Металлоискатель на срывах синхронизации. Чувствительный металлоискатель В качестве приложения
Металлоискатель - это электронное устройство для поиска и различения металлов, предметов из металла, которые могут быть спрятаны на разной глубине под слоем песка, земли, в стенах помещений и различных конструкций.
Приведены принципиальные схемы металлоискателей, выполненных на транзисторах, микросхемах и микроконтроллерах. Металлоискатель заводского производства является достаточно дорогим устройством, поэтому самостоятельное изготовление самодельного металлоискателя может сэкономить не мало средств.
Схемы современных металлоискателей могут быть построены по разным принципам работы, перечислим наиболее популярные из них:
- Метод биений (измерение изменения эталонной частоты);
- Индукционный баланс на низких частотах;
- Индукционный баланс на разнесённых катушках;
- Импульсный метод.
Многие начинающие радиолюбители и кладоискатели задаются вопросом: как самому изготовить металлоискатель? Желательно начать свое знакомство со сборки простой схемы металлодетектора, это позволит разобраться в работе подобного устройства, получить первые навыки в поиске кладов и изделий из разноцветных металлов.
Металлоискатель предназначен для обнаружения металлического предмета (крышка колодца, отрезок трубы, скрытая проводка). Металлоискатель состоит из параллельного стабилизатора напряжения (транзисторы V1 V2)у генератора высокой (около 100 кГц) частоты на транзисторе V4, детектора ВЧ колебаний (V5) и...
13 5088 6
Металлоискатель позволяет на расстоянии до 20 см обнаруживать любой металлический предмет. Дальность обнаружения зависит только от площади металлического предмета. Для тех, кому этого расстояния недостаточно, например искателям кладов, можно порекомендовать увеличить размеры рамки. Это должно увеличить и глубину обнаружения. Принципиальная схема металлоискателя приведена на рисунке. Схема собрана на транзисторах, работающих в режиме...
9 4577 1
Схема самодельного металлоискателя на биениях, которая построена на пяти микросхемах. Находит монету 0,25мм на глубине 5см, пистолет - на глубине 10см, металлическую каску - 20см. Принципиальная схема металлоискателя на биениях изображена ниже. Схема состоит из следующих узлов: кварцевый генератор, измерительный генератор, синхронный детектор, триггер Шмидта, устройство индикации...
11 4724 4
Схема, представленная на рисунке - это классический металлоискатель. Работа схемы основана на принципе супергетеродинного преобразования частоты, которое обычно используется в супергетеродинном приемнике. Принципиальная схема металлоискателя с интегральным УНЧ, в нем используются два генератора радиочастоты, частоты которых составляют 5,5 МГц. Первый радиочастотный генератор собран на транзисторе Т1 типа BF494, частота...
5 4744 2
Этот металлоискатель, несмотря на малое число деталей и простоту в изготовлении, отличается достаточно большой чувствительностью. Крупные металлические предметы, такие как батарея отопления, он способен обнаружить на расстоянии до 60 см, мелкие же, например, монету диаметром 25 мм — на расстоянии 15 см. Принцип работы устройства основан на изменении частоты в измерительном генераторе под воздействием находящихся рядом металлов и...
18 4600 0
Простой компактный металлоискатель нужен для обнаружения в стенах под слоем штукатурки разнообразных металлических предметов (например, труб, проводки, гвоздей, арматуры). Это устройство полностью автономно, питается от 9 вольтовой батареи типа «Крона», потребляя от нее 4-5 мА. Металлоискатель имеет достаточную чувствительность для обнаружения: трубы на расстоянии 10-15 см; проводки и гвоздей на расстоянии 5-10...
8 4502 0
Схема малогабаритного высокоэкономичного металлоискателя с хорошей повторяемостью и высокими эксплуатационными характеристиками, используя широко распространенные и недорогие детали. Анализ большинства распространённых схем показал, что все они питаются от источника с напряжением не ниже 9 В (то есть «Крона»), а это и дорого и неэкономично. Так, собранный на микросхеме K561ЛE5...
18 5140 1
Схема металлоискателя каких-либо особенностей не имеет, проста и доступна для повторения даже начинающим радиолюбителям. Как часто пишут в книгах и журналах, при правильном монтаже и исправных деталях работать начинает сразу. Печатная плата устройства показана на рисунке, она выполнена под SMD компоненты, все детали устанавливаются со стороны фольги, и сверления отверстий не требуется. Изготовление поисковой катушки требует высокой...
Немного почитав радиолюбительские форумы по изготовлению металлоискателей , обнаружил, что большинство людей собирающих металлоискатели , на мой взгляд, незаслуженно списывают со счетов металлоискатели на биениях — так называемые BFO металлоискатели . Якобы это технология прошлого века и «детские игрушки». — Да, это простой и непрофессиональный прибор, требующий определенных навыков и опыта в обращении. Он не имеет четкой селективности металлов и требует подстройки в процессе эксплуатации. Однако и с ним можно производить удачный поиск при определенных обстоятельствах. Как вариант — пляжный поиск — идеальный вариант для металлоискателя на биениях .
Место для поиска с металлоискателем.
С металлоискателем нужно ходить там, где люди что-то теряют. Мне повезло, у меня есть такое место. Неподалеку от моего дома расположен заброшенный речной песчаный карьер, на котором летом постоянно отдыхают люди бухая и купаясь в реке. Понятное дело, они постоянно что то теряют. На мой взгляд, лучшего места для поиска с металлоискателем BFO придумать нельзя. Потерянные вещи моментально самозакапываются на небольшую глубину в сухой песок и отыскать их вручную уже практически невозможно. Мистика какая то. Помню, в детстве уронил там в песок ключи от квартиры. Вот стою я, вот сюда упали ключи, но, сколько я не перекапывал тот участок — все безрезультатно. Они буквально провалились «сквозь землю». Просто заколдованное место. В то же время на этом «золотом» пляже я постоянно находил в песке чужие ключи, зажигалки, монеты, украшения и телефоны. А при последнем походе с металлоискателем – женское тонкое золотое кольцо. Оно было почти у поверхности чуть присыпано песком. Возможно, просто везение. Собственно именно под этот пляж я и делал свой металлоискатель.
