір, стикування трубки і виведення кабелю, в 5... 10 мм. Покладену в трубку котушку розташувати на рівній поверхні розрізом вгору. Під низ підстеліть газету. Послідовно розтопирюючі розріз трубки за допомогою викрутки, простір, якому знаходиться котушка, заливайте приготованим епоксидним клеєм. Місця випучіванія або розбіжності стінок трубки необхідно скріпити нитками. Краще вибирати ПХВ трубку, що зберігалася в круглих рулонах потрібного діаметру. Після розрізу такої трубки менше будуть розходитися її стінки.
Після полімеризації епоксидного клею (через добу) котушку необхідно підчистити від потьоків, прибрати нитки зробити поверхню гладкою. На гладку поверхню котушки намотується екрануючий шар з мідної або латунної фольги шириною 8...10 мм товщиною 0,05...0,1 мм. Призначення його ліквідувати ємнісне вплив землі та інших предметів на параметри пошукової котушки. Починати намотування екрануючого шару необхідно з місця стикування ПХВ трубки і закінчувати намотування з іншого кінця стикування ПХВ трубки. Зазор між початком і кінцем екрануючого шару може становити 5...20 мм. Ні в якому разі не можна з'єднувати початок і кінець екрануючого шару, так як вийде короткозамкнений виток. Один з кінців екрануючого шару з'єднується з виводом котушки і екрануючим шаром з'єднувального кабелю. Екрануючий шар котушки L1 по внутрішньому периметру пропаивается по всій довжині шириною пайки 5...10 мм.
У багатьох публікаціях екрануючий шар пошукової котушки пропонують виконати з алюмінієвої фольги. При авторських випробуваннях декількох пошукових конструкцій котушок з екраном з алюмінієвої фольги виявилися наступні недоліки:
- ненадійний і недовговічний контакт екрануючого шару з проводом вивідного кабелю з-за неможливості пайки алюмінію в домашніх умовах;
- контакт між витками з алюмінієвої фольги екрануючого шару непостійний, тому параметри пошукової котушки змінюються.
Деякі публікації пропонують екрануючий шар пошукової котушки обмотувати ПХВ стрічкою. При випробуванні декількох котушок, покритих таким способом, з'ясувалося, що при зміні температури або механічних навантаженнях параметри пошукової котушки змінювалися. Це пов'язано з тим, що намотати щільно екрануючий шар вручну не вдається. Під дією еластичності ПХВ стрічки при вплив температури та інших факторів зазори між фольгою екрануючого шару і котушкою змінюються, а з ними і параметри пошукової котушки.
Для усунення вищевказаних недоліків екранована котушка була поміщена в розрізану ПХВ трубку і залита епоксидним клеєм. Готова котушка кріпиться до текстолітової пластині форми півмісяця з допомогою товстих ниток, пропущених через отвори, просвердлені в пластині в місцях прилягання котушки. Місця прилягання котушки до текстолітової пластині і бандажі кріплення з ниток промащуються епоксидним клеєм. Пластина з котушкою кріпиться до штанги зігнутої на кінці за формою "ключки" посередині за допомогою хомута, виготовленого з листа латуні, сталі, алюмінію шириною 30 мм і товщиною 0,5... 1 мм Хомут по периметру стягується двома болтами М3. Розігнуті лапи хомута кріпляться до текстолітової пластині котушки з допомогою 2-х, 4-х болтів М3. З'єднувальний кабель котушки пропускається всередину штанги і через отвір сполучається з електронним блоком. Батарея "Крона" розташована під електронним блоком і закріплена з допомогою прямокутного хомута. Металошукач разом з батареєю "Крона" важить 300 р.
