У металлодетекторах типу BFO (Beat Frequency Oscillator), в яких опорний і вимірювальний генератори зібрані на елементах однієї мікросхеми є деякі недоліки. В першу чергу до них відноситься виникнення паразитних зв'язків між окремими елементами всередині кристалу мікросхеми, усунути які практично неможливо. Саме тому в таких металошукачі доводиться вибирати частоту биттів більше 100-300 Гц, що неминуче призводить до зниження чутливості приладу. Тому все більш популярними стають пристрої, що працюють на основі аналізу сигналу биттів, в яких опорний і вимірювальний генератори зібрані на окремих мікросхемах.
Принципова схема
Пропонований прилад являє собою один з варіантів металодетекторів типу BFO (Beat Frequency Oscillator), тобто є пристроєм, в основу якого покладений принцип аналізу биття двох сигналів, близьких по частоті. При цьому в даної конструкції оцінка зміни частоти биттів здійснюється на слух.
Основу даного пристрою (рис. 3.10) складають опорний і вимірювальний генератори, що погоджують каскади, змішувач і схема акустичної індикації.
Рис. 3.10. Принципова схема металошукача на трьох мікросхемах
У розглянутій конструкції в якості опорного і вимірювального генераторів використані два простих LC-генератора. Схемотехнічні рішення цих генераторів практично ідентичні. При цьому опорний генератор зібраний на елементи IC1.1 і IC1.2 мікросхеми IC1, а другий, вимірювальний або перебудовується, генератор виконаний на елементах IC2.1 і IC2.2 мікросхеми IC2. Робоча частота опорного генератора визначається параметрами елементів, утворюють його коливальний контур, тобто місткостями конденсаторів С1, С3, С5 і С6, а також індуктивністю котушки L1. У контурі вимірювального генератора використовуються конденсатори С2, С4, С7, С8 і пошукова котушка L2. При цьому обидва генератора налаштовані на робочу частоту приблизно 300 кГц.
Каскади, виконані на елементах IC1.3 і IC2.3, забезпечують розв'язку між генераторами по змінному напрузі, а також послаблюють вплив змішувача на генератори. З виходів буферних каскадів ВЧ сигнали через конденсатори С11 і С12 подаються на змішувач і далі на підсилювач коливань різницевої частоти, які виконані на мікросхемі IC3. Потім сигнал биттів надходить на головні телефони BF1. При цьому конденсатор С15 забезпечує фільтрацію високочастотної складової сигналу.
Харчування на мікросхеми подається від джерела В1 напругою 9 В через фільтр, утворений конденсаторами С16 і С17.
При наближенні пошукової котушки L2 коливального контуру керованого генератора до металевого предмету її індуктивність змінюється, що викликає зміна робочої частоти генератора. Якщо поблизу котушки L2 знаходиться предмет з магнітного металу, її індуктивність збільшується, що призводить до зменшення частоти генератора. Кольоровий метал зменшує індуктивність котушки L2, а робоча частота генератора зростає. По зміні частоти сигналу биттів у головних телефонах можна зробити висновок про появу в зоні дії пошукової котушки металевого предмета, а за збільшення або зниження тону - з якого металу виготовлений виявлений предмет.
Деталі та конструкція
Всі деталі розглянутого металошукача (за винятком пошукової котушки L2, рознімань Х1 і Х2, а також вимикача S1) розташовані на друкованій платі розмірами 60х50 мм (рис. 3.11), виготовленої з одностороннього фольгованого гетинаксу або текстоліту.
Рис. 3.11. Друкована плата (а) і розташування елементів (б) металошукача на трьох мікросхемах
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. При цьому плата розрахована на установку постійних резисторів типу МЛТ-0,125 або інших малогабаритних (наприклад МЛТ-0,25 або ВС-0,125). Конденсатори С2, С5-С7 і С8 можуть бути типу КТ-1, конденсатори С3, С4, С9-С12, С15 і С16 - типу КМ-4 або К10-7В, а конденсатори С13 і С17 - типу К50-6.
Як конденсатора С1 рекомендується використовувати будь-конденсатор змінної ємності від малогабаритного радіоприймача. Можна використовувати і підстроювальні конденсатори типу КПК-3 ємністю 25-150 пФ. Максимальна ємність конденсатора С1 повинна бути не менше 200 пФ.
Котушка L1 опорного контуру генератора виконана на каркасі з кільцевого магнітопровода типу 600НН К8х6х2 і містить 50 витків дроту ПЕЛШО діаметром 0,2 мм, які рівномірно намотуються по всьому периметру магнітопровода.
Пошукова котушка L2 містить 50 витків дроту ПЕЛШО діаметром 0,27 мм і виконана у вигляді кільця діаметром 180-220 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. Витки котушки намотуються внавал, після чого знімаються з каркаса і з метою підвищення механічної міцності просочуються епоксидним клеєм. Потім котушка L2 екранується електростатичним екраном, що представляє незамкнену стрічку з алюмінієвої фольги, намотану поверх джгута витків. Щілина між початком і кінцем намотування стрічки (зазор між кінцями екрану) повинна становити не менше 15-20 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 захисту від ушкоджень фольгу можна обмотати одним-двома шарами ізоляційної стрічки.
Джерелом звукових сигналів можуть служити високоомні головні телефони типу ТОН-2, ТУ-4 або аналогічні.
В якості джерела живлення В1 можна використовувати, наприклад, батарейки "Крона" або дві батарейки типу 3336Л, з'єднані послідовно.
Друкована плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому відповідному металевому корпусі. На кришці корпусу встановлюються: роз'єм Х1 для підключення головних телефонів BF1, роз'єм для підключення Х2 пошукової котушки L2 і вимикач S1.
Налагодження
Цей металошукач слід налаштовувати в умовах, коли металеві предмети віддалені від пошукової котушки L2 на відстань не менше 1,5 м.
Безпосередня налаштування приладу полягає у виборі потрібної частоти биттів. Для цього рекомендується скористатися цифровим осцилографом або частотоміром. В першу чергу слід встановити частоту опорного генератора, контролюючи її значення на виводі 10 мікросхеми IC1. Частота опорного генератора встановлюється рівною приблизно 300 кГц підбором ємностей конденсаторів С5 і С6, а також, при необхідності, регулюванням сердечника котушки L1. Попередньо ротор конденсатора С1 слід встановити приблизно в середнє положення. Далі, підбираючи ємність конденсатора С2, слід встановити частоту вимірювального генератора, контролюючи її значення на виводі 10 мікросхеми IC2. При цьому частота вимірювального генератора вибирається так, щоб її значення відрізнялося від частоти опорного генератора приблизно на 500-1000 Гц.
На цьому процес налаштування приладу закінчується.
Порядок роботи
Практичне використання розглянутого металодетектора не має істотних відмінностей від порядку роботи з іншими пристроями BFO, в яких оцінка наявності металевого предмету в зоні дії пошукової котушки здійснюється на слух.
Якщо в процесі роботи в зоні дії пошукової котушки L2 виявиться який-небудь металевий предмет, то частота сигналу биттів в головних телефонах зміниться. При наближенні до одних металів частота сигналу буде збільшуватися, при наближення до інших - зменшуватися. По зміні тону сигналу биттів, маючи певний досвід, можна легко визначити, з якого металу, магнітного або немагнітного, виготовлений виявлений предмет.
Змінним конденсатором С1 підтримується необхідна частота сигналу биттів, яка може змінюватися під впливом різних факторів (наприклад при зміні магнітних властивостей ґрунту, температури навколишнього середовища або розряді батареї).
За допомогою даного приладу дрібні предмети (наприклад монету середніх розмірів) можна виявити на глибині до 60-70 мм, а кришку каналізаційного люка - на глибині до 0,5 м.
Автор: Адаменко М. В.