Достоинства металлоискателя на биениях.
Почему именно BFO ? — Во первых, это самый простой вариант металлоискателя . Во вторых он обладает хоть какой то динамикой сигнала в зависимости от свойств предмета. Не то что импульсный металлоискатель – «пикающий» на все одинаково. Я не в коем случае не хочу принизить достоинства импульсного металлоискателя . Это тоже замечательный прибор, но для пляжа заваленного пробками и фольгой он не подходит. Многие скажут, что и металлоискатель на биениях не различает свойств предмета , воет и гудит на все одинаково. Однако это не так. Попрактиковавшись на пляже пару дней, я научился весьма неплохо определять фольгу как резкое и глубокое изменение частоты. Крышки же от пивных бутылок вызывают строго определенное изменение частоты, которое нужно запомнить. А вот монеты издают слабый, «точечный» сигнал — еле уловимое изменение частоты. Все это приходит с опытом при наличии терпения и неплохого слуха. Металлоискатель на биениях — это все-таки «слуховой» металлоискатель . Анализатором и обработчиком сигналов здесь является человек. По этому вести поиск нужно обязательно на наушники, а не на динамик. Причем лучший вариант – большие наушники, а не «затычки».
Конструкция металлоискателя.
Конструктивно я решил делать металлоискатель складным и компактным. Чтобы он влезал в обычный пакет, дабы не привлекать внимание «нормальных» людей. Иначе, добираясь до места поиска, выглядешь как «инопланетянен», или собиратель металлолома. Для этой цели я купил в магазине самое маленькое (двухметровое пятиколенное) телескопическое удилище. Оставил три колена. Получилась довольно компактное складное основание, на котором я и собрал свой металлоискатель .
Весь электронный блок был собран в уже полюбившимся мною пластиковом коробе для проводки 60х40. Из его пластмассы так же была сделана торцевая заглушка, перегородка отсека питания и крышка отсека питания.Части склеивались суперклеем и садились на болты М3. Крепление электронного блока металлоискателя к удилищу выполнено в виде металлической скобы, которая вставляется на место рыболовной катушки с леской и фиксируется штатной гайкой удилища. Получилась отличная легкая и прочная конструкция. Наружу блока выведена кнопка питания, гнездо подключения катушки (пятиконтактное гнездо от «дедушкиного» магнитофона), регулятор частоты и гнездо под джек для наушников.
Печатная плата металлоискателя изготавливалась по месту разводкой дорожек водостойким маркером. По этому, к сожалению, печатку предоставить не могу. Монтаж поверхностный навесной — без отверстий – «ленивый» — мой любимый. Так же важно после сборки платы покрыть её любым лаком для защиты от влаги и мусора. При полевых условиях это очень важно. Я, к примеру, потерял один день из за того, что во внутрь под микросхему попал какой-то мусор. Металлоискатель просто перестал работать . И мне пришлось возвращаться домой, разбирать его, продувать и вскрывать плату лаком.
Схема металлоискателя на биениях.
Сама же схема (см. ниже) была переработана и оптимизирована мной из двух схем металлоискателей . Это «» — журнал «Радио», 1987г, №01, стр 4, 49 и «Металлоискатель повышенной чувствительности » — журнал «Радио», 1994г, №10, стр 26.
В результате получилась простая и функциональная схема, обеспечивающая стабильные низкочастотные результирующие биения – то, что нужно для определения на слух малейших изменений частоты.
Стабильность и чувствительность металлоискателя обеспечивают следующие схемные решения:
Генераторы эталонный и измерительный разнесены — выполнены в отдельных корпусах микросхем – DD1 и DD2. На первый взгляд это расточительство – используется всего один логический элемент корпуса микросхемы из четырех. То есть, да, эталонный генератор собран только на одном логическом элементе микросхемы. Остальные три логические элемента микросхемы не задействованы вовсе. Точно так же построен и измерительный генератор. Казалось бы — бессмысленно не задействовать свободные логические элементы корпуса микросхем. Однако именно в этом и есть большой смысл. И состоит он в том, что если, допустим, все же собрать в одном корпусе микросхемы два генератора – они будут синхронизировать друг друга на близких частотах. Не удастся получать малейшие изменения результирующей частоты. На практике это будет выглядеть как резкое изменение частоты лишь при близком воздействии массивного металлического предмета на измерительную катушку. Иными словами резко снижается чувствительность. Металлоискатель не реагирует на мелкие предметы. Результирующая частота как бы «залипает» на нуле – до определенного момента вовсе нет биений. Еще говорят – «тупой металлоискатель », «тупая чувствительность». Кстати «Металлоискатель на микросхеме » — журнал «Радио», 1987г, №01, стр 4, 49 построен как раз на одной микросхеме вовсе. Там очень заметен этот эффект синхронизации частот. Ним совершенно невозможно искать монеты и мелкие предметы.
Так же оба генератора должны быть экранированы отдельными небольшими экранами из жести. Это на порядок повышает стабильность и чувствительность металлоискателя в целом . Достаточно, просто припаять на минус между микросхемами генераторов небольшие перегородки из жести, чтобы убедится в улучшении параметров металлоискателя. Чем лучше экран — тем лучше чувствительность (ослабляется влияние генераторов друг на друга и плюс защита от внешнего воздействия на частоту).
Электронная настройка .
Компаратор на DD3.2 – DD3.4.
Этот элемент схемы преобразует синусоидальный сигнал с выхода смесителя DD3.1 в прямоугольные импульсы удвоенной частоты.
Во первых, прямоугольные импульсы отчетливо слышны на герцовых частотах как четкие щелчки. В то время как синусоидальный сигнал герцовых частот уже с трудом различим на слух.
Во вторых, удвоение частоты позволяет более близко подойти регулировкой к нулевым биениям. В результате, регулировкой можно добиться «цоканья» в наушниках, изменение частоты которого уже можно уловить при поднесении маленькой монеты к катушке на расстоянии 30 см.
Стабилизатор питания генераторов .
