Предложенная схема металлоискателя имеет преимущества по сравнению с ранее опубликованными металлодетекторами аналогичного класса по энергоэффективности, повышенной чувствительности и упрощению передачи сигнала. Предлагаемый металлоискатель обнаруживает магнитные и немагнитные металлические предметы глубоко под землей и в стенах зданий. Монета 25 копеек – 10…15 см, более крупные предметы – до 60 см.
Упрощенная сигнализация позволяет лучше сосредоточиться на зоне поиска. К недостаткам предлагаемого устройства следует отнести медленный дрейф частоты поискового генератора. Это обычное дело для металлоискателей этого класса.
Рисунок 1. Блок-схема металлоискателя.
Воздействие металлических предметов на поисковую катушку ПК увеличивает частоту поискового генератора PG. Изменяющийся по частоте сигнал PG усиливается усилителем. Усиленный сигнал поступает на кварцевый фильтр. Если частота ПГ совпадает с резонансной частотой ПФ (нет металла в районе ПК), сигнал поступает на амплитудный детектор ИМ и преобразуется в постоянную составляющую, образуя логарифмический импульс внутри импульса ФИ. Человек, который его формирует. «1» бревно. «1» влияет на систему сигнализации CC, звуковой сигнал не генерируется. При появлении металлического предмета в зоне поисковой катушки ПК генератор ПГ меняет свою частоту, в результате чего на входе СС отображается лог. Если «0», сигнализация начнет работать до тех пор, пока в зоне ПК находится металлический предмет. Все необходимые элементы схемы питаются от стабилизатора напряжения среднего напряжения. Ток потребления устройства составляет до 8,5 мА.
Рисунок 2. Принципиальная схема металлоискателя.
Поисковый генератор создан по емкостной трехточечной схеме с общей базой транзистора VT1, его нагрузкой являются катушка L1 и входная цепь усилителя сигнала С5Р3, и по схеме эмиттерного повторителя транзистора VT2. Усиленный сигнал с резистора R5 поступает на кварцевый фильтр ZQ1. Сигнал поискового генератора с частотой, равной резонансной частоте кварцевого фильтра, поступает на амплитудный детектор, выполненный на диодах VD1 и VD2. Сигнал обнаружения в виде постоянной составляющей поступает на базу транзистора VT3-F1. Ток протекает через резистор R7 и создает на нем падение напряжения, образующее логарифм. «1» на входе 1 DD1.1. При этом лог подается на вход 2 DD1.1. Выход 4 DD1.2 на «1». В этот момент однократные устройства, созданные на элементах DD1.1 и DD1.2, закрываются, а на выходе 3 DD1.1 существует лог. «0».
Мультивибраторы, созданные на элементах DD1.3 и DD1.4.B, не будут работать вместе с излучателем BQ1. При приближении поисковой катушки Л1 к металлическому предмету частота ПГ увеличивается независимо от «цвета» металла. Сигнал PG с повышенной частотой превышает предел передачи кварцевого фильтра ZQ1. При отсутствии сигнала на выходе ZQ1 ФИ будет заблокирован и появится лог на моностабиле 1 DD1.1. «0». Моностабилизаторы DD1.1 и DD1.2 срабатывают и лог отображается на выходе 3 DD1.1. «1». При этом запускаются мультивибраторы DD1.3 и DD1.4. Излучатель BQ1 начинает излучать сигналы звуковой частоты. При кратковременной потере сигнала после кварцевого фильтра (высокоскоростная работа ПК) время работы эмиттера BQ1 зависит от величины емкости конденсатора С10. В предлагаемом устройстве сигнализация срабатывает мгновенно по «памяти». Для людей с нарушениями слуха возможна установка светодиода VD3, подключаемого так, как показано пунктиром. В этом случае увеличивается ток потребления устройства. Стабилизатор напряжения DA1 упрощает схемы регулирования напряжения для схемотехнических целей устройства.
