В основу роботи металошукача, схема і конструкція якого розглянуті в даному розділі, покладено принцип аналізу змін биттів коливань двох генераторів, частота одного з яких стабільна, а частота другого змінюється при появі в зоні дії приладу металевого предмета.
При роботі над даним пристроєм була зроблена спроба створити металодетектор, вільний від ряду недоліків, властивих іншим аналогічним конструкцій.
Незважаючи на те що схема цього приладу була розроблена понад 20 років тому, до його достоїнств слід віднести порівняно високу чутливість, стабільність у роботі, а також можливість відрізняти кольорові і чорні метали. Використані схемотехнічні рішення забезпечили підвищену стабільність робочих частот генераторів, що дозволило оцінювати частоти биттів у діапазоні від 1 до 10 Гц. Як наслідок, підвищилася чутливість приладу, а також знизився споживаний їм струм.
Принципова схема
Як вже зазначалося, пропонована конструкція являє собою один з численних варіантів металодетекторів типу BFO (Beat Frequency Oscillator), тобто є пристроєм, в основу якого покладено принцип аналізу биттів двох частот (рис. 2.10).
Рис. 2.10. Принципова схема металошукача з підвищеною чутливістю (натисніть для збільшення)
Основу приладу складають вимірювальний і опорний генератори, детектор ВЧ-коливань, попередній підсилювач, перший підсилювач-обмежувач, дифференцирующая ланцюг, другий підсилювач-обмежувач і підсилювач низької частоти.
В якості вимірювального і опорного генераторів використані два простих LC-генератора, виконані на транзисторах Т1 і Т2. Ці транзистори входять в склад мікросхеми К159НТ1Г, яка являє собою пару ідентичних за параметрами транзисторів, розміщених в одному корпусі. Використання транзисторної складання дозволяє істотно підвищити температурну стабільність частот генераторів.
Кожен генератор зібраний за схемою ємнісної трехточкі, при цьому транзистори Т1 і Т2 включені за схемою із загальною базою.
Збудження коливань забезпечується завдяки введенню позитивного зворотного зв'язку між колектором і емітером кожного транзистора. Робоча частота генераторів визначається параметрами частотозадающих ланцюгів, включених між колектором і емітером транзисторів Т1 і Т2. При цьому частотозадающими елементами першого генератора, який виконує функції вимірювального генератора, є пошукова котушка L1 і конденсатори С1, С2 і С3. Робоча частота другого, опорного, генератора визначається параметрами котушки індуктивності L2, а також конденсаторів С6, С7 і С9. При цьому обидва генератора налаштовані на робочу частоту 40 кГц. За допомогою резисторів R1-R4 забезпечується установка режимів роботи транзисторів T1 і T2 по постійному струму.
У процесі налаштування приладу зміною ємності конденсатора С6 здійснюється груба настройка опорного генератора на обрану гармоніку частоти биттів. При цьому ємність конденсатора С6 може змінюватися в межах від 100 до 330 пФ. Точна настройка частоти биттів виконується змінним резистором R7, з допомогою якого змінюється зміщення на стабілітроні D1, що в даній схемі виступає в ролі варикапа.
При наближенні пошукової котушки L1 коливального контуру керованого генератора до металевого предмету її індуктивність змінюється, що викликає зміна робочої частоти генератора. При цьому, якщо поблизу котушки L1 знаходиться предмет з чорного металу (феромагнетика), її індуктивність збільшується, що призводить до зменшення частоти генератора. Кольоровий ж метал зменшує індуктивність котушки L1, а робоча частота генератора зростає.
ВЧ-сигнал, сформований в результаті змішування сигналів вимірювального і опорного генераторів, виділяється на навантажувальний резистор R5. При цьому амплітуда сигналу змінюється з частотою биття, яка дорівнює різниці частот ВЧ-сигналів.
Низькочастотна обвідна ВЧ-сигналу детектується спеціальним детектором, виконаний на діодах D2 і D3 за схемою подвоєння напруги. При цьому конденсатор С11 забезпечує фільтрацію високочастотної складової сигналу. З навантаження детектора, в ролі якої виступає резистор R6, низькочастотний сигнал биттів через конденсатор С12 подається на попередній підсилювач, виконаний на транзисторі T3.
З колектора транзистора T3 посилений сигнал через конденсатор С13 надходить на перший підсилювач-обмежувач, виконаний на транзисторі T4 і забезпечує формування прямокутних імпульсів. З допомогою дільника, складеного резисторами R11 і R12, на базу транзистора T4 подається така напруга зміщення, при якому транзистор знаходиться на порозі відкриття.