Естественно, в данной схеме напряжение питания заметно влияет на частоту генераторов DD1.1 и DD2.1 металлоискателя . Причем на каждый из генераторов влияет по разному. В результате чего, с разрядом батареи немного «плывет» и частота биений металлоискателя . Для предотвращения этого в схему был введен пятивольтовый стабилизатор DA1 для питания генераторов DD1.1 и DD2.1. В результате чего частота перестала «плыть». Однако, следует сказать, что с другой стороны, из за пятивольтового питания генераторов несколько снизилась чувствительность металлоискателя в целом. По этому, эту опцию следует считать необязательной и при желании можно питать генераторы DD1.1 и DD2.1 от кроны без стабилизатора DA1. Только придется чаще подстраивать частоту вручную, регулятором.
Конструкция катушки металлоискателя.
(См. схему ниже).
Так как это не импульсный металлоискатель, а BFO , то поисковая катушка (L2) не боится металлических предметов в своей конструкции. Нам не понадобятся пластмассовый болт. То есть мы можем без опаски применять для её изготовления металлический (но только незамкнутый!) каркас и обычный металлический болт для шарнира. В последствии, при наладке схемы, все влияния металла в конструкции выведутся в ноль подстроечным сердечником катушки L1. Сама катушка L2 содержит 32 витка провода ПЭВ или ПЭЛ диаметром 0,2 – 0,3 мм. Диаметр катушки должен быть около 200 мм. Намотку удобно производить на небольшое пластмассовое коническое ведро. Полученные витки полностью обматываются изолентой и увязываются ниткой. Далее вся эта конструкция обматывается фольгой (кулинарная фольга для запекания). Сверху фольги наматывается луженая проволока несколькими витками по всему периметру катушки. Эта проволока будет выводом фольгяного экрана катушки. Еще раз все вместе обматывается изолентой. Сама катушка готова.
Каркас на котором будет располагаться катушка и которым она будет крепится к удилищу изготавливается из стальной пружинящей (не мягкой) проволоки 3-4 мм. Он состоит собственно из трех частей (смотри рисунок)– двух витых проволочных петель шарнира, которые будут соединены болтом между собой и проволочного кольца, продетого в трубку от капельницы (кольцо не должно быть замкнутым витком).
Вся эта конструкция вместе с готовой проволочной катушкой так же увязывается вместе нитками и изолентой.
Сам шарнир с катушкой крепится к удилищу увязыванием капроновыми нитками и проклейкой эбоксидной смолой.
Катушку желательно не мочить в процессе поиска и тем более не использовать для подводного поиска. Она не герметична. Попавшая во внутрь влага со временем может разрушить её.
Катушка L1 (смотри схему) мотается на каркасе от малогабаритного радиоприемника с металлическим экраном и подстроечным сердечником. Катушка содержит 65 витков провода ПЭВ диаметром 0.06мм
Я и Диод. © сайт.
Предлагаю схему металлоискателя на биениях. Суть технического решения заключается в том, что поисковый генератор работает на низкой частоте F п (порядка десятков килогерц), а опорный генератор - на высокой частоте F 0 (порядка мегагерц) и стабилизирован кварцем. Цепи питания всех узлов схемы развязаны RC-фильтрами. Выделение частоты биений производится фазовым детектором на D-триггере.
Что это даёт?
1. Низкая частота поисковой катушки обеспечивает уменьшение влияния слабо проводящих сред (сырой земли, цемента). Влияние проводящих сред резко возрастает с увеличением поисковой частоты, что ограничивает чувствительность металлоискателя.
2. Высокая опорная частота позволяет достичь высокой чувствительности металлоискателя, поскольку при этом небольшие относительные изменения поисковой частоты вызывают большие изменения частоты биений. Опорная частота стабилизирована, и это позволяет примерно вдвое поднять чувствительность.
3. Хорошая развязка цепей питания в достаточной степени ослабляет взаимную синхронизацию генераторов, как непосредственно, так и через фазовый детектор. Более того, по той же причине не рекомендуется использовать свободные логические элементы микросхем в других частях схемы, поэтому они соединены между собой (DD1.3 и DD1.4, DD2.3 и DD2.4, DD3.2), но выходы незадействованы.
4. Применение D-триггера в качестве детектора позволяет выделять биения при любых целочисленных соотношениях опорной и поисковой частот, а амплитуда выделенного сигнала определяется только логическими уровнями.
Формула для частоты биений F б проста:
F б = F 0 -NF n , F п где F 0 - опорная частота; F п - поисковая частота; N - целая часть величины отклонения частоты, т.е. N = int(F 0 /F п). В схеме я применил Частоты можно применить любые другие, исходя из того, какие чувствительность и стабильность требуются, и какой кварц есть под рукой. На DD1.1 собран поисковый LC-гeнератор. В нём L1 - поисковая катушка. На DD2.1 собран опорный кварцевый генератор. DD3.1 - фазовый детектор. Опорный сигнал стробируется поисковым сигналом по С-входу. Выделенный НЧ-сигнал через фильтр C6-R4 подаётся на головные телефоны или пьезодинамик. Конденсатором С1 устанавливается исходная частота биений (выше или ниже нулевых биений - как удобнее для поиска). Конденсаторы С2, С4 подбираются при настройке генератора поисковой частоты, а С3, С5 подбираются под частоту применённого кварцевого резонатора. Микросхемы DD1, DD2 - типа К561ЛА7 (ЛЕ5). DD3 - К561ТМ2 (или аналогичные). Поисковая катушка может иметь произвольный диаметр - в зависимости от размеров предметов поиска. Она должна быть экранирована немагнитным материалом, причём экран не должен образовывать короткозамкнутый виток в плоскости катушки. Я применил катушку диаметром 55 мм и высотой 10 мм, намотанную на незамкнутом цилиндре из медной фольги. Её индуктивность - 4,5 мГн. Ориентировочно, чувствительность металлоискателя при указанных частотах такова, что позволяет обнаружить диамагнитный предмет диаметром, равным четверти диаметра катушки, на расстоянии полтора...два диаметра от катушки. Предлагаемый металлоискатель предназначен для "ближнего" поиска предметов. Он собран по простейшей схеме. Прибор компактен и несложен в изготовлении. Глубина обнаружения составляет:
