20 | 09 | 2018
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 3765
Просмотры материалов : 8875059

Коллеги
Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
  • [Google]
Сейчас на сайте:
  • 61 гостей
  • 2 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Металлоискатели PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
02.01.2017 10:53

Металошукачі



Михайло Васильович Адаменко
металошукачі

Від автора

Шановні читачі!

Перш за все, вважаю за необхідне ознайомити вас з наступною інформацією.

Будь-які оцінки і рекомендації, дані в книзі, є особистою думкою автора і не можуть розглядатися як реклама або антиреклама. Посилання на джерела публікованих матеріалів, а також інші відомості даються виключно в інформаційних цілях.

Автор намагався надавати точні і перевірені відомості, однак не може гарантувати повну достовірність наведених в книзі схем, малюнків та інших матеріалів. Вся інформація, викладена в цій книзі, наводиться «як є» (as is) з можливими помилками, без всяких гарантій, виражених прямо або маються на увазі. Тому ні автор, ні видавництво не несуть відповідальність за можливі наслідки, спричинені використанням представлених матеріалів, схем, малюнків та іншої інформації, в тому числі за будь-які прямі або непрямі збитки, що виникли в результаті практичного або теоретичного застосування відомостей, викладених у цій книзі.

Використання схем і малюнків, а також іншої викладеної в даній книзі інформації здійснюється читачем на власні страх і ризик з покладанням на нього відповідальності за всі можливі наслідки, в тому числі за виниклі у нього або у третіх осіб прямі або непрямі збитки.


З повагою та найкращими побажаннями,

М.В. Адаменко

Подяка

Висловлюю глибоку вдячність Валерію Володимировичу Адаменко за всебічну допомогу, надану мені в процесі роботи над цією книгою.

Бажаю моєму дорогому брату, одному з найбільш фанатично захоплених, невтомних і наполегливих з усіх відомих мені шукачів, знайти в цьому житті все ті скарби, які він шукає, а також належним чином оцінити ті скарби, які він вже знайшов. Адже часто найважчим буває не знайти що-небудь, а зберегти те, що тобі даровано.

Передмова

Кожній людині в більшій чи меншій мірі властиво цікавість по відношенню до різних природних і життєвих явищ. Це в рівній мірі стосується як сфери духовного, так і матеріальної. Питання про сенс людського життя, про пошук цього сенсу, а також про вічність і нескінченність так само старі, як і саме людство. Люди мріють і в міру сил і можливостей прагнуть знайти щось в житті. Деяких з нас цікавлять гроші, машини, нерухомість або, наприклад, успіх в бізнесі. Для інших набагато важливіше любов, гармонія, людяність, покликання або внутрішню рівновагу.

Серед допитливих російських умів значну частину складають ентузіасти, весь свій вільний час прямо або побічно присвячують пошуку різних предметів, в тому числі і металевих, а також розробки та виготовлення приладів, що полегшують цю нелегку задачу.

З першими згадками про радіоелектронних приладах, спеціально розроблених для виявлення металевих предметів, розташованих на невеликій глибині під поверхнею землі, автор зіткнувся при вивченні матеріалів про хід бойових дій в початковий період війни між Радянським Союзом і Фінляндією в 1939 році, для багатьох невідомою. Саме тоді при проведенні наступальних операцій частинам Червоної Армії довелося долати великі і практично непрохідні мінні поля не тільки на рівнинних просторах, але і в карельських лісах.

Через кілька днів після початку війни група інженерів отримала державне замовлення на розробку спеціального приладу, за допомогою якого можна було б виявляти міни під невеликим шаром землі або снігу. Слід зазначити, що термін виконання замовлення був дуже обмежений. Однак по затвердилася в ті роки традиції замовлення було виконано достроково і з високою якістю. За деякими даними, з моменту початку робіт до перших вдалих випробувань зразка, призначеного для серійного виробництва, пройшло всього три тижні. Цей прилад і був першим з відомих автору металошукачів. Правда, тоді він мав більш конкретну назву - міношукач.

На жаль, імена фахівців, які створили перший вітчизняний металошукач, автору з'ясувати не вдалося. Однак від цього значення їх наукового і трудового подвигу не стає менше.

З тих пір пройшло багато років. В даний час на озброєнні всіх армій світу знаходяться найрізноманітніші міношукачі. Глобальні зміни зазнала елементна база, значно поповнилася скарбничка теоретичних досліджень, свій внесок в розвиток металошукачів внесла і практика їх повсякденного використання.