Деталь. Все резисторы типа МЛТ 0,125Вт. Подстроечный конденсатор С1 типа 1КПВМ или другого типа с воздушным диэлектриком. Если их нет, в карманных радиоприемниках можно использовать небольшие переменные конденсаторы с твердым диэлектриком до 50 пФ. Если такого конденсатора нет в наличии, можно использовать конденсатор большей емкости, подключив последовательно постоянный конденсатор необходимой емкости. В цепи отрицательной группы ТКЕ рекомендуется использовать конденсаторы С2–С4 (например, М47–М750). Вы также можете попробовать смешать группу M и PMO. Конденсатор С2 можно взять из принципиальной схемы небольшого радиоприемника.
небольшой кристаллический резонатор с частотой от 100 кГц до 1 МГц. При этом количество витков поисковой катушки L1 необходимо подобрать для соответствующего резонатора. Пьезоэлектрический излучатель BQ1 китайского производства для небольших мобильных телефонов и часов. Можно использовать и бытовой излучатель типа 3П-1, но он крупнее и потребляет больше электроэнергии. Вся электроника устройства смонтирована на печатной плате, изготовленной из одностороннего фольгированного стекловолокна толщиной 1,5 мм. К краю платы под углом 90° припаяна плата управления из того же материала, прикреплены подстроечный конденсатор С1 и небольшой переключатель SA1.
В авторском варианте плата размером со спичечный коробок помещена внутрь прямоугольной алюминиевой коробки (экран цепи ПЧ радиоприемника «Казахстан»). Стержень изготовлен из алюминиевой сантехнической трубки, покрытой изнутри и снаружи пластиковой оболочкой диаметром 16 мм. Поисковая катушка L1 рисует на доске или толстой фанере круг диаметром 150 мм. Вбейте металлический гвоздь длиной 20 мм в место пересечения хорд под углом 45° от центра круга. На полученный шаблон наматывают катушку L1 проводом ПЭЛШО ПЭВ-2 диаметром от 0,31 до 0,47 мм. В авторском варианте катушка намотана 15 витками провода ЛЕШО 10х0,07. После намотки катушки L1 не обрезайте конец провода, так как вам может понадобиться его разматывать и перематывать во время настройки. Очистите конец катушки и припаяйте его к соединительному кабелю. Количество витков в вашей версии можно примерно посчитать исходя из имеющегося у вас кристалла, пропорционально количеству витков в оригинале.
Намотав катушку и закрепив концы, закрепите катушку, несколько раз связав нить и закрепив ее узлом. Такая фиксация осуществляется по всей окружности катушки двумя гвоздями, после чего гвозди выдергиваются. Соединительный кабель катушки L1 может быть экранирован. В авторском варианте используется экранированный провод с пластиковой оболочкой диаметром 1,2 мм. Для стабилизации емкости можно использовать обычный гибкий монтажный провод, туго скрученный.
Настроив все устройство и отрегулировав количество витков поисковой катушки, поместите ее внутрь ПВХ-трубки соответствующего диаметра и разрежьте по всей длине одной плоскостью с одной стороны. Длина трубки должна превышать окружность катушки на 5 мм, она должна перекрываться и соединяться на конце катушки. Вытащите соединительный кабель катушки из места соединения трубки из ПВХ. В дальнейшем в этом месте между экранирующими покрытиями возникнут зазоры. Старайтесь, чтобы размер соединения трубки с выводом кабеля оставался в пределах 5-10 мм. Поместите катушку в трубку на плоскую поверхность срезанным концом вверх. Положите газету внизу. Заполните пространство, где будет располагаться катушка, приготовленным эпоксидным клеем, одновременно расширяя отверткой обрезанный конец трубки. Если в стенке трубы имеются выпуклости или разветвления, их необходимо закрепить шурупами. Мы рекомендуем выбирать трубы ПВХ, хранящиеся в круглых рулонах необходимого диаметра. Разрезание такой трубки уменьшает протяженность ее стенок.