Структурная схема изображена на рис. 8. Она состоит из нескольких функциональных блоков. Кварцевый генератор является источником прямоугольных импульсов, стабильной частоты. К измерительному генератору подключен колебательный контур, в состав которого входит датчик - катушка индуктивности. Выходные сигналы обоих генераторов поступают на входы синхронного детектора, который на своем выходе формирует сигнал разностной частоты. Этот сигнал имеет приблизительно пилообразную форму. Для удобства дальнейшей обработки сигнал синхронного детектора преобразуется с помощью триггера Шмидта в сигнал прямоугольной формы. Устройство индикации предназначено для формирования звукового сигнала разностной частоты с помощью пьезоизлучателя и для визуального отображения величины этой частоты с помощью светодиодного индикатора. КВАРЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР
Кварцевый генератор имеет схему, аналогичную схеме генератора металлоискателя по принципу "передача-прием", но реализованную на инверторах D1.1-D1.3. Частота генератора стабилизирована кварцевым или пьезоке-рамическим резонатором Q с резонансной частотой 215 Гц ~ " 32 кГц ("часовой кварц"). Цепь R1C2 препятствует возбуждению генератора на высших гармониках. Через резистор R2 замыкается цепь ООС, через резонатор Q - цепь ПОС. Генератор отличается простотой, малым потребляемым током от источника питания, надежно работает при напряжении питания 3..15 В, не содержит подстроечных элементов и чересчур высокоомных резисторов. Выходная частота генератора - около 32 кГц. Дополнительный счетный триггер D2.1 необходим для формирования сигнала со скважностью, в точности равной 2, что требуется для последующей схемы синхронного детектора. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР
Непосредственно генератор реализован на дифференциальном каскаде на транзисторах VT1, VT2. Цепь ПОС реализована гальванически, что упрощает схему. Нагрузкой дифференциального каскада является колебательный контур L1C1. Частота генерации зависит от резонансной частоты колебательного контура и, в некоторой степени, от режимного тока дифференциального каскада. Этот ток задается резисторами R3 и R3". Подстройка частоты измерительного генератора при настройке прибора осуществля - ется грубо - подбором емкости С1 и плавно - регулировкой потенциометром R3". Для преобразования низковольтного выходного сигнала дифференциального каскада к стандартным логическим уровням цифровых КМОП-микросхем служит каскад по схеме с общим эмиттером на транзисторе VT3. Формирователь с триггером Шмидта на входе на элементе D3.1 обеспечивает крутые фронты импульсов для нормальной работы последующего счетного триггера. Дополнительный счетный триггер D2.2 необходим для формирования сигнала со скважностью, в точности равной 2, что требуется для последующей схемы синхронного детектора. СИНХРОННЫЙ ДЕТЕКТОР
Детектор состоит из перемножителя, реализованного на элементе D4.1 "Исключающее ИЛИ" и интегрирующей цепи R6C4. Его выходной сигнал близок по форме к пилообразному, а частота этого сигнала равна разности частот кварцевого генератора и измерительного генератора. ТРИГГЕР ШМИДТА
Триггер Шмидта реализован на элементе D3.2 и формирует прямоугольные импульсы из пилообразного напряжения синхронного детектора. УСТРОЙСТВО ИНДИКАЦИИ
Является просто мощным буферным инвертором, реализованным на трех оставшихся инверторах D1.4-D1.6, включенных в параллель для увеличения нагрузочной способности. Нагрузкой устройства индикации являются свето-диод и пьезоизлучатель.
Типы деталей и конструкция Вместо микросхем серии К561 возможно использование микросхем серии К1561. Можно попытаться применить некоторые микросхемы серии К176. Входы неиспользуемых элементов цифровых микросхем нельзя оставлять неподключенными! Их следует соединить либо с общей шиной, либо с шиной питания. Транзисторы VT1, VT2 являются элементами интегральной транзисторной сборки типа К159НТ1 с любой буквой. Их можно заменить на дискретные транзисторы с прп проводимостью типов КТ315, КТ312 и т.п. Транзистор VT3 - типа КТ361 с любой буквой или аналогичного типа с р-п-р проводимостью. К применяемым в схеме металлоискателя резисторам не предъявляется особых требований. Они лишь должны иметь прочную конструкцию и быть удобны для монтажа. Номинальная рассеиваемая мощность должна составлять 0,125...0,25 Вт.
Потенциометр компенсации R3" желателен многооборотный типа СП5-44 или с нониусной подстройкой типа СП5-35. Можно обойтись и обычными потенциометрами любых типов. В этом случае желательно использовать два последовательно включенных. Один - для грубой подстройки, номиналом 1 кОм. Другой - для точной подстройки, номиналом 100 Ом. Катушка индуктивности L1 имеет внутренний диаметр намотки 160 мм, содержит 100 витков провода. Тип провода - ПЭЛ, ПЭВ, ПЭЛШО и т.п. Диаметр провода 0,2...0,5 мм. О конструкции катушки см. ниже. Конденсатор СЗ - электролитический. Рекомендуемые типы - К50-29, К50-35, К53-1, К53-4 и другие малогабаритные. Остальные конденсаторы, за исключением конденсатора колебательного контура катушки измерительного генератора, - керамические типа К10-7 и т.п. Конденсатор контура С1 особый. К нему предъявляются высокие требования по точности и термостабильности. Конденсатор состоит из нескольких (5...10 шт.) отдельных конденсаторов, включенных параллельно. Грубая настройка контура на частоту кварцевого генератора осуществляется подбором количества конденсаторов и их номинала. Рекомендуемый тип конденсаторов К10-43. Их группа по термостабильности - МПО (т.е. приблизительно нулевой ТКЕ). Возможно применение прецизионных конденсаторов и других типов, например К71-7. В конце концов, можно попытаться использовать термостабильные слюдяные конденсаторы с серебряными обкладками типа КСО или полистирольные конденсаторы. Светодиод VD1 типа АЛ336 или аналогичный с высоким КПД. Подойдет и любой другой светодиод видимого диапазона излучения. Кварцевый резонатор Q - любой малогабаритный часовой кварц (аналогичные используются также в портативных электронных играх). Пьезоизлучатель Y1 - может быть типа ЗП1-ЗП18. Хорошие результаты получаются при использовании пье-зоизлучателей импортных телефонов (идут в огромных количествах "в отвал" при изготовлении телефонов с определителем номера).