Без перебільшення можна стверджувати, що пристрої, за допомогою яких можна відносно легко і швидко виявляти металеві предмети в різних середовищах (грунті, воді, бетоні, дереві, снігу і т. П.) В порівняно широкому діапазоні глибини залягання (від декількох міліметрів до декількох метрів), завжди були і будуть затребувані не тільки у професіоналів. В даному контексті під професіоналами автор має на увазі не тільки представників силових структур, а й будівельників, працівників комунальних служб, а також представників інших професій, яким металошукачі (металодетектори) просто необхідні в повсякденній діяльності. Такі прилади стали невід'ємною частиною екіпірування і будь-якого поважаючого себе шукача скарбів. Особливо слід відзначити, що використання металошукачів учасниками пошукових загонів значно полегшує виконання їх благородної місії на полях минулих битв.

Як завжди, попит народжує пропозицію. Тому на прилавках спеціалізованих магазинів вибір всіляких металошукачів також практично необмежений. Крім цього всі бажаючі можуть зібрати такий пристрій самостійно, скориставшись рекомендаціями, які можна знайти в спеціалізованих виданнях.

Останнім часом на радіоринках продаються всілякі конструктори або набори комплектуючих деталей, придбавши які кожен охочий без особливих зусиль швидко збере найпростіший металодетектор. Пропоновані конструктори відрізняються один від одного не тільки ціною і ступенем складності приладу, який можна виготовити, а й принципом дії, покладеним в основу конкретного пристрою, а також технічними параметрами (в першу чергу чутливістю).

Автор мав задоволення ознайомитися з декількома такими «дитячо-юнацькими» конструкторами, які можна рекомендувати і дорослим. Найчастіше деталі, що входять до складу подібних наборів, дозволяють зібрати металошукачі типу BFO (Beat Frequency Oscillator), в яких оцінюється зміна частоти сигналу биття. При цьому схемотехнічні рішення цих пристроїв досить різноманітні. Однак зустрічаються цікаві конструкції детекторів металевих предметів, в основу функціонування яких покладені і інші принципи (наприклад імпульсні, індукційні, принцип частотоміра і т. Д.).

Слід визнати, що автор завжди підтримував і підтримує ідею продажу наборів, призначених для збирання як металошукачів, так і інших радіоелектронних пристроїв.

У пропонованій увазі читачів книзі розглядаються питання самостійного виготовлення металошукачів, в основу яких покладені найбільш поширені принципи побудови таких приладів. При цьому наводяться конструкції різного ступеня складності, що дозволить всім бажаючим спробувати свої сили, почавши зі збірки порівняно простих пристроїв і поступово переходячи до створення більш складної пошукової апаратури.

Глава 1
Класифікація та види металошукачів

Перед тим як приступити до безпосереднього розгляду схемних рішень і конструкцій металошукачів, автор вважає необходіми1 м привести деякі дуже обмежені відомості про класифікацію та принципи побудови таких пристроїв.

1.1. Класифікація металошукачів

Класифікація сучасних металошукачів, іноді званих детекторами металевих предметів або металодетекторами, зазвичай проводиться з використанням декількох основоположних критеріїв.

Залежно від складності і функціональних можливостей металошукачі можна умовно розділити на прості, напівпрофесійні і професійні. У сучасній літературі найчастіше зустрічаються описи простих, або аматорських, конструкцій, зрідка - напівпрофесійних. З описом деяких професійних приладів, принципами їх побудови, а також з різними методиками проведення пошукових робіт можна ознайомитися поки лише в зарубіжних виданнях.

Крім цього в зарубіжній літературі, наприклад, часто наводиться класифікація електронних детекторів металевих предметів, заснована на оцінці використовуваного сигналу. Залежно від того, який сигнал формується і обробляється в конкретному пристрої, металошукачі умовно поділяються на кілька категорій.

В першу входять прилади, що працюють з безперервним (аналоговим) сигналом в резонансному або частотному режимі. У більшості зустрічалися автору конструкцій цей сигнал мав синусоїдальну форму. Іноді такі пристрої називають металодетекторами групи FD (Frequency Domain).

До другої категорії віднесені прилади, що використовують імпульсний сигнал з подальшою оцінкою зміни його параметрів у часі. Такі детектори металевих предметів іноді називають пристроями групи TD (Time Domain).

В окрему категорію можна виділити різні магнітометри. В основу функціонування таких металодетекторів покладено принцип вимірювання змін магнітного поля під впливом металевих предметів. На жаль, докладний розгляд принципів побудови і особливостей конструкції магнітометрів виходить за рамки цього видання.

