Однією з особливостей всіх металодетекторів типу BFO, є те, що опорний і зразковий генератори цих приладів конструктивно виконані на елементах однієї мікросхеми.
Слід визнати, що крім певних переваг (наприклад простоти схеми, температурної стабілізації) такі конструкції мають і ряд недоліків. Головним з них є виникнення паразитних зв'язків між окремими елементами всередині кристала мікросхеми, усунути які практично неможливо. Саме тому в таких металошукачі доводиться вибирати частоту биття більше 100-300 Гц, що неминуче призводить до зниження його чутливості.
Спроба позбавити детектори металевих предметів, що працюють на основі аналізу сигналу биттів, хоча б від зазначених недоліків була зроблена при створенні пристрої, в основу якого була покладена схема, опублікована у вітчизняних і зарубіжних виданнях в середині 90-х років минулого сторіччя.
Принципова схема
Пропонована конструкція являє собою один із численних варіантів металодетекторів типу BFO (Beat Frequency Oscillator), тобто є пристроєм, в основу якого покладено принцип аналізу биття двох сигналів, близьких по частоті. При цьому в даній конструкції оцінка зміни частоти биттів здійснюється на слух.
Основу схеми приладу (рис. 3.6) складають вимірювальний і опорний генератори, змішувач, НЧ-фільтр, аналізатор і схема акустичної індикації.
Рис. 3.6. Принципова схема металошукача з підвищеною чутливістю
Вимірювальний і опорний генератори являють собою два простих LC-генератора, виконаних на елементах мікросхеми IC1 і IC2. При цьому опорний генератор зібраний на елементі IC1.1, а вимірювальний або перебудовується генератор - на елементі IC2.1.
Частота коливань опорного генератора визначається параметрами елементів його контуру, тобто індуктивністю котушки L1 і місткостями конденсаторів С1, С2. Значення вказаних параметрів вибрані таким чином, щоб робоча частота опорного генератора була близько 100 кГц. Коливальний контур вимірювального генератора утворений пошукової котушкою L2 і конденсаторами С3-С5. Робоча частота цього генератора близька до частоти опорного генератора і може бути трохи змінена регулюванням конденсатора змінної ємності С3. Елементи IC1.2 і IC2.2 виконують функцію каскадів, що забезпечують розв'язку між генераторами по змінному напрузі.
З виходів обох генераторів ВЧ сигнали подаються на змішувач, виконаний на елементі IC3.1, на виході якого формуються коливання з сумарними і різницевими частотами генераторів і їх гармонік, що надходять на схему НЧ-фільтра.
На відміну від багатьох інших металошукачів типу BFO у пропонованому приладі для виділення сигналів різницевої (звукової) частоти застосований фільтр низьких частот, який зібраний на елементах R3 і C6. Далі сигнал НЧ подається на аналізатор.
Як відомо, чутливість детекторів металевих предметів, які оцінюють частоту сигналу биттів, в значній мірі залежить від того, який сигнал найнижчої частоти може бути зареєстрований цим пристроєм. Найкращою чутливістю володіють металошукачі, що забезпечують аналіз биття частотою у декілька герц. Однак прослухати такий сигнал безпосередньо на головні телефони неможливо у зв'язку з обмеженим робочим діапазоном частот телефонних капсулів.
Досить часто розробники вдаються до найпростішого вирішення даної проблеми, а саме: просто збільшують частоту сигналу биттів з допомогою різних умножителей. Один з варіантів схеми подвоєння частоти (точніше, перетворення синусоїдального сигналу в послідовність імпульсів подвоєної частоти) вже було розглянуто в попередньому розділі при описі транзисторного металошукача з підвищеною чутливістю.
В аналізаторі розглянутого металодетектора для збільшення частоти сигналу биттів застосована схема, що забезпечує перетворення синусоїдального (майже трикутного) сигналу в короткі імпульси з подвоєною частотою прямування. Для цього використовується компаратор напруги, виконаний на елементах IC3.2-IC3.4. За один період частоти биттів компаратор двічі переключається з одного логічного стану в інший, після чого формуються їм прямокутні імпульси диференціюються ланцюгом C7R8 і далі через конденсатор С7 подаються на регулятор гучності R8. В результаті на головні телефони BF1, підключені до роз'єму Х2, надходять короткі імпульси напруги подвоєної частоти.
Живлення приладу здійснюється від джерела В1 напругою 9 Ст. При цьому мікросхеми IC1 і IC2 металошукача живляться від джерела постійного струму через развязывающие фільтри R6C8 і R7C9.
Деталі та конструкція
Всі деталі розглянутого металошукача (за винятком пошукової котушки L2, резистора R8, конденсатора С3, рознімань Х1 і Х2, а також вимикача S1) розташовані на друкованій платі розмірами 80х60 мм, виготовленої з двостороннього фольгованого гетинаксу або текстоліту (рис. 3.7). При цьому монтаж елементів виконується з боку провідників, а фольга з іншого боку, грає роль екрану.
Рис. 3.7. Друкована плата (а) і розташування елементів (б) металошукача з підвищеною чутливістю
До деталей, застосовуваних у даному пристрої, не пред'являються які-небудь особливі вимоги. Рекомендується використовувати будь-які малогабаритні і конденсатори резистори, які без проблем можна розмістити на друкованій платі.