Конструкция прибора может быть достаточно произвольной. При ее разработке желательно учесть рекомендации, изложенные в разделах, посвященных датчикам и конструкции корпусов. Печатная плата электронной части металлоискателя может быть изготовлена любым из традиционных способов, удобно также использовать готовые макетные печатные платы под DIP корпуса микросхем (шаг 2,5 мм).
Налаживание прибора 1. Проверить правильность монтажа по принципиальной схеме. Убедиться в отсутствии коротких замыканий между соседними проводниками печатной платы, соседними ножками микросхем и т.п. 2. Подключить батарею или источник питания 9 В, строго соблюдая полярность. Включить прибор и измерить потребляемый ток. Он должен составлять около 10 мА. Резкое отклонение от указанного значения свидетельствует о неправильности монтажа или неисправности микросхем. 3. Убедиться в наличии на выходе кварцевого генератора и на выходе элемента D3.1 чистого меандра с частотой около 32 кГц. 4. Убедиться в наличии на выходах триггеров D2.1 и D2.2 сигналов с частотами около 16 кГц. 5. Убедиться в наличии на входе элемента D3.2 пилообразного напряжения разностной частоты, а на его выходе - прямоугольных импульсов. 6. Убедиться в работоспособности устройства индикации - визуально и на слух.
Возможные модификации Схема прибора предельно проста и поэтому речь может идти только о дальнейших усовершенствованиях. К ним можно отнести: 1. Добавление дополнительного светодиодного логарифмического индикатора частоты. 2. Использование трансформаторного датчика в измерительном генераторе. Рассмотрим эти модификации подробнее. ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ ИНДИКАТОР ЧАСТОТЫ
Логарифмический индикатор частоты представляет собой усовершенствованный светодиодный индикатор. Его шкала состоит из восьми отдельных светодиодов. При достижении измеряемой частотой некоторого порога, на шкале загорается соответствующий светодиод, остальные семь -не горят. Особенность индикатора состоит в том, что пороги срабатывания по частоте для соседних светодиодов отличаются друг от друга в два раза. Иными словами, шкала индикатора имеет логарифмическую градуировку, что очень удобно для такого прибора, как металлоискатель на биениях. Принципиальная схема логарифмического индикатора частоты приведена на рис. 10. Несмотря на то, что схема этого индикатора была разработана автором самостоятельно, она не претендует на оригинальность, так как проведенный патентный поиск показал, что подобные схемы известны. Тем не менее, как сама схема индикатора, так и ее реализация на отечественной элементной базе представляет, по мнению автора, определенный интерес. Работает логарифмический индикатор следующим образом. На вход индикатора поступает сигнал с выхода триггера Шмидта схемы металлоискателя на биениях (см. рис. 9). Этот сигнал является входным для двоичных счетчиков D5.1-D5.2 (нумерация продолжает нумерацию по схеме рис. 9). Указанные счетчики периодически обнуляются по сигналу высокого уровня вспомогательного генератора на триггере Шмидта D3.3 с частотой около 10 Гц. По переднему фронту сигнала вспомогательного генератора происходит также запись состояния счетчиков в параллельные четырехразрядные регистры D6 и D7. Таким образом, на выходах регистров D6 и D7 присутствует цифровой код частоты сигнала биений. Преобразовать этот код в логарифмическую шкалу возможно достаточно просто (и в этом "изюминка" данной схемы), если зажигание соответствующего светодиода шкалы поставить в соответствие появлению единицы в определенном разряде кода частоты при всех нулях в более старших разрядах кода. Очевидно, что данную задачу должна выполнять комбинационная схема. Самая простая реализация такой схемы представляет собой периодически повторяющиеся звенья из элементов ИЛИ. В практической схеме использованы элементы ИЛИ-НЕ D8, D9 совместно с мощными буферными инверторами D10, D11. На выходе схемы получается логический сигнал управления светодиодами шкалы в виде "волны единиц". С точки зрения экономии батареи питания, конечно, более целесообразно сделать шкалу не в виде светящегося столбика светодиодов (до 8 шт. одновременно), а в виде перемещающейся точки из одного светящегося светодиода. Для этого светодиоды индикаторной линейки включены между выходами комбинационной схемы. Для очень низких значений частоты по-прежнему более пригодна индикация в виде мигающего светодиода. В предлагаемой схеме он совмещен с началом светодиодной шкалы и гаснет, как только загорится следующий ее сегмент. Выбором элементов R8, С5 можно менять значение частоты вспомогательного генератора, изменяя таким образом предел шкалы по частоте.