Крім цього існує досить велика категорія так званих пристроїв спеціального призначення. Прилади, що входять в цю групу, було б правильно називати не детекторами металевих предметів, а просто детекторами предметів, оскільки в таких пристроях аналізуються аномалії електромагнітного поля Землі, викликані будь-яким знаходяться в грунті предметом, в тому числі і неметалічних. Поява і подальший бурхливий розвиток таких приладів були обумовлені використанням на різних театрах військових дій пластикових (безкорпусних) хв. Слід визнати, що згадані пристрої спеціального призначення досить складні і дороги. Тому докладний розгляд принципів побудови і особливостей конструкції подібних приладів також виходить за рамки цього видання.

Необхідно відзначити, що в деяких джерелах можна зустріти класифікацію металодетекторів, що проводиться на основі оцінки діапазону частот, в якому працює даний пристрій. Так, наприклад, прилади, що позначаються скороченням VLF (Very Low Frequency) працюють в діапазоні частот від 3 до 30 кГц. Пристрої, що використовують частоти від 30 до 300 кГц, позначаються скороченням LF (Low Frequency). Для детекторів, що працюють на частотах від 300 кГц до 3 МГц, застосовують скорочення MF (Medium Frequency), а для приладів з робочою частотою в діапазоні від 3 до 30 МГц - скорочення HF (High Frequency).

Існують і інші системи класифікації детекторів металевих предметів. Однак при розгляді окремих конструкцій автор намагався в пропонованій книзі дотримуватися наведених вище критеріїв.

1.1.1. Металошукачі категорії FD (Frequency Domain)

Більшість відомих автору конструкцій металошукачів належать до приладів категорії FD (Frequency Domain) і використовують принцип оцінки зміни електричного поля під впливом металевого предмета. Загальною ознакою таких пристроїв є активна котушка, що формує електричне поле. Втім, з цього правила є і виключення: детектори металевих предметів, що працюють за принципом «передача-прийом». У них використовуються дві котушки: передавальна і приймальна.

Окремі конструкції металодетекторів групи FD відрізняються способом аналізу зміни параметрів поля під впливом близько розташованих металевих предметів, а також критеріями оцінки цих змін.

Серед приладів категорії FD найбільш поширеними, завдяки простоті схемотехнік, є детектори металевих предметів, в основу яких покладено принцип вимірювання частоти биття, що виникають при складанні двох близьких по частоті сигналів. У спеціалізованій літературі такі пристрої часто називають металошукачами BFO (Beat Frequency Oscillator). Необхідно визнати, що при пошуку металів зі слабкими феромагнітними властивостями, наприклад таких, як мідь, олово або срібло, металошукачі BFO володіють меншою чутливістю в порівнянні з приладами, робота яких заснована на інших принципах.

Металодетектори, в яких використовується принцип вимірювання девіації частоти опорного генератора під впливом металевих предметів, які потрапили в зону дії пошукової котушки, можна виділити в групу пристроїв, званих металошукачами на основі частотоміра. У спеціалізованій літературі такі прилади іноді позначають скороченням FM (Frequency Meter). Можна стверджувати, що в даний час, у зв'язку з розвитком елементної бази, пристрої такого типу переживають друге народження.

У спеціальній літературі іноді наводяться схеми детекторів металевих предметів, в основу яких покладено так званий внерезонансний або околорезонансний принцип. У цих пристроях зміна частоти і амплітуди вимірювального генератора аналізується за допомогою фільтра, налаштованого на околорезонансную частоту, т. Е. На спаді його характеристики. Такі прилади часто позначають скороченням OR (Off Resonance).

Окрему групу становлять мостові детектори металевих предметів. Особливість схеми таких приладів полягає в тому, що вимірювальна (пошукова) котушка включається в одне з плечей вимірювального моста (на резонансної або околорезонансной частоті). При цьому оцінюється зміна напруги на діагоналі реактивного опору.

Останнім часом значно підвищився інтерес до детекторам металевих предметів, функціонування яких засноване на так званому принципі «передача-прийом». Слід врахувати, що в широкому сенсі до металошукачів, що використовують принцип «передача-прийом», відносяться не тільки пристрої, що працюють з безперервним сигналом (категорії FD), але і прилади, що використовують імпульсний сигнал (категорії TD). Головна відмінність цих двох груп металодетекторів полягає не тільки в формі використовуваного сигналу. Пристрої, що працюють з синусоїдальним сигналом, оснащені двома котушками - передавальної і приймальні. При цьому система котушок збалансована до нульової взаємної індукції. Тому часто такі прилади називають балансними металодетекторами. У зарубіжній літературі ці металошукачі зазвичай позначають скороченням TR-IB (Transmitter Receiver - Induction Balance) або просто TR. У пристроях типу TR-IB в процесі пошуку на приймаючу котушку надходить сигнал, ініційований вихровими струмами, що виникають в металевому предметі під впливом передавального сигналу. Аналіз параметрів прийнятого сигналу (наприклад амплітуда і зсув фази) і є джерелом інформації про наявність і особливості металевих предметів, виявлених в зоні роботи приладу.