Конденсатор С3 повинен мати максимальну ємність 180-240 пФ. Можна використовувати будь-конденсатор настройки від малогабаритного радіо (наприклад типу КП-180). Для підвищення термостабільності бажано, щоб конденсатори С1, С2, С4 і С5 мали ТКЕ не гірше М1500. Постійні резистори можуть бути, наприклад, типу МЛТ-0,125.
Мікросхеми типу К561ЛЕ5 можна замінити мікросхемами К176ЛЕ5, К176ЛА7 або К561ЛА7.
Котушка L1 містить 30 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,08 мм. Для її намотування рекомендується використовувати каркас від котушки контуру ПЧ транзисторного радіо (наприклад, "Альпініст-407" або аналогічного).
Пошукова котушка L2 містить 100 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,6 мм і виконана у вигляді тора з внутрішнім діаметром 240-250 мм Цю котушку простіше виготовити на жорсткому каркасі, однак можна обійтися і без нього. В такому випадку в якості тимчасового каркаса можна використовувати будь-який відповідний за розмірами круглий предмет, наприклад банку. Витки котушки намотуються внавал, після чого знімаються з каркаса і екрануються електростатичним екраном, для виготовлення якого поверх джгута витків намотується стрічка з алюмінієвої фольги. Щілина між початком і кінцем намотування стрічки (зазор між кінцями екрану) повинна становити близько 10 мм.
При виготовленні котушки L2 потрібно особливо стежити за тим, щоб не сталося замикання-решт екрануючої стрічки, оскільки в цьому випадку утворюється короткозамкнений виток. Для підвищення механічної міцності котушку перед екрануванням 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 інший підходящий 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 з підвищеною чутливістю здійснюється від джерела В1 напругою 9 Ст. У якості такого джерела можна використовувати, наприклад, батарейки "Крона" або дві батарейки типу 3336Л, сполучені послідовно.
Друкована плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому відповідному металевому корпусі. На кришці корпусу встановлюються конденсатор С3, змінний резистор R8, роз'єм Х1 для підключення пошукової котушки L2, вимикач S1 і роз'єм Х2 для підключення головних телефонів BF1.
Налагодження
Розглянутий металошукач слід налаштовувати в умовах, коли металеві предмети віддалені від пошукової котушки L2 на відстань не менше 1,5 м. Безпосередню налаштування приладу потрібно почати з вибору потрібної частоти биттів. Для цього рекомендується скористатися цифровим осцилографом або частотоміром.
При роботі з осцилографом його пробник необхідно підключити до входу НЧ-фільтра (висновок IC3/3). Осцилограма в цій точці нагадує осциллограмму модульованого ВЧ-сигналу. Далі, підлаштовуючи котушку L1 і при необхідності підбираючи ємності конденсаторів С1 і С2, потрібно домогтися того, щоб частота модуляції (частота биттів) була б дорівнює приблизно 5-10 Гц.
При використанні цифрового частотомера для налаштування металошукача частотомір слід підключити спочатку до висновку 1 мікросхеми IC3, а потім - до висновку 2 цієї ж мікросхеми. Змінюючи параметри зазначених раніше елементів (індуктивність котушки L1, ємності конденсаторів С1 і С2), необхідно домогтися того, щоб різниця частот сигналів в зазначених точках становила також приблизно 5-10 Гц.
Підібрати потрібну частоту биття можна і без осцилографа і частотомера. У такому випадку зазвичай буває достатньо налаштувати робочу частоту опорного генератора. Для цього до виходу елемента IC3.1 (висновок IC3/3) потрібно підключити високоомні телефони (наприклад ТОН-2), а потім, регулюючи підлаштування сердечник котушки L1, домогтися появи в головних телефонах звукового сигналу. При цьому ротор конденсатора С3 повинен бути встановлений в середнє положення. Потім, обертаючи підлаштування сердечник котушки L1, необхідно встановити режим, при якому телефони будуть прослуховуватися клацання, наступні з частотою в декілька герц. Після настройки генератора підлаштування сердечник котушки L1 бажано зафіксувати за допомогою краплі клею.
Далі необхідно налаштувати компаратор напруги. Для цього потрібно підібрати величину резистора R9, показаного на рис. 3.6 штриховими лініями. Його опір може бути в межах від 300 кОм до 1 МОм. Необхідно відзначити, що резистор R9 слід включити між висновками 5, 6 елемента IC3.2 і загальним дротом при наявності на виході компаратора (висновки IC3/10,11) напруги високого рівня.
Порядок роботи
При практичному використанні даного приладу слід змінним конденсатором С3 підтримувати необхідну частоту сигналу биттів, яка може змінюватися під впливом різних факторів (наприклад при зміні магнітних властивостей ґрунту, температури навколишнього середовища або розряді батареї).
Якщо в процесі роботи в зоні дії пошукової котушки L2 виявиться який-небудь металевий предмет, то частота клацань в головних телефонах зміниться. При наближення до металам вона буде збільшуватися, а при наближенні до інших - зменшуватися. По зміні частоти кліків, маючи певний досвід, можна легко визначити, з якого металу, магнітного або немагнітного, виготовлений виявлений предмет.
Гучність клацання регулюється змінним резистором R8.
Автор: Адаменко М. В.