Типы деталей и конструкция Типы используемых микросхем приведены в табл. 4. Вместо микросхем серии К561 возможно использование микросхем серии К1561. Можно попытаться применить некоторые микросхемы серии К176. Разводка цепей питания и нумерация выводов для микросхем D8-D11 для простоты условно не показана. Светодиоды VD2-VD9 типа АЛ336 или аналогичные с высоким КПД. Их токозадающие резисторы R9-R17 имеют одинаковый номинал 1,0...5,1 кОм. Чем меньше сопротивление указанных резисторов, тем ярче будут светиться светодиоды. Однако при этом может не хватить нагрузочной способности микросхем К561ЛН2. В данном случае рекомендуется использовать параллельно включенные выходные инверторы в схеме индикатора. Удобнее всего организовать это параллельное включение путем простого припаивания дополнительных однотипных корпусов микросхем (до 4 шт.) поверх каждой из установленных в схему микросхем К561ЛН2. ДАЛЬНЕЙШИЕ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ С ИНДИКАТОРОМ ЧАСТОТЫ
Предложенный выше логарифмический индикатор частоты является по сути некоторой разновидностью цифрового частотомера. Перспективное направление усовершенствования металлоискателей на биениях связано с использованием принципа электронного частотомера для регистрации небольших отклонений частоты. Данной теме посвящен разд. 2.3. ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ДАТЧИК
Путь устранения перечисленных недостатков прост и очевиден - необходимо использовать катушку, состоящую из минимального количества витков - из одного витка! Естественно, "в лоб" такое решение не проходит, так как ничтожная индуктивность одного витка потребовала бы гигантских по величине емкостей конденсаторов колебательных контуров, генераторов сигналов с огромным выходным током и специальных ухищрений по обеспечению высокой добротности. И здесь самое время вспомнить о существовании устройства, предназначенного для согласования импедансов, для преобразования переменных сигналов большого напряжения с малым током в сигналы малого напряжения с большим током, и наоборот о трансформаторе. Трансформаторный датчик позволяет реализовать складную конструкцию компактного металлоискателя на биениях. Ее эскиз изображен на рис. 11. Трансформатор датчика выполнен на тороидальном магнитопроворде, установленном непосредственно на плате металлоискателя, размещенной в пластмассовом корпусе. Понижающая обмотка трансформатора и виток датчика конструктивно представляют собой единое целое в виде прямоугольной рамки из медного изолированного одножильного провода сечением 6 мм², замкнутого с помощью пайки. Указанная рамка имеет возможность вращаться. В сложенном положении рамка расположена по периметру корпуса прибора и не занимает лишнего места. В рабочем положении она разворачивается на 180°. Для того чтобы рамка фиксировалась в установленном положении, используются уплотняющие втулки из резины или из другого аналогичного материала. Возможно также применение любых других подходящих механических фиксаторов для рамки. Сечение проводника, из которого изготовлен виток трансформаторного датчика, должно быть не меньше, чем суммарное сечение всех витков, составляющих обычную катушку датчика металлоискателя. Это необходимо не только для придания конструкции необходимой прочности и жесткости, но и для того, чтобы получить не слишком низкую добротность у колебательного контура с таким трансформаторным аналогом катушки индуктивности (кстати, при использовании такого витка в качестве излучающей катушки, ток в нем может достигать десятков ампер!). По той же причине, необходим должный выбор сечения провода понижающей обмотки трансформатора. Он может иметь меньшее сечение, чем сечение проводника витка, но его омическое сопротивление должно быть не больше омического сопротивления витка. Для уменьшения потерь за счет омического сопротивления необходимо очень тщательно выполнить соединение витка с понижающей обмоткой трансформатора. Рекомендуемый способ соединения - пайка (для медного витка) и сварка в среде инертного газа (для алюминиевого). К трансформатору предъявляются следующие требования. Во-первых, он должен работать с малыми потерями на требуемой частоте. На практике это означает, что его магнитопровод должен быть сделан из низкочастотного феррита. Во-вторых, его обмотки не должны вносить заметного вклада в импеданс датчика. На практике это означает, что индуктивность понижающей обмотки должна быть заметно больше индуктивности витка. Для тороидальных ферритовых магнитопроводов с магнитной проницаемостью ц=2000 и диаметром более 30 мм это справедливо даже для одного витка понижающей обмотки. В-третьих, коэффициент трансформации должен быть таким, чтобы индуктивность повышающей обмотки при подключенном к понижающей обмотке витке датчика была бы приблизительно такой же, как и у обычной катушки типового датчика. К сожалению, преимущества трансформаторного датчика заметно превосходят его недостатки только для метал-лоискателей на биениях. Для более чувствительных приборов такой датчик неприменим из-за достаточно высокой чувствительности к механическим деформациям, что приводит к ложным сигналам, появляющимся при движении. Вот почему трансформаторный датчик рассматривается только в разделе, посвященном металлоискателю на биениях. Что такое металлоискатель объяснять не надо никому. Прибор этот дорогой, а некоторые модели стоят весьма прилично. Однако сделать металлоискатель своими руками в домашних условиях можно. Причём можно не только сэкономить тысячи рублей на его приобретении, но ещё и обогатиться, найдя клад. Давайте поговорим о самом приборе и попробуем разобраться, что в нём и как. В данной подробной инструкции мы покажем, как можно собрать своими руками простейший металлоискатель из подручных средств. Нам понадобятся: обычная пластиковая коробка из под CD диска, портативный AM или AM/FM радиоприемник, калькулятор, контактная лента типа VELCRO (липучка). Итак, приступаем! Шаг 1.
Разберите корпус коробки CD компакт-диска
. Аккуратно разберите корпус пластиковой коробки компакт-диска, удалив вставку, которая держит диск на месте. Шаг 2.
Отрежьте 2 полоски липучки
. Отмерьте область в центре задней части Вашего радио. Затем вырежьте 2 кусочка липучки такого же размера. Шаг 3.
Закрепите радио.
Прикрепите липкой стороной одну липучку на заднюю часть радио и вторую на одну из внутренних сторон коробки компакт-диска. Затем прикрепите радио на корпус пластиковой коробки компакт-диска “липучкой к липучке”. Шаг 4.
Закрепите калькулятор
. Повторите шаги 2 и 3 с калькулятором, но примените липучку уже на другой стороне коробки компакт-диска. Затем закрепите калькулятор на этой стороне коробки стандартным методом “липучка к липучке”. Шаг 5.
Настройка диапазона радио
. Включите радио и убедитесь, что оно настроено на AM диапазон. Теперь настройте его на конец диапазона AM, но не на саму радиостанцию. Увеличьте громкость. Вы должны слышать лишь одни помехи.
Подсказка:
Если есть радиостанция, которая находится на самом конце диапазона AM, то постарайтесь добраться к ней как можно ближе. При этом Вы должны слышать лишь одни помехи! Шаг 6.
Сверните CD коробку.
Включите калькулятор. Начинайте сворачивать сторону коробки с калькулятором в сторону радио, пока не услышите громкий звуковой сигнал. Этот звуковой сигнал сигнализирует нам о том, что радио поймало электромагнитную волну от электрической схемы калькулятора. Шаг 7.
Поднесите собранное устройство к металлическому предмету.