Існують і інші групи металошукачів категорії FD. Однак обмежений обсяг даного видання не дозволяє докладно розглянути принципи їх функціонування. З особливостями побудови і роботи таких пристроїв можна ознайомитися в спеціалізованій літературі.

1.1.2. Металошукачі категорії TD (Time Domain)

Серед детекторів металевих предметів, які використовують імпульсний сигнал з подальшою оцінкою його зміни в часі і належать до порівняно нової категорії TD (Time Domain), також можна виділити кілька базових груп.

До першої відносяться так звані радіолокаційні металошукачі. У таких пристроях оцінюються параметри мікрохвильового сигналу, відбитого від металевого предмета. При цьому амплітуда відбитого сигналу залежить не тільки від розмірів предмета, а й від провідності матеріалу. Крім амплітуди аналізується і затримка відбитого сигналу, що несе інформацію про глибину залягання металевого предмета.

Другу групу металодетекторів категорії TD становлять пристрої, в яких в якості випромінюваного сигналу також використовується імпульсний сигнал. Однак тривалість цих імпульсів значно більше, ніж в радіолокаційних металошукачі. При цьому забезпечується збудження в металевому предметі вихрових струмів, інформація про яких аналізується в відповідних каскадах. Такі прилади іноді позначають скороченням TR-PI (Transmitter Receiver - Puis Induction) або просто PI.

Слід зазначити, що в основу функціонування всіх розглянутих вище пристроїв цієї категорії покладено принцип «передача - прийом». Однак основне конструктивне відміну, наприклад, металодетекторів типу TR-PI від пристроїв типу TR-IB полягає в тому, що в імпульсних приладах як приймальної і передавальної може використовуватися одна і та ж котушка.

1.2. Принципи побудови металошукачів

При першій же спробі провести класифікацію детекторів металевих предметів можна зробити безпомилковий висновок про те, що в даний час існує досить значне число базових принципів, заснованих на різних фізичних явищах, покладених в основу найрізноманітніших конструкцій.

Слід зазначити, що останнім часом у зв'язку з розвитком елементної бази з'явилася можливість практичної реалізації ідей, втілення яких раніше вважалося малоймовірним.

У зв'язку з обмеженим обсягом даної книги далі будуть розглянуті лише деякі з найбільш популярних видів металошукачів.

1.2.1. Металошукачі FM (Frequency Meter)

Одним з перших можливих варіантів побудови детектора металевих предметів, який може прийти в голову будь-якій людині, хоча б трохи знайомому з основами електротехніки, можна вважати пристрій, в основі якого лежить зміна частоти генератора під впливом металевого предмета.

Зі шкільних підручників фізики відомо, що частота сигналу, що генерується в контурі, утвореному паралельно включеними котушкою L і конденсатором С, залежить від індуктивності котушки і ємності конденсатора. При зміні хоча б одного з цих параметрів зміниться резонансна частота контуру, що призведе до відповідної зміни і частоти генерації. Найлегше можна змінити індуктивність котушки. Для цього досить, наприклад, помістити поблизу неї предмет з відповідного металу. Дане фізичне явище і покладено в основу конструкції детекторів металевих предметів, які працюють за принципом зміни частоти (рис. 1.1). У спеціалізованій літературі такі пристрої часто називають металошукачами FM (Frequency Meter).

Мал. 1.1. Спрощена блок-схема металошукача, що працює за принципом частотоміра


Незважаючи на те, що про вплив металевих предметів, які розміщені в зону порушуваного котушкою поля, на резонансну частоту контуру давно відомо, практична реалізація таких приладів до недавнього часу була досить складною. Причина полягала в тому, що оцінювати зміна частоти контуру на слух просто не представлялося можливим.

В даний час для аналізу і оцінки змін девіації частоти використовуються мікропроцесори, що функціонують під управлінням спеціальних програм.

При появі металевого предмета в зоні порушуваного вимірювальної котушкою електромагнітного поля резонансна частота контуру опорного генератора змінюється. Ця зміна оцінюється частотоміром, основу якого складає мікроконтролер. Величина девіації частоти, а також її знак залежать не тільки від глибини залягання і величини предмета, а й від виду металу, з якого він виготовлений. Оброблені дані надходять на блок індикації, в складі якого часто використовується лінійка світлодіодів.

Слід зазначити, що металошукачі FM мають більшу чутливість у порівнянні, наприклад, з металодетекторами BFO.

1.2.2. Металошукачі BFO (Beat Frequency Oscillator)

Завдяки простоті схемотехнік використовують принцип биття металошукачі типу BFO (Beat Frequency Oscillator) набули широкого поширення. В основу цих пристроїв покладено явище формування биття, що виникають при змішуванні двох близьких по частоті сигналів (рис. 1.2).