Налагодження. Підключіть пристрій до джерела живлення напругою 9 В через міліамперметр. Міліамперметр повинен показати струм 8мА. Випромінювач повинен BQ1 випромінювати НЧ сигнал. Підгонкою резистора R9 добийтеся максимальної гучності. Для відключення сигналізації необхідно відключити висновок 1 DD1.1 від схеми або резистор R7. Замість конденсатора С2 підключіть конденсатор змінної ємності 0...500 пФ. Краще для налагодження застосувати здвоєний конденсатор 2x500 пФ з повітряним діелектриком. "Незакінчену" пошукову котушку підключіть в схему через з'єднувальний кабель певної довжини. Підключіть осцилограф до емітера VT2. На екрані має з'явитися ВЧ складова з рівнем близько 3 Ст. Підключіть цифровий частотомір до емітера VT2 і визначте частоту пошукового генератора. Змінний конденсатор С1 встановіть в середнє положення.
З допомогою налагоджувального конденсатора встановіть частоту пошукового генератора рівною частоті кварцового резонатора ZQ1. Якщо частота пошукового генератора вище і налагоджувальних конденсатором неможливо її знизити, підключіть паралельно наладочному конденсатору другу секцію цього конденсатора. Якщо ця операція не допомогла знизити частоту ПГ до резонансної КФ, то необхідно кілька домотать витків ПК. Якщо, навпаки, частота ПГ низька і налагоджувальних конденсатором не вдається її підвищити, то необхідно відмотати від ПК кілька витків. Після порівняння частот ПГ і КФ підключіть осцилограф на вихід КФ в точці з'єднання VD1 і VD2. Повзунок резистора R5 встановіть верхнє положення. При справному ZQ1 і підстроювання ПГ на екрані осцилографа повинна з'явиться картинка ВЧ складової. При підключеному резисторі R7 на емітері VT3 повинна з'явиться лог. "1", тобто напруга 2,4...5,7 Ст. При підключеній СС випромінювач повинен мовчати. Кількість витків ПК повинно бути підібрано таким, щоб ємність конденсатора С2 дорівнювала приблизно 50 пФ.
При подальшій доробці ПК, тобто нанесенні екрануючого шару, заливки епоксидною смолою, кріпленні до штанги, індуктивність котушки зменшиться. Для цього перед повним завершенням виготовлення ПК додайте ще 2-4 витка. Після завершення виготовлення ПК необхідно знову зробити повторну налагодження і визначити величину ємності С2 з допомогою вимірювача ємності. При відсутності вище перелічених приладів наявність генерації ПГ можна визначити за постійної складовою на R5 шляхом відключення і підключення конденсатора С3. Наявність збігу частоти ПГ з КФ можна визначити за постійної складової на R7 і роботою СС. Визначити величину ємності конденсатора С2 можна дослідним шляхом за положення ротора налагоджувального конденсатора.
При остаточній налагодження необхідно ПГ налаштувати на резонансну частоту з КФ з допомогою конденсатора С1 до припинення звучання випромінювача. При цьому ємність конденсатора С2 повинна бути такою, щоб резонанс частот наступав при середньому положенні конденсатора настроювання С1. Повзунок резистора R5 повертаємо "вниз" до кінця, при цьому повинна спрацювати сигналізація. Повертаємо повзунок R5 назад до зникнення сигналу сигналізації і ще на пару градусів. Для остаточної настройки після повної збірки в корпусі пристрою необхідно просвердлити отвір для підлаштування резистора R5.
Необхідно запам'ятати, що максимальна чутливість металошукача при частоті ПГ, що знаходиться на краю верхньої смуги пропускання КФ. При появі металевих предметів в області ПК, частота змінюється "вгору" на одиниці, десятки герц в залежності від величини пошукових предметів і відстані від них ПК. При налаштуванні ПГ на нижню смугу пропускання КФ, вплив металевих предметів на ПК призведе до перебудови ПГ на середню смугу пропускання КФ, що не викличе спрацьовування СС. На підставі вищевикладеного краще в пристрої мати дрейф частоти "вгору",що автоматично збільшує чутливість до спрацьовування сигналізації, ніж дрейф "вниз", що знижує чутливість на тривалий час. Тому в контурі ПГ краще застосовувати конденсатори з негативним ТКЕ або разом з негативним і позитивним ТКЕ.
Література
Автор: Б. Н.Дубінін, р. Новояворівськ, Львівська обл.