Приоткройте снова створки пластиковой коробки, так чтобы звук, который мы слышали на шаге 6, едва был слышен. Затем начинайте перемещать коробку с вашим радио и калькулятором близко к металлическому предмету и Вы снова услышите громкий звук. Это говорит о правильной работе нашего простейшего металлоискателя. Принцип действия:
В этом проекте мы будем строить металлоискатель на основе двойного контура осциллятора. Один осциллятор является фиксированным, а другой варьируется в зависимости от близости металлических предметов. Частота биений между этими двумя частотами осцилляторов находится в звуковом диапазоне. В момент прохождения детектора над металлическим предметом, вы услышите изменение этой частоты биений. Различные типы металлов вызовут положительный или отрицательный сдвиг, поднимая или опуская звуковую частоту. Нам понадобятся материалы и электрические компоненты:
Нам понадобятся инструменты:
Итак, приступаем! Шаг 1:
Сделать печатную плату
. Для этого скачайте дизайн платы . Затем распечатайте его и протравите на медной плате с помощью метода перевода тонера на плату. При помощи метода передачи тонера, Вы печатаете зеркальное изображение конструкции платы с помощью обычного лазерного принтера, а затем переносите рисунок на медной облицовке с помощью утюга. На этапе травления
, тонер действует
в качестве маски
, сохраняя
медные дорожки,
в то время как остальная часть
меди
растворяется
в
химическую ванну
.
Шаг 2: Заполнит плату транзисторами и электролитическими конденсаторами
. Начните с пайки 6 NPN транзисторов. Обратите внимание на ориентацию ножек коллектора, эмиттера и базы транзисторов. Базовая ножка (В) почти всегда
в середине.
Далее добавляем два 220μF электролитических конденсатора. Шаг 3: Заполните плату полиэфирными конденсаторами и резисторами.
Сейчас нужно добавить 5 полиэфирных конденсатора емкостью 0.1μF в местах показанных ниже. Далее добавьте 5 конденсаторов емкостью 0.01μF. Эти конденсаторы не поляризованы и их можно припаять в плату ножками в любом направлении. Далее добавьте 6 резисторов по 10 кОм (коричневый, черный, оранжевый, золотой). Шаг 4: Продолжаем наполнять электрическую плату элементами.
Сейчас нужно добавить один резистор 2.2 мОм (красный, красный, зеленый, золотой) и два 39 кОм (оранжевый, белый, оранжевый, золотой). И затем впаять последний резистор 1 кОм (коричневый, черный, красный, золото). Далее, добавьте пары проводов для питания (красный / черный), аудио выхода (зеленый / зеленый), эталонной катушки (черный / черный) и детектор-катушку (желтый / желтый). Шаг 5: Наматываем витки на катушку.
Следующий этап – это намотка витков на 2 катушки, которые являются частью цепи LC генератора. Первая – это эталонная катушка. Я использовал провод 0,4 мм в диаметре для этого. Отрежьте кусок дюбеля (около 13 мм в диаметре и 50 мм в длину). Просверлите три отверстия в дюбеле, чтобы пройти через них проводками: один продольно через середину дюбеля, и два перпендикулярно на каждом конце. Медленно и осторожно намотайте столько витков провода, сколько Вы можете вокруг дюбеля в один слой. Оставьте по 3-4 мм голой древесины каждом конце. Удержитесь от соблазна “покрутить” провод – это наиболее интуитивно понятный способ намотки, но это неправильный путь. Вы должны вращать дюбель и тянуть провод за собой. Таким образом он намотает провод на себя. Протяните каждый конец провода через перпендикулярные отверстия в дюбеле, а затем один из них через продольное отверстие. Закрепите провод лентой, как только вы закончите. В конце используйте наждачную бумагу, чтобы удалить покрытие на двух открытых торцах катушки. Шаг 6: Делаем приемную (поисковую) катушку.
Необходимо вырезать держатель катушки с 6-7 мм фанеры. Используя тот же провод 0,4 мм в диаметре, намотать 10 витков вокруг паза. Моя катушка имеет диаметр 152 мм. Используя деревянный колышек 6-7 мм прикрепите рукоятку к держателю. Не используйте для этого металлический болт (или что то подобное) – иначе металлоискатель будет постоянно обнаруживать вам клад. Опять же, использую наждачку, удалите покрытие на концах провода. Шаг 7: Настройка эталонной катушки.
Теперь нам нужно настроить частоту опорной катушки в нашей цепи до 100 кГц. Для этого я использовал осциллограф. Также можно для этих целей использовать мультиметр с частотомером. Начните с подключения катушки в цепь. Далее включите питание. Подключите щупу от осциллографа или мультиметра к обоим концам катушки и измерьте ее частоту. Она должна быть менее 100 кГц. Вы можете, при необхождимости, укоротить катушку – это уменьшит ее индуктивность и повысит частоту. Затем новые и новые измерения. Как только я добился частоты менее 100 кГц, моя катушка составила 31 мм в длину. Самая простейшая схема металлоискателя. Нам понадобится: трансформатор с Ш-образными пластинами, батарейка на 4,5 В, резистор, транзистор, конденсатор, наушники. В трансформаторе оставьте только Ш-образные пластины. Намотайте 1000 витков первой обмотки, а после первых 500 витков сделайте отвод проводом ПЭЛ-0,1. Вторую обмотку намотайте 200 витков проводом ПЭЛ-0,2. Закрепите трансформатор на конце штанги. Загерметизируйте его от попадания воды. Включите и приблизьте к земле. Поскольку магнитопровод не замкнут, то при приближении к металлу будут меняться параметры нашей схемы, а в наушниках измениться тональность сигнала. Несложная схема на распространённых элементах. Необходимо транзисторы серии К315Б или К3102, резисторы, конденсаторы, наушники, элемент питания. Номиналы показаны на схеме. Видео: Как правильно сделать металлоискатель (металлодетектор) своими руками