Мал. 1.2. Спрощена блок-схема металошукача, що працює за принципом биття


У металодетектори BFO використовуються два генератора, налаштованих на одну і ту ж частоту. При цьому частота опорного (еталонного, зразкового) генератора незмінна. Котушка контуру вимірювального генератора одночасно є пошукової або вимірювальної котушкою.

Коли в зоні порушуваного пошукової котушкою електромагнітного поля з'являється металевий предмет, частота вимірювального генератора змінюється. Сигнал зміненої частоти подається на змішувач, де змішується з сигналом опорної частоти. В результаті на виході змішувача виділяється сигнал з частотою биття, який надходить на блок індикації.

Як індикатор в металошукача на биття зазвичай використовуються акустичні пристрої, проте зустрічаються конструкції з стрілочними і світлодіодними індикаторами. При використанні акустичних індикаторів зі зміни знака биття досить просто визначити, з якого металу, кольорового або чорного, виготовлений предмет, що знаходиться в зоні дії приладу.

Необхідно відзначити, що частота биття в металодетекторів BFO лежить в низькочастотному діапазоні, ближче до нижньої межі звукового сприйняття людського вуха. Це дозволяє значно спростити конструкцію блоку індикації, оскільки биття частот головного (вимірювального, пошукового) і допоміжного (опорного) генератора можна аналізувати на слух. Однак чутливість металошукачів, які працюють за принципом биття, залишає бажати кращого. Проте характеристики цих приладів цілком задовольнять невибагливих користувачів.

1.2.3. Металошукачі OR (Off Resonance)

Цікаві схемотехнічні рішення можна зустріти при розгляді конструкцій металодетекторів, в основу роботи яких покладено принцип оцінки зміни амплітуди сигналу на котушці контуру, резонансна частота якого близька до частоти подається на нього сигналу опорного генератора. Головним достоїнством таких пристроїв, іноді позначаються скороченням OR (Off Resonance), є простота і надійність (рис. 1.3).

Мал. 1.3. Спрощена блок-схема металошукача, що працює на околорезонансной частоті


Вимірювальна котушка є складовою частиною коливального контуру, резонансна частота якого незначно відрізняється від частоти опорного генератора. При появі металевого предмета в зоні електромагнітного поля, що збуджується вимірювальної котушкою, резонансна частота цього контуру змінюється. Залежно від того, який метал виявився в зоні дії даного пристрою (кольоровий або чорний), частота контуру або збільшується, або зменшується. При цьому відбуваються відповідні зміни амплітуди коливань опорного генератора, які оцінюються аналізатором. В результаті аналізатор формує керуючий сигнал для блоку індикації.

1.2.4. Металошукачі TR-IB (Transmitter Receiver - Induction Balance)

Як уже зазначалося, останнім часом особливою популярністю користуються металошукачі TR-IB (Transmitter Receiver - Induction Balance), або просто TR, в основу яких покладено принцип «прийом-передача» (рис. 1.4). У таких пристроях, званих балансними металодетекторами, система котушок збалансована до нульової взаємної індукції.

Мал. 1.4. Спрощена блок-схема металошукача, що працює за принципом «передача - прийом»


Головна особливість пристроїв TR-IB полягає в тому, що на приймальню котушку надходить не відбитий сигнал передавача, а сигнал, джерелом якого є вихрові струми, порушувані на поверхні металевого предмета.

Передавальний сигнал, що формується опорним генератором, надходить на передавач і далі - на передавальну котушку. При появі металевого предмета в зоні випромінювання передавальної котушки на його поверхні під впливом сигналу VLF ініціюються вихрові або поверхневі струми. Ці струми є джерелом вторинного сигналу, який приймається приймальною котушкою металодетектора. З виходу приймача сигнал подається на аналізатор, де відбувається оцінка його параметрів. На основі проведеного аналізу формується відповідний сигнал для блоку індикації.

Слід зазначити, що головними достоїнствами таких металошукачів є висока чутливість, можливість відбудови не тільки від фону грунту, але і від різного сміття. І, звичайно ж, такі пристрої дозволяють визначати вид металу. Головним же недоліком балансних металодетекторів слід вважати труднощі, що виникають при виготовленні і балансуванню системи котушок.

1.2.5. радіолокаційні металошукачі

Останні досягнення в області теоретичних розробок і практичного застосування мікрохвильової техніки, а також розвиток елементної бази (в тому числі мікропроцесорної техніки) дозволяють очікувати, що в найближчому майбутньому з'являться конструкції детекторів металевих предметів, в яких буде використаний принцип радіолокації. Інтерес до пристроїв, в яких використовується радіолокаційний принцип, пояснюється тим, що дальність дії таких металошукачів незрівнянно вище, ніж у детекторів інших типів.