после полимеризации эпоксидного клея (через 24 часа) с катушки следует слить капли, удалить нить и разгладить поверхность. На гладкую поверхность катушки наматывают экранирующий слой медной или латунной фольги шириной 8-10 мм и толщиной 0,05-0,1 мм. Его цель – исключить емкостное влияние земли или других предметов на параметры поисковой катушки. Экранирующий слой должен начинаться от места соединения труб из ПВХ и заканчиваться на другом конце соединения труб из ПВХ. Зазор между началом и концом экранирующего слоя может составлять от 5 до 20 мм. Ни при каких обстоятельствах не соединяйте начало и конец слоя экрана. При подключении произойдет короткое замыкание. Один конец экранирующего слоя соединен с выходом катушки и экранирующим слоем соединительного кабеля. Экранирующий слой катушки L1 по внутренней окружности припаян шириной пайки 5-10 мм по всей ее длине.
Во многих публикациях экранирующий слой поисковой катушки предлагается делать из алюминиевой фольги. Авторы протестировали несколько конструкций поисковых катушек с экранами из алюминиевой фольги и обнаружили следующие недостатки:
– из-за невозможности пайки алюминия в домашних условиях контакт экранирующего слоя с жилами выходного кабеля ненадежен и имеет небольшой срок службы;
– Контакт между обмотками алюминиевой фольги в экранирующем слое непостоянный, поэтому параметры поисковой катушки изменяются.
В некоторых публикациях предлагается обматывать экранирующий слой поисковой катушки ПВХ-лентой. Мы протестировали несколько катушек с таким покрытием и обнаружили, что параметры поисковой катушки изменяются при изменении температуры и механического воздействия. Это связано с тем, что защитный слой невозможно плотно обернуть вручную. Из-за влияния эластичности ленты ПВХ при воздействии температуры и других факторов изменяется зазор между фольгой экранирующего слоя и катушкой, и соответственно изменяются параметры поисковой катушки.
Чтобы преодолеть вышеуказанные недостатки, экранирующую катушку поместили в разрезанную трубку из ПВХ и залили эпоксидным клеем. Готовая катушка прикрепляется к пластине с текстовым светом в форме полумесяца с помощью толстой нити, продетой через отверстие, просверленное в пластине, где сопрягается катушка. Нанесите эпоксидный клей на места приклеивания катушки и текстовой пластины, а также на резьбовые ленты. Пластина с витками крепится к стержню с загнутыми концами в форме «прутка» посередине с помощью хомутов из листов латуни, стали или алюминия шириной 30 мм и толщиной от 0,5 до 1 мм.Можно Внешний хомут затянут двумя болтами М3. Прямые ножки зажима крепятся к текстолитовой пластине катушки с помощью двух или четырех болтов М3. Пропустите соединительный кабель катушки внутрь стержня и подключите его к электронному блоку через отверстие. Батарея «Крона» расположена под электронным блоком и закреплена прямоугольным хомутом. Вес металлоискателя и батарейки «Крона» — 300 г.
Настройка. Подключите устройство к источнику питания 9 В через миллиамперметр. Миллиамперметр должен показывать ток 8 мА. Излучатель BQ1 должен излучать сигнал низкой частоты. Максимальная громкость достигается подстройкой резистора R9. Для отключения сигнализации необходимо отключить вывод 1 DD1.1 от цепи или резистора R7. Вместо конденсатора С2 подключите конденсатор переменной емкости от 0 до 500 пФ. Мы рекомендуем использовать в вашей схеме сдвоенные конденсаторы емкостью 2×500 пФ с воздушным диэлектриком. Подключите «незаконченную» поисковую катушку к цепи с помощью соединительного кабеля.