На первом транзисторе собран задающий генератор с частотой 100 ГЦ, а на втором собран поисковый генератор с такой же частотой. В качестве поисковой катушки взял старый пластмассовый ковш диаметром 250 мм, обрезал его и намотал медный провод сечением 0,4 мм2 количеством 50 витков. Собранную схему поместил в небольшую коробочку, загерметизировал и все закрепил на штанге с помощью скотча. Схема с двумя генераторами одинаковой частоты. В режиме ожидания сигнал отсутствует. Если в поле катушки появляется металлический предмет, то меняется частота одного из генераторов и появляется звук в наушниках. Аппарат достаточно универсальный и обладает хорошей чувствительностью. Несложная схема на простых элементах. Необходимо микросхема, конденсаторы, резисторы, наушники, источник питания. Желательно сначала собрать катушку L2, как показано на фото: На одном элементе микросхемы собран задающий генератор с катушкой L1, а катушка L2 используется в цепи поискового генератора. При попадании в зону чувствительности металлических предметов меняется частота поискового контура и меняется звук в наушниках. Ручкой конденсатора С6 можно отстроить лишние шумы. В качестве элемента питания используется батарея напряжением 9В. В завершение могу сказать, что собрать прибор может каждый человек знакомый с основами электротехники и обладающий достаточным терпением, чтобы довести начатое дело до конца. Итак, металлоискатель – это электронный прибор, где есть первичный датчик и вторичный прибор. Роль первичного датчика выполняет, как правило, катушка с намотанным проводом. Работа металлоискателя основана на принципе изменения электромагнитного поля датчика любым металлическим предметом. Созданное датчиком металлоискателя электромагнитное поле вызывает в таких предметах вихревые токи. Эти токи вызывают своё электромагнитное поле, которое изменяет поле, созданное нашим прибором. Вторичный прибор металлоискателя регистрирует эти сигналы и сигнализирует нам о находке металлического предмета. Простейшие металлоискатели изменяют звук сигнализатора при обнаружении искомого предмета. Более современные и дорогие образцы оснащены микропроцессором и жидкокристаллическим дисплеем. Наиболее продвинутые фирмы оснащают свои модели двумя датчиками, что позволяет вести поиск более эффективно. Металлоискатели можно условно разбить на несколько категорий:
К первой категории относятся самые дешёвые модели с минимальным набором функций, но цена у них весьма привлекательна. Наиболее популярные марки в России: IMPERIAL – 500А, FISHER 1212-Х, CLASSIC I SL. Приборы данного сегмента используют схему «приёмник –- передатчик», работающую на сверхнизкой частоте и требуют постоянного перемещения поискового датчика. Вторая категория, это более дорогие агрегаты, имеют несколько сменных датчиков и несколько ручек органов управления. Могут работать в разных режимах. Наиболее распространённые модели: FISHER 1225-X, FISHER 1235-X, GOLDEN SABRE II, CLASSIC III SL. Все остальные приборы следует отнести к профессиональным. Они оснащены микропроцессором, могут работать в динамическом и статическом режимах. Позволяют определять состав металла (предмета) и глубину его залегания. Настройки могут быть автоматические, а можно регулировать их вручную. Для сборки самодельного металлоискателя необходимо заранее приготовить несколько предметов: датчик (катушка с намотанным проводом), штанга-держатель, электронный блок управления. От её качества и размеров зависит чувствительность нашего прибора. Штанга-держатель подбирается по росту человека так, чтобы было удобно работать. На ней закрепляются все элементы конструкции.
F0 = 1000 кГц;
Fп = 50 кГц+11 кГц;
монета 025мм.................... 5 см;
пистолет.............................10 см;
каска.................................20 см.Структурная схема
Рис. 8. Структурная схема металлоискателя на биениях
Принципиальная схема
Рис. 9. Принципиальная электрическая схема металлоискателя на биениях
Рис.10. Принципиальная электрическая схема логарифмического индикатора
Таблица 4. Типы используемых микросхем
Рис. 11. Конструкция металлоискателя на биениях со складывающейся рамкой датчика
Пошаговая инструкция по сборке простого металлоискателя
ШАГ 2.1. Отмеряем приблизительно посередине область на задней стороне радио (выделено красным)
ШАГ 2.2. Вырезаем 2 липучки соответствующего размера, измеренного в шаге 2.1
ШАГ 6. Сворачиваем стороны CD бокса друг к другу, пока не станет слышен характерный громкий сигнал
Инструкция по сборке чувствительного металлоискателя на базе схемы двухконтурного осциллятора
Медная многослойная печатная плата, односторонняя 114,3 мм х 155,6 мм
1 шт.
Резистор 0,125 Вт
1 шт.
Конденсатор, 0.1μF
5 шт.
Конденсатор, 0.01μF
5 шт.
Конденсатор, электролитический 220μF
2 шт.
Обмоточный провод типа ПЭЛ (26 AWG или 0,4 мм в диаметре)
1 ед.
Аудио разъем, 1/8′, моно, крепление на панели, опционально
1 шт.
Наушники, 1/8′ штекер, моно или стерео
1 шт.
Батарея, 9 В
1 шт.
Разъем для привязки 9 В батареи
1 шт.
Потенциометр, 5 кОм, аудио конусности, опционально
1 шт.
Переключатель, однополюсного переключения
1 шт.
Транзистор, NPN, 2N3904
6 шт.
Провод для подключения датчика (22 AWG или сечением – 0,3250 мм 2)
1 ед.
Динамик проводной 4′
1 шт.
Динамик, небольшой 8 Ом
1 шт.
Контргайка, латунь, 1/2′
1 шт.
Резьбовая ПВХ труба соединитель (1/2′ отверстие)
1 шт.
1/4′ деревянный дюбель
1 шт.
3/4′ деревянный дюбель
1 шт.
1/2′ деревянный дюбель
1 шт.
Эпоксидная смола
1 шт.
1/4′ фанера
1 шт.
Столярный клей
1 шт.
Шаг 2.2. Добавляем 2 электролитических конденсатора
Шаг 3.2. Добавляем 5 конденсаторов емкостью 0.01μF
Шаг 3.3. Добавляем 6 резисторов 10 кОМ
Шаг 4.1. Добавляем 3 резистора (один на 2 мОм и два на 39 кОм)
Шаг 4.2. Добавляем 1 резистор на 1 кОм (крайний справа)
Шаг 4.3. Добавляем провода
Шаг 6.1. Вырезаем держатель для катушки
Шаг 6.2 Наматываем 10 витков вокруг паза проводом 0,4 мм в диаметре
Металлоискатель на трансформаторе с Ш-образными пластинами
Принцип работы
Фото: общий вид типового металлоискателя