В даний час в різних джерелах можна зустріти досить оригінальні схемотехнічні рішення таких металошукачів. Однак їх практична реалізація поки досить скрутна.

Основою побудови таких пристроїв є принцип, який використовується в радіолокації (рис. 1.5). Як і в радіолокаторах, інформація про наявність в зоні дії приладу будь-якого об'єкта (дальність, розміри і т. П.) Оцінюється після обробки параметрів імпульсного сигналу, відбитого від цього об'єкта.

Мал. 1.5. Спрощена блок-схема радіолокаційного металошукача


Імпульсний сигнал, сформований генератором імпульсів, модулює сигнал передавача, який випромінюється антеною. Після досягнення об'єкта переданий сигнал відбивається від нього. Відбитий сигнал приймається антеною, а потім через антенний перемикач і приймач подається на аналізатор. На каскади аналізатора також подається сигнал, що формується імпульсним генератором.

Обидва надійшли на аналізатор сигналу порівнюються, після чого проводиться оцінка відмінностей з подальшим формуванням даних для блоку індикації. При цьому інформація про відстані до виявленого об'єкту формується після оцінки часу затримки відбитого сигналу, а відомості про величину об'єкта - по амплітуді цього сигналу.

1.2.6. Імпульсні металошукачі PI (Puls Induction)

Як і радіолокаційні металошукачі, імпульсні металодетектори відносяться до пристроїв категорії TD (Time Domain), що використовують імпульсний сигнал (рис. 1.6). При цьому частота проходження імпульсів, що формуються в цих пристроях, становить від кількох десятків до кількох сотень герц.

Мал. 1.6. Спрощена блок-схема імпульсного металошукача


В імпульсних металодетекторів типу PI (Puls Induction) для оцінки наявності металевих предметів в зоні пошуку використовується явище виникнення вихрових поверхневих струмів в металевому предметі під впливом зовнішнього електромагнітного поля. Однак на відміну від розглянутих раніше пристроїв типу TR-IB в імпульсних металошукачі аналізується сигнал, що формується в металі після впливи не безперервного, а імпульсного сигналу.

Імпульсний сигнал, що формується генератором імпульсів, посилюється і надходить на передавальну котушку, в якій відповідно ініціюється змінне електромагнітне поле. При появі металевого предмета в зоні дії цього поля на його поверхні періодично, під впливом імпульсного сигналу, виникають вихрові струми. Ці струми і є джерелом вторинного сигналу, який приймається приймальною котушкою, посилюється і подається на аналізатор. Необхідно відзначити, що завдяки явищу самоіндукції тривалість вторинного сигналу буде більше, ніж тривалість излученного передавальної котушкою імпульсу. При цьому параметри заднього фронту вторинного імпульсного сигналу і використовуються для аналізу з подальшим формуванням даних для блоку індикації.

Неважко припустити, що при наявності спеціального розв'язує пристрої або комутатора в імпульсних металошукачі замість передавальної і приймальні котушок можна було б використовувати всього одну котушку, яка по черзі застосовувалася б для передачі і прийому сигналів (рис. 1.7).

Мал. 1.7. Спрощена блок-схема імпульсного металошукача з однією котушкою


Основними достоїнствами імпульсних металошукачів є порівняно висока чутливість, а також простота конструкції котушок. Однак схемотехнічні рішення окремих блоків (наприклад генератора імпульсів, комутатора, аналізатора) поки відрізняються значною складністю. Крім усього іншого в таких приладах використовуються мікропроцесори з відповідним програмним забезпеченням. Програмування мікропроцесорів також вимагає відповідного обладнання і навичок. Тому зібрати подібну конструкцію зможуть лише підготовлені радіоаматори.

глава 2
Металошукачі на транзисторах

Перш ніж приступати до будівництва складних металошукачів, початківці радіоаматори можуть спробувати свої сили в повторенні пристроїв, в яких використовуються транзистори. Транзисторні металодетектори прості в налаштуванні, надійні в роботі і показують прийнятні результати в польових умовах. У різних джерелах можна знайти безліч оригінальних конструкцій порівняно простих металошукачів, виконаних на транзисторах. Однак обмежений обсяг даного видання не дозволяє розглянути всі заслуговують на увагу схемотехнічні рішення, що використовуються при створенні таких пристроїв. До того ж при роботі над цією книгою така мета і не ставилася. Тому зацікавленим читачам автор рекомендує звернутися до спеціалізованої літератури, а також до джерел в мережі Internet.