Подключите осциллограф к эмиттеру VT2. На экране отобразится ВЧ составляющая уровнем примерно 3 В, поэтому подключите цифровой частотомер к излучателю VT2 и определите частоту поискового генератора. Установите переменный конденсатор С1 в среднее положение.
С помощью настроечного конденсатора установите частоту поискового генератора, равную частоте кристалла ZQ1. Если поисковый генератор имеет высокую частоту и подстроечный конденсатор не может снизить частоту, подключите вторую секцию этого конденсатора параллельно подстроечному конденсатору. Если эта операция не приводит к снижению частоты ГУ до резонансной КФ, ПК необходимо намотать несколько раз. Если же, наоборот, частота ГУ низкая и стабилизирующий конденсатор не может ее повысить, то придется отмотать несколько витков от ПК. После сравнения частот PG и CF подключите осциллограф к выходу CF в точке соединения VD1 и VD2. Установите движок резистора R5 в верхнее положение. Если ZQ1 работает правильно и PG настроен, вы должны увидеть изображение ВЧ-компонента на экране осциллографа. Если резистор R7 подключен, то на эмиттере VT3 должен появиться лог. «1», т.е напряжение 2,4…5,7 В. Если подключен CC, излучатель должен молчать. Число витков в ПК следует выбирать такое, чтобы емкость конденсатора С2 составляла примерно 50 пФ.
Дальнейшая модификация ПК, т.е нанесение экранирующего слоя, заливка его эпоксидной смолой и прикрепление к стержню, снижает индуктивность катушки. Для этого добавьте еще от 2 до 4 оборотов до завершения процесса изготовления ПК. После изготовления ПК необходимо еще раз отрегулировать его и с помощью измерителя емкости определить значение емкости С2. При отсутствии вышеперечисленных устройств наличие генерации СГ можно определить по постоянной составляющей R5, отключив и подключив конденсатор С3. Существование совпадения частот PG и CF можно определить по постоянной составляющей R7 и поведению CC. Величину емкости конденсатора С2 можно определить экспериментально по положению ротора подстроечного конденсатора.
Окончательная настройка требует настройки PG на его резонансную частоту с CF с помощью конденсатора С1 до тех пор, пока эмиттер не перестанет звонить. При этом емкость конденсатора С2 должна быть такой, чтобы в промежуточном положении подстроечного конденсатора С1 возник частотный резонанс. Поворот ползунка резистора R5 до упора «вниз» вызовет звуковой сигнал. Возвращайте ползунок R5 еще на несколько градусов, пока сигнал тревоги не исчезнет. Для окончательной регулировки после полной сборки вам потребуется просверлить отверстие в корпусе устройства для регулировки резистора R5.
Отметим, что максимальная чувствительность металлоискателя приходится на частоту PG на краю верхней полосы пропускания CF. При появлении в зоне действия ПК металлического предмета частота «повышается» на десятки Герц в зависимости от размера искомого объекта и расстояния ПК от металлического предмета. При установке ГУ на нижнюю полосу пропускания КФ, влияние металлического предмета на ПК перестраивает ПГ на среднюю полосу пропускания КФ, и СС не срабатывает. На основании вышеизложенного видно, что дрейф частоты устройства лучше при дрейфе частоты «вверх», когда чувствительность автоматически увеличивается до срабатывания сигнализации, чем дрейф «вниз», при котором чувствительность снижается в течение длительного периода времени. Поэтому в цепях СГ рекомендуется применять конденсаторы с отрицательным ТКЕ или сочетанием отрицательного и положительного ТКЕ.
литература:
1. Схема из интернета – Радиоаматор. – 2001. – Первое место. -С.37.
2. Дубинин Б.Н. Устройство охраны-радиолюбителя. – 2002 г. – 1 место. -С.36.
3. Холле Н. Сигнализатор поклевки – Radia Mater. – 2002. – № 10. – П.20.
Б. Н. Дубинина, г. Новояворовск Львовской области.
- Хотите связаться со мной?