Надходить на базу транзистора T4 синусоїдальний сигнал обмежується з двох сторін. В результаті на навантаженні каскаду, роль якої виконує резистор R13, формуються прямокутні імпульси, які далі диференціюються ланцюгом C14, R14, R15 і перетворюються на гострі піки. При цьому на місці фронту кожного імпульсу формується пік позитивної полярності, а на місці спаду - пік негативної полярності. Слід зазначити, що тривалість цих піків не залежить від частоти проходження прямокутних імпульсів і їхньої тривалості.
Позитивні піки надходять на базу транзистора T5, а негативні зрізаються діодом D4. Транзистор T5, як і транзистор T4, працює в ключовому режимі і обмежує вхідний сигнал так, що на колекторної навантаження, утвореною резисторами R16 і R17, формуються короткі прямокутні імпульси фіксованого тривалості. Конденсатор С15 фільтрує вихідний сигнал і покращує тембр звучання сигналу в головних телефонах ВF1.
З резистора R16, який є регулятором гучності, сигнал надходить на підсилювальний каскад, виконаний на транзисторах T6 і T7, включених за схемою так званого складеного транзистора. При такому включенні формується еквівалент транзистору провідності p-n-p підвищеної потужності з великим коефіцієнтом передачі струму. Потім посилений сигнал надходить на головні телефони ВF1.
Застосований в даній конструкції спосіб формування імпульсного сигналу з синусоїдального дозволяє знизити споживану підсилювачем потужність, особливо в вихідному каскаді, оскільки в паузах між імпульсами транзистори T5, Т6 і T7 закриті.
Харчування металодетектора здійснюється від джерела В1 напругою 4,5 В, при цьому споживаний струм не перевищує 2 мА.
Деталі та конструкція
До використовуваних деталей при складанні металошукача з підвищеною чутливістю не пред'являються які-небудь особливі вимоги. Єдине обмеження пов'язане з габаритними розмірами, оскільки велика частина деталей даного приладу змонтована на друкованій платі розмірами 70х110 мм, виконаної з одностороннього фольгованого гетинаксу або склотекстоліти. Друкована плата розрахована на використання постійних резисторів МЛТ-0,125, конденсаторів КСВ, ПМ, МБМ, К50-6 або аналогічних їм (рис. 2.11).
При повторенні даної конструкції в якості транзисторної збірки (транзистори Т1 і Т2) можна використати мікросхему К159НТ1 з будь-яким буквеним індексом. Проте в даний час її не завжди можна знайти. Тому при необхідності замість транзисторної складання рекомендується використовувати два транзистора типу КТ315Г з однаковими або можливо близькими параметрами (статичним коефіцієнтом передачі струму і початковим струмом колектора).
Рис. 2.11. Друкована плата (а) і розташування елементів (б) металошукача з підвищеною чутливістю
В підсилювальних каскадах (транзистори Т3, Т4 і Т5) замість транзисторів типу КТ342Б можна встановити транзистори типу КТ315Г, КТ503Е або КТ3102А - КТ3102Е. Транзистор типу КТ502Е (Т6) цілком замінимо на КТ361, а транзистор типу К503Е (Т7) - на КТ315 з будь-якими буквеними індексами. Але в цьому випадку головні телефони мають бути высокоомными (типу ТОН-2 або ТЕГ-1). При використанні низькоомних телефонів транзистор Т7 повинен бути більш потужним, наприклад типу КТ603Б або КТ608Б.
Як стабілітрона D1 також можна використовувати стабілітрони типу Д808-Д813 або КС156А. Діоди D2 і D3 можуть бути будь-якими з серій Д1, Д9 або Д10. Котушка L2 містить 250 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,1 мм, намотаних на магнітопроводі РБ-23-11а. При її виготовленні можна використовувати й інші сердечники. Головне - щоб індуктивність готової котушки склала 4 мГ.
Вимірювальна котушка L1 містить 100 витків дроту ПЕВ-1 діаметром 0,3 мм і виконана у вигляді тора діаметром 160 мм. Цю котушку простіше виготовити на жорсткому каркасі, однак можна обійтися і без нього. В цьому випадку в якості тимчасового каркасу можна використовувати будь-який відповідний за розмірами круглий предмет, наприклад банку. Витки котушки намотуються внавал, після чого знімаються з каркаса і екрануються електростатичним екраном, який представляє собою незамкнену стрічку з алюмінієвої фольги, намотану поверх джгута витків. Щілина між початком і кінцем намотування стрічки (зазор між кінцями екрану) повинна складати не менш 10 мм.
При виготовленні котушки L1 потрібно уважно стежити за тим, щоб не сталося замикання-решт екрануючої стрічки, оскільки в цьому випадку утворюється короткозамкнений виток. Для підвищення механічної міцності котушку можна просочити епоксидним клеєм.
До виводів котушки слід підпаяти провідники двожильного екранованого кабелю довжиною близько метра, на іншому кінці якого встановлюється роз'єм типу СШ-3 або будь-який інший відповідний малогабаритний роз'єм. Оплетку кабелю необхідно з'єднати з екраном котушки. У робочому положенні роз'єм котушки підключається до відповідної частини роз'єму, розташованої на корпусі приладу.
Харчування металошукача підвищеної чутливості здійснюється від джерела В1 напругою 4,5 Ст. В якості такого джерела можна використовувати, наприклад, так звану квадратну батарейку типу 3336Л або три елементи типу 316, 343, сполучені послідовно.
Друкована плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому відповідному пластмасовому або дерев'яному корпусі. На кришці корпусу встановлюються змінні резистори R7 і R16, роз'єм для підключення Х1 пошукової котушки L1, вимикач S1, а також роз'єм для підключення головних Х2 телефонів BF1.
Налагодження
Як і при регулюванні інших металошукачів, налаштування даного приладу потрібно проводити в умовах, коли металеві предмети віддалені від пошукової котушки L1 на відстань не менше 1,5 м.
Безпосереднє налагодження металодетектора слід почати з вибору потрібної частоти биттів. Для цього рекомендується скористатися осцилографом або цифровим частотоміром. При роботі з осцилографом його пробник необхідно підключити до точки з'єднання резисторів R1, R4, R5 і конденсатора С8, тобто до входу детектора. Осцилограма в цій точці нагадує осциллограмму модульованого ВЧ-сигналу. Далі, підлаштовуючи котушку L2 і підбираючи ємності конденсаторів С2 і С6, потрібно домогтися того, щоб частота модуляції (частота биттів) була б дорівнює приблизно 10 Гц.
При використанні цифрового частотомера для налаштування металошукача частотомір слід підключити спочатку до колекторної ланцюга транзистора Т1, а потім - до колектора транзистора Т2. Підбираючи параметри зазначених раніше елементів (індуктивність котушки L2, ємності конденсаторів С2 і С6), необхідно домогтися того, щоб різниця частот сигналів на колекторах транзисторів Т1 і Т2 становила приблизно 10 Гц.
Далі підбором резистора R8 встановлюється максимальний коефіцієнт підсилення каскаду, виконаного на транзисторі Т3. При відсутності осцилографа і частотомера підбір потрібної частоти биттів можна виконати і без них. При цьому необхідно спочатку встановити в середнє положення движок резистора R7, а потім, обертаючи підлаштування сердечник котушки L2, домогтися появи в телефонах клацань з частотою приблизно 1-5 Гц. Якщо встановити потрібну частоту не вдається, слід підібрати ємність конденсатора С6. Щоб зменшити вплив фону ґрунту, остаточний підбір частоти биттів слід здійснювати при наближенні пошукової котушки L1 до землі.
На цьому процес настройки металошукача з підвищеною чутливістю закінчується.
Порядок роботи
При практичному використанні даного металодетектора слід перемінним резистором R7 підтримувати необхідну частоту сигналу биттів, яка змінюється при розряді батареї, при зміні температури навколишнього середовища або при девіації магнітних властивостей грунту. Також потрібно відрегулювати гучність клацань з допомогою регулятора R16.
Якщо в процесі роботи в зоні дії пошукової котушки L1 виявиться який-небудь металевий предмет, частота сигналу в телефонах зміниться. При наближенні до одним металів частота сигналу биттів буде збільшуватися, а при наближенні до інших - зменшуватися. По зміні тону сигналу биттів, маючи певний досвід, можна легко визначити, з якого металу, магнітного або немагнітного, виготовлений виявлений предмет.
З допомогою такого металошукача дрібні предмети, наприклад, цвяхи, можна виявити під шаром грунту на глибині до 10-15 см, а великі (наприклад кришки колодязів) - на глибині до 50-60 див.
Автор: Адаменко М. В.