Металлоискатель на двух микросхемах
Этот металлоискатель, схема которого приведена на рис. 2, обладает большей чувствительностью (по сравнению с металлоискателем на одной микросхеме). Здесь в качестве смесителя и усилителя колебаний разностной частоты применена микросхема К118УН1Д. Образцовый и перестраиваемый генераторы этого прибора также идентичны по схеме, каждый из них выполнен на двух инверторах (D.D1.1, DD1.2 и DD2.1, DD2.2 соответственно), элементы DD1.3 и DD2.3 - буферные (ослабляют влияние смесителя на генераторы). Образцовый генератор настраивают на заданную частоту переменным конденсатором C1, перестраиваемый - подбором емкости - конденсатора C2.
Этот металлоискатель, схема которого приведена на рис, обладает большей чувствительностью (по сравнению с металлоискателем на одной микросхеме). Здесь в качестве смесителя и усилителя колебаний разностной частоты применена микросхема К118УН1Д. Образцовый и перестраиваемый генераторы этого прибора также идентичны по схеме, каждый из них выполнен на двух инверторах (D.D1.1, DD1.2 и DD2.1, DD2.2 соответственно), элементы DD1.3 и DD2.3 - буферные (ослабляют влияние смесителя на генераторы). Образцовый генератор настраивают на заданную частоту переменным конденсатором C1, перестраиваемый - подбором емкости - конденсатора C2.
Универсальный металлоискательМеталлоискатели, о которых рассказывалось ранее рассчитаны на обнаружение в основном сравнительно больших металлических предметов на расстоянии нескольких десятков сантиметров. С их помощью практически невозможно определить точное местоположение, скажем, гвоздей, скрытой проводки в стене или в полу, поскольку разрешающая способность металлоискателя низка из-за громоздкости выносной катушки (диаметр 200 мм). К примеру, с такой катушкой группа близко расположенных гвоздей может восприниматься как некий большой предмет из металла. Кроме того, более удаленные массивные предметы могут экранировать близлежащие мелкие, например, те же гвозди в деревянном пастиле на железобетонных плитах. представлен универсальный металлоискатель, способный обнаруживать как мелкие, так и крупные металлические предметы. Он снабжен несколькими сменными катушками диаметром от 25 до 250 мм, что позволяет обнаруживать местоположение мелких предметов с точностью до миллиметров на расстоянии нескольких сантиметров, а крупные предметы — на расстоянии нескольких десятков сантиметров.
Принцип работы металлоискателя — традиционный. Он содержит эталонный генератор, собранный на логических элементах DD1.1 и DD1.3 с частотой генерации примерно 100 кГц и перестраиваемый генератор, выполненный на элементе DD1.2 и одной из выносных катушек индуктивности, подключаемых к генератору через разъем XS1. Сигналы обоих генераторов поступают на смеситель, со бранный на элементе DD1.4. К выходу смесителя через фильтр R4С4, ослабляющий высшие частоты, подключены головные телефоны (узел А2). Для получения большей громкости звука капсюли телефонов соединены последовательно. Пока вблизи выносной (сменной или поисковой) катушки нет металла, в телефонах будет звук вполне определенной тональности, установленной переменным резистором R2. При приближении же катушки к металлическому предмету тональность звука будет изменяться. Металлоискатель питается от батареи GB1, но выключателя питания в ее цепи нет — питающее напряжение подается на микросхему через контакты 2, 4 при подключении сменной катушки.
Кроме указанной на схеме, можно применить микросхемы К561ЛА7, К561ЛА7, К564ЛЕ5. Постоянные резисторы — МЛТ-0,125, переменный R2 — СП5-2 или другой малогабаритный. Оксидный конденсатор С5 может быть К50-6, К53-1, остальные конденсаторы — КЛС, КМ. Головные телефоны — ТОН-2А с регулятором громкости. Их нужно немного доработать — установить на корпусе регулятора громкости гнездо XS2 от малогабаритных телефонов (в это гнездо вставляют вилку ХР2 от таких же телефонов), удалив предварительно провод с вилкой. И, конечно, соединить капсюли последовательно.
Источник питания, батарею GB1, составляют из четырех последовательно соединенных аккумуляторов Д-0,1 или Д-0,06. Поскольку аккумуляторы со временем истощаются, для подзарядки батареи используют простое зарядное устройство (узел А4 на рис, включаемое в разъем XS1 с помощью пятиштырьковой вилки.