2.1. Простий транзисторний металошукач

Схема, яка послужила відправною точкою для побудови простого транзисторного металошукача, потрапила автору на очі всього за кілька місяців до того, як було розпочато роботу над цією книгою. Слід визнати, що автор вже багато років не займався будівництвом транзисторних пристроїв, віддаючи перевагу апаратурі на мікросхемах. Однак в даному випадку вирішив спробувати повторити і, по можливості, удосконалити цю конструкцію.

Результат цілком виправдав витрачений час. Звичайно, від цього приладу не слід очікувати якихось чудес. Однак, незважаючи на те, що схема пропонованого металошукача і конструкція пошукової котушки дуже прості, чутливість даного пристрою цілком достатня для виявлення невеликих металевих предметів. До того ж при наявності деяких навичок з великим ступенем ймовірності можна визначити, з якого металу (магнітного або немагнітного) виготовлений виявлений предмет.

Принципова схема

Пропонована конструкція (рис. 2.1) являє собою один з численних варіантів металодетекторів типу BFO (Beat Frequency Oscillator), тобто є пристроєм, в основу якого покладено принцип аналізу биття, що виникають при змішуванні двох сигналів близьких частот.

Мал. 2.1. Принципова схема простого транзисторного металошукача


У конструкції приладу використані два простих LC-генератора, виконані на транзисторах Т1 і Т3. Робоча частота цих генераторів визначається параметрами контурів, включених в колекторні ланцюга відповідних транзисторів. Контур першого генератора, який є опорним, утворений конденсатором С1 ємністю 330 пФ і котушкою L1. У контурі другого, вимірювального, генератора використовуються конденсатор змінної ємності С7 з максимальним обсягом - 300 пФ і пошукова котушка L2.

Виходи генераторів через резистори R1, R5 і конденсатор С4 підключені до бази транзистора Т2, який підсилює сигнал частоти биття. З колектора транзистора Т2 посилений сигнал подається на головні телефони BF1. Рівень гучності цього сигналу регулюється за допомогою змінного резистора R6.

Оскільки робочі частоти генераторів знаходяться в діапазоні середніх хвиль, їх сигнали в телефонах не чути. Коли вдається домогтися точного налаштування кожного генератора на одну і ту ж частоту, звуковий сигнал в телефонах також буде відсутній. Якщо ж за допомогою конденсатора С7 налаштувати вимірювальний генератор на майже ту ж частоту, що і опорний генератор, то в телефонах буде чути сигнал частоти биття. При відсутності в зоні дії пошукової котушки L2 металевих предметів робоча частота вимірювального генератора залишається незмінною, тому незмінною буде і частота биття. В цьому режимі можливі девіації частот можуть бути обумовлені лише нестабільною роботою обох генераторів.

При появі в зоні дії пошукової котушки L2 металевого предмета резонансна частота контуру L2C7 зміниться. В результаті зміняться робоча частота вимірювального генератора і, як наслідок, частота сигналу биття. Саме ці зміни служать джерелом інформації про виявлення металевого предмета.

Харчування простого транзисторного металошукача здійснюється від джерела В1 напругою 9 В.

Деталі та конструкція

Всі деталі простого транзисторного металошукача, за винятком пошукової котушки L2, конденсатора C7, резистора R6, роз'ємів Х1 і Х2 і вимикача S1, розташовані на друкованій платі розмірами 100x50 мм (рис. 2.2), виготовленої з одностороннього фольгованого гетинаксу або текстоліту.

Мал. 2.2. Друкована плата (а) і розташування елементів (б) простого транзисторного металошукача


До деталей, що застосовуються в цьому пристрої, не пред'являються будь-які особливі вимоги. Природно, рекомендується використовувати будь-які малогабаритні конденсатори і резистори, які без проблем можна розмістити на друкованій платі.

Котушка L1 опорного генератора намотана проводом ПЕЛ діаметром 0,1-0,2 мм на осерді діаметром 8 мм і містить 100 витків. Котушку L1 можна намотати на феритових сердечнику або на паперовій трубці без сердечника. Як конденсатора С7 можна використовувати будь-який конденсатор змінної ємності з повітряним діелектриком з максимальним обсягом приблизно 300 пФ, наприклад конденсатор настройки від будь-якого старого радіоприймача.

Друкована плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому зручному пластмасовому або дерев'яному корпусі. На кришці корпусу встановлюються конденсатор настройки C7, регулятор гучності R6, вимикач S1, а також роз'єми Х1 і Х2 для підключення відповідно пошукової котушки L2 і головних телефонів BF1.