Детали узла А1 металлоискателя, кроме разъемов, батареи и переменного резистора, смонтированы на небольшой печатной плате, которая вместе с батареей аккумуляторов размещена в небольшом корпусе - коробке из-под лекарств. На крышке коробки крепят разъем, а через отверстие в дне пропускают двухпроводный шнур, концы проводов которого припаивают к разъему ХР2. Переменный резистор R2 крепят на боковой стенке коробки. Сменные катушки диаметром до 100 мм изготавливают так. Сначала на оправке необходимого диаметра наматывают обмотку, которую обматывают слоем лакоткани, а поверх — медной луженой фольгой. Начало и конец обмотки из фольги не должны касаться друг друга, поэтом между ними оставляют зазор в несколько миллиметров. Затем из фольгированного материала изготавливают основание в виде диска, на котором пайкой крепят разъем. С внутренней стороны на основании оставляют на краю кольцевую фольгированную полоску, не замкнутую на концах, а также полоску-проводник к разъему (с этой полоской соединяют контакты 2 и 4 разъема). К основанию припаивают фольговую обмотку катушки так, чтобы зазоры обмотки и кольцевой полоски основания совпали. В случае необходимости на основании размещают конденсатор С1, выводы которого подпаивают к выводам 3 и 1 разъема, т.е. подключают параллельно катушке индуктивности. После проверки катушки (омметром) и подбора конденсатора С1 (при налаживании металлоискателя) припаивают крышку из фольгированного материала, изготовленную наподобие основания с незамкнутой кольцевой полоской. Катушки диаметром 100 мм и более можно изготовить аналогично описанным выше и соединять их с металлоискателем с помощью кабеля (обязательно экранированного) длиной 1,5...2 м. Индуктивность любой катушки должна быть примерно 1,25 мГн. Для катушки диаметром (средним) 25 мм обмотка должна содержать 150 витков провода ПЭВ-1 0,1 мм; диаметром 75 мм — 80 витков ПЭВ-1 0,18 мм; диаметром 200 мм — 50 витков ПЭВ-1 0,3 мм.
Для катушек любого другого диаметра число витков приближенно определяют по формуле:
г
де W — число витков; L — индуктивность катушки, мкГн; D — средний диаметр катушки, см.
Настраивают металлоискатель в такой последовательности. После изготовления одной из сменных катушек, например самой малогабаритной, ее подключают к разъему XS1. Движок резистора R2 устанавливают в среднее положение и, подключив головные телефоны, подбором конденсатора С3 добиваются звука низкого топа в них. При приближении к катушке металлического предмета тональность звука должна изменяться. Затем изготавливают Катушку другого диаметра и, не припаивая крышку, подключают катушку к разъему XS1. Желательно, чтобы индуктивность катушки получилась на 5...10% меньше ранее изготовленной. Подбором конденсатора С1 (если это понадобится) добиваются звука примерно такой же тональности, что и в первом случае. Аналогично изготавливают и настраивают катушки других размеров.
При зарядке батареи аккумуляторов необходимо помнить о правилах безопасности и не касаться токопроводящих частей устройства, например вилки ХР2. Чтобы сделать этот процесс более безопасным, можно воспользоваться для зарядки сетевым блоком питания с выходным напряжением 9...12 В и подключать его к батарее GB1 (через контакты 4, 5 разъема XS1) через резистор сопротивлением 470...510 Ом. Малогабаритный чувствительный металлоискатель Металлоискатели, основанные на регистрации на биений, оказываются малочувствительными при поисках металлов со слабыми ферромагнитными свойствами, таких как, например, медь, олово, серебро. Повысить чувствительность металлоискателей этого типа невозможно, поскольку разность частот биения малозаметна при обычных методах индикации. Значительный эффект дает применение кварцованных металлоискателей. Металлоискатель, принципиальная схема которого приведена на рис. 6, а, состоит из измерительного генератора, собранного на транзисторе VT1, и буферного каскада — эмиттерного повторителя, собранного на транзисторе VT2, отделенных кварцевым резонатором ZQ1 от индикаторного устройства — детектора на диоде VD2 с усилителем постоянного тока на транзисторе VT3. Нагрузкой усилителя служит стрелочный прибор с током полного отклонения 1 мА. Малогабаритный чувствительный металлоискатель Металлоискатели, основанные на регистрации на биений, оказываются малочувствительными при поисках металлов со слабыми ферромагнитными свойствами, таких как, например, медь, олово, серебро. Повысить чувствительность металлоискателей этого типа невозможно, поскольку разность частот биения малозаметна при обычных методах индикации. Значительный эффект дает применение кварцованных металлоискателей. Металлоискатель, принципиальная схема которого приведена на рис. 6, а, состоит из измерительного генератора, собранного на транзисторе VT1, и буферного каскада — эмиттерного повторителя, собранного на транзисторе VT2, отделенных кварцевым резонатором ZQ1 от индикаторного устройства — детектора на диоде VD2 с усилителем постоянного тока на транзисторе VT3. Нагрузкой усилителя служит стрелочный прибор с током полного отклонения 1 мА.
Вследствие высокой добротности кварцевого резонатора малейшие изменения частоты измерительного генератора будут приводить к уменьшению полного сопротивления последнего, как это видно из характеристики, приведенной на рис. 6, б, а это, в конечном итоге, повысит чувствительность прибора и точность измерений. Подготовка к поиску заключается в настройке генератора на частоту параллельного резонанса кварца, равную 1 МГц. Эта настройка производится конденсаторами переменной емкости С2 (грубо) и подстроечным конденсатором С1 (точно) при отсутствии около рамки металлических предметов. Поскольку кварц является элементом связи между измерительной и индикаторной частями устройства, его сопротивление в момент резонанса велико и минимальное показание стрелочного прибора свидетельствует о точной настройке устройства. Уровень чувствительности регулируется переменным резистором R8. Особенностью устройства является кольцевая рамка L1, изготовленная из отрезка кабеля. Центральную жилу кабеля удаляют и вместо нее продергивают шесть витков провода типа ПЭЛ 0,1—0,2 мм длиной 115 мм. Конструкция рамки показана на рис. 6, в. Такая рамка обладает хорошим электростатическим экраном. Жесткость конструкции рамки обеспечивается размещением ее между двумя дисками из оргстекла или гетинакса диаметром 400 мм и толщиной 5-7 мм. В приборе использованы транзисторы КТ315Б, опорный диод — стабилитрон 2С156Л, детекторный диод тина Д9 с любым буквенным индексом. Частота кварца может быть в интервале частот от 90 кГц до 1,1 МГц. Кабель — тина РК-50. Металлоискатель с низкой рабочей частотой. Этот металлоискатель представляет собой относительно простое устройство, и имеет хорошую чувствительность и стабильность работы. Отличительной особенностью такого устройства является его низкая рабочая частота. Катушки индуктивности металлоискателя работают па частоте 3 кГц. Это обеспечивает, с одной стороны, слабую реакцию на нежелательные сигналы (например, сигналы, возникающие при наличии мокрого песка, мелких кусочков металла (металлической стружки) и т.д.), а с другой стороны, хорошую чувствительность при поиске скрытых предметов малого и среднего размеров, а именно металлических коробок, труб, монет и т.н. Прибор также можно использовать при поиске места для оборудования тайника под землей. Он достаточно хорошо обнаруживает скрытые на глубине водопроводные трубы и трассы центрального отопления. Для реализации и настройки схемы требуется соответствующий навык и опыт, поэтому, если вы недостаточно уверенно себя чувствуете, сначала попробуйте свои силы при изготовлении более простых устройств, описанных выше. Блок-схема металлоискателя приведена на рис. 7. Генератор металлоискателя возбуждает колебания в передающей катушке па частоте около 3 кГц, создавая в ней переменное магнитное иоле. Приемная катушка расположена перпендикулярно передающей катушке таким образом, что проходящие через нее магнитные силовые линии создают малую ЭДС. На выходе приемной катушки сигнал либо отсутствует, либо очень мал. Металлический предмет, попадая в поле катушки, изменяет значение индуктивности, и на выходе появляется электрический сигнал, который затем усиливается, выпрямляется и фильтруется. Таким образом, па выходе системы имеем сигнал постоянного напряжения, значение которого слегка возрастает при приближении катушки к металлическому предмету. Этот сигнал поступает на один из входов схемы сравнения, где сравнивается с опорным напряжением, которое прикладывается к его второму входу. Уровень опорного напряжения отрегулирован таким образом, что даже небольшое увеличение напряжения сигнала приводит к изменению состояния на выходе схемы сравнения. Это в свою очередь приводит в действие электронный переключатель, в результате чего на выходные усилительные каскады поступает звуковой сигнал, оповещающий о присутствии металлического предмета.
Блок-схема металлоискателя:1 — генератор (3 кГц); 2 — дискриминатор; 3 — катушки металлоискателя; 4 — усилитель высокой частоты; 5 — детектор; 6 — фильтр низких частот; 7 — звуковой генератор; 8 — электронный ключ звукового сигнала; 9 — усилитель выходных сигналов; 10 — громкоговоритель; 11 — схема сравнения; 12 — регулируемое опорное напряжение.Передатчик, состоящий из транзистора VT1 и связанных с ним элементов, возбуждает колебания в катушке L1. Сигналы, поступающие на катушку L2, затем усиливаются микросхемой DD1 и выпрямляются микросхемой DD2, включенной по схеме амплитудного детектора. Сигнал с детектора поступает на конденсатор С9 и сглаживается фильтром низких частот, который состоит из резисторов R14, R15 и конденсаторов С10 и С11. Затем сигнал поступает на вход схемы сравнения DD3, где сравнивается с опорным напряжением, устанавливаемым переменными резисторами R29 и R30. Переменный резистор R30 служит для быстрой и грубой настройки, a R29 обеспечивает точную регулировку опорного напряжения. Генератор, собранный на однопереходном транзисторе VT2, работает в непрерывном режиме, однако сигнал, вырабатываемый им, поступит на базу транзистора VT4 только тогда, когда закроется транзистор VT3, так как, находясь в открытом состоянии, этот транзистор шунтирует выход генератора. При поступлении сигнала на вход микросхемы DD3 напряжение на ее выходе уменьшается, транзистор VT3 закрывается и сигнал от транзистора VT2 через транзистор VT4 и регулятор громкости R31 поступает па выходной каскад и громкоговоритель.
В схеме используются два источника питания, благодаря чему исключается возможность возникновения любой обратной связи выхода схемы с ее чувствительным входом. Основная схема питается от батареи напряжением 18 В, которое стабилизатором напряжения DD4 понижается до уровня +12 В. При этом снижение напряжения батареи во время работы схемы не вызывает изменения настройки. Выходные каскады питаются от отдельного источника питания напряжением +9 В. Требования но потреблению мощности довольно низкие, поэтому для питания устройства можно использовать три аккумуляторные батареи. Батарея питания выходного каскада не требует специального выключателя, так как при отсутствии сигнала выходной каскад не потребляет тока. Сборку схемы металлоискателя следует проводить покаскадно с тщательной проверкой каждого каскада. Проверка источника питания осуществляется путем временного подключения батареи напряжением 18 В. При этом напряжение на конденсаторе С16 должно составлять 12±0,5 В. После этого проводится монтаж элементов выходного каскада: резисторов R23—R26, конденсаторов С14 и C15 и транзисторов VT4—VT6. Следует учесть, что корпус транзистора VT6 соединен с его коллектором, поэтому контакт корпуса с соседними элементами и перемычками недопустим. Так как выходной каскад при отсутствии сигнала не потребляет тока, его проверяют временным подсоединением громкоговорителя, переменного резистора R31 и батареи напряжением 9 В. Затем устанавливают резисторы R20—R22 и транзистор VT2, образующие генератор звуковых сигналов. При подключении двух источников питания в громкоговорителе прослушивается звуковой фон, меняющийся с изменением положения ручки регулятора громкости. После этого на плате монтируют резисторы R16—R19, конденсатор С12, транзистор VT3 и микросхему DD3. Работа схемы сравнения проверяется следующим образом. К измерительному входу микросхемы DD3 подключают переменные резисторы R29 и R30. Этот вход образуется с помощью двух резисторов сопротивлением 10 кОм, один из которых подключается к положительной шине питания +12 В, а другой — к нулевой. Вторые выводы резисторов подсоединяют к выводу 2 микросхемы DD3. Перемычка от этого вывода служит временной точкой соединения. При грубой настройке (включены обе батареи), которая осуществляется переменным резистором R30, в определенном его положении происходит срыв звукового сигнала, в то время как при точной настройке переменным резистором R29 должно осуществляться плавное изменение сигнала вблизи этого положения. При выполнении этих условий приступают к установке резисторов R6—R15, конденсаторов С6—С11, диода VD3 и микросхем DD1 и DD2. Включив источник питания, сначала проверяют наличие сигнала на выходе микросхемы DD1 (вывод 6). Он не должен превышать половины значения напряжения питания (примерно 6 В). Напряжение на конденсаторе С9 не должно отличаться от напряжения выходного сигнала этой микросхемы, хотя наводки от сети переменного тока могут вызвать небольшое увеличение этого напряжения. Касание пальцем входа микросхемы (основания конденсатора С6) вызывает увеличение напряжения из-за повышения уровня шумов. Если регуляторы настройки находятся в положении, при котором звуковой сигнал отсутствует, касание пальцем конденсатора С6 приведет к появлению и исчезновению этого сигнала. На этом предварительная проверка работоспособности каскадов заканчивается. Окончательная проверка и настройка металлоискателя проводится после изготовления катушек индуктивности. После предварительной проверки каскадов схемы на плате устанавливаются остальные элементы, за исключением конденсатора С5. Переменный резистор R28 временно устанавливается в среднее положение. Плата кренится к L-образному алюминиевому шасси через пластмассовые шайбы (для устранения возможности короткого замыкания). Штанга и соединительные части, образующие держатель головки металлоискателя, изготавливаются из пластмассовых трубок диаметром 19 мм. Сама головка прибора представляет собой тарелку диаметром 25 см, изготовленную из прочной пластмассы. Внутренняя ее часть тщательно зачищается наждачной бумагой, что обеспечивает хороший контакт при склеивании эпоксидной смолой. Изготовление катушек металлоискателя требует особого внимания. Катушки, имеющие одинаковую форму и размеры, наматывают на D-образный контур, образованный из штырей, закрепленных на подходящем куске платы (рис. 9). Каждая из них имеет 180 витков эмалированного медного провода диаметром 0,27 мм с отводом от 90-го витка. Прежде чем снять катушки со штырей, их в нескольких местах перевязывают. Затем каждая катушка обматывается прочной нитью, чтобы витки плотно прилегали друг к другу. На этом изготовление передающей катушки заканчивается.
Приемная же катушка должна быть снабжена экраном.
Экранирование катушки обеспечивается следующим образом. Сначала она обматывается проволокой, а затем обертывается слоем алюминиевой фольги, которая снова обматывается проволокой. Такая двойная обмотка гарантирует хороший контакт с алюминиевой фольгой. В обмотках проволоки и в фольге должен быть предусмотрен небольшой разрыв, или зазор, как показано на рис. 9. препятствующий образованию замкнутого витка по окружности катушки. Изготовленные таким образом катушки закрепляются с помощью зажимов по краям пластмассовой тарелки и подсоединяются к блоку управления при помощи четырехжильного экранированного кабеля. Два центральных отвода и экран приемной катушки подсоединяются к нулевой шине питания через экранирующие провода. Если включить устройство и радиоприемник, расположенный недалеко от катушки, можно услышать высокотональный свист (на частоте металлоискателя), обусловленный наводкой звукового сигнала в радиоприемнике. Это указывает на исправность генератора металлоискателя. В данном случае неважно, на какой диапазон настроен радиоприемник, поэтому для проверки вместо него можно использовать любой кассетный магнитофон. Место рабочего положения катушек определяется но выходному сигналу металлоискателя, который должен быть минимальным, либо по показаниям вольтметра, подключенного непосредственно к конденсатору С9. Второй вариант для подгонки катушек значительно проще. Напряжение на конденсаторе должно составлять приблизительно 6 В. После этого внешние части катушек приклеиваются эпоксидной смолой, а внутренние, проходящие через центр, остаются незакрепленными, что позволяет провести окончательную настройку. Окончательная настройка. Установите незакрепленные части катушек в такое положение, при котором предметы из цветного металла, например монеты, вызывают быстрое увеличение выходного сигнала, а стальные предметы - его незначительное уменьшение. Если требуемый результат не достигается, необходимо поменять местами концы одной из катушек. Окончательная настройка или подгонка катушек должна проводиться при отсутствии металлических предметов. После установки и прочного закрепления катушки покрывают слоем эпоксидной смолы, накладывают на них стеклоткань и все это герметизируют эпоксидной смолой. После изготовления головки металлоискателя впаяйте конденсатор С5, переменный резистор R27 установите в среднее положение, а переменный резистор R28 настройте на минимум выходного сигнала. При этом по одну сторону среднего положения переменный резистор R27 обеспечивает распознавание стальных предметов, а по другую сторону — предметов из цветного металла. Следует иметь в виду, что при каждом изменении номинального значения сопротивления переменного резистора R27 необходимо проводить повторную настройку устройства.
На практике металлоискатель представляет собой легкое, хорошо сбалансированное, чувствительное устройство. В течение первых нескольких минут после включения устройства может иметь место разбаланс нулевого уровня, однако через некоторое время он исчезнет или станет незначительным.