Для виготовлення пошукової котушки L2 (рис. 2.3) буде потрібно вирізати коло діаметром 100 мм з фанери або іншого матеріалу (гетинакс, текстоліту) товщиною 1,5-2,5 мм. Коло слід розбити на сектори з кутом 40 ° і в цих місцях зробити прорізи до центру на відстань 20 мм від краю. У прорізи треба протягнути дріт діаметром 0,2-0,3 мм (наприклад марки ПЕЛ) і виток до витка намотати 30 витків. До виготовленої таким чином пошукової котушці можна приробити зручну ручку. Підключення котушки L2 до друкованої плати здійснюється через малогабаритний роз'єм.

Мал. 2.3. Конструкція пошукової котушки L2


Як джерело живлення В1 можна використовувати, наприклад, батарейку «Крона» або дві батарейки 3336Л, з'єднані послідовно.

налагодження

При використанні справних деталей правильно зібраний металошукач починає працювати практично відразу. Налаштування приладу слід проводити в умовах, коли якийсь металевий предмет віддалені від пошукової котушки L2 на відстань не менше 1,5 м.

Оскільки в даному розділі мова йде про просту конструкцію, то в телефонах при першому включенні будуть чутні сигнали різних гармонік. Тому, налаштовуючи прилад, слід вибрати найбільш сильний сигнал за допомогою конденсатора С7 і відрегулювати його гучність регулятором R6. Вибір найбільш сильною гармоніки можна здійснити на слух або з використанням осцилографа або частотоміра.

На цьому процес настройки простого транзисторного металошукача закінчується.

Порядок роботи

При практичному використанні розглянутого металошукача слід конденсатором С7 провести додаткову підстроювання на сигнал найбільш сильною гармоніки і відрегулювати його гучність за допомогою регулятора R6.

Якщо тепер в зоні дії пошукової котушки L2 виявиться якийсь металевий предмет, то висота тону в телефонах зміниться. При наближенні до одних металів частота сигналу биття буде збільшуватися, а при наближенні до інших - зменшуватися. За зміною тону сигналу биття, маючи певний досвід, можна легко визначити, з якого металу, магнітного або немагнітного, виготовлений виявлений предмет.

2.2. Простий металошукач на двох транзисторах

Без сумніву, багатьох початківців радіоаматорів зацікавить конструкція простого металошукача, основою для якого послужила схема, неодноразово публікувалася в вітчизняних та зарубіжних спеціалізованих виданнях в середині 70-х років минулого століття. За допомогою цього металодетектора, виконаного за все на двох транзисторах, можна виявляти металеві предмети, вилучені від пошукової котушки на кілька десятків сантиметрів.

Принципова схема

Дана конструкція являє собою один з варіантів металодетекторів типу FM (Frequency Meter), тобто є пристроєм, в основу якого покладено принцип вимірювання девіації частоти опорного генератора під впливом металевих предметів, які потрапили в зону дії пошукової котушки. При цьому оцінка зміни частоти здійснюється на слух (рис. 2.4).

Мал.2.4. Принципова схема простого металошукача на двох транзисторах


Основу схеми приладу складають генератор високої частоти і приймач, який реєструє зміни частоти генератора при наближенні до металевих предметів.

Генератор високої частоти зібраний на транзисторі Т1 за схемою ємнісний трехточкі. Коливальний контур опорного генератора складається з ланцюжка послідовно включених конденсаторів С1, С2 і С3, до яких підключена котушка L1. Робоча частота ВЧ-генератора визначається індуктивністю цієї котушки, яка одночасно є пошуковою котушкою.

Однією з особливостей даного пристрою можна вважати те, що в якості аналізатора в ньому використовується приймач гетеродинного типу, який виконаний всього на одному транзисторі. При цьому каскад на транзисторі Т2 поєднує функції гетеродина і детектора. Гетеродин зібраний по схемі ємнісний трехточкі. Перевагою такої схеми є можливість використання котушки індуктивності без відводів, що хоч і незначно, але спрощує конструкцію. Коливальний контур гетеродина містить котушку індуктивності L2 і ємність, складену з послідовно з'єднаних конденсаторів С4, С5 і С6. Частоту гетеродина можна змінювати, обертаючи підлаштування сердечник котушки L2.

З колектора транзистора Т2 Продетектірованний сигнал подається на головні телефони BF1.

Якщо поблизу котушки L1 виявиться металевий предмет, то її індуктивність зміниться. Це призведе до зміни частоти опорного генератора, що буде відразу зареєстровано приймачем металошукача. В результаті тональність сигналу в телефонах BF1 зміниться.

Деталі та конструкція

Всі деталі простого металошукача на двох транзисторах за винятком пошукової котушки L1, котушки гетеродина L2, роз'єму Х1 і вимикача S1 ​​розташовані на друкованій платі розмірами 70х40 мм (рис. 2.5), виготовленої з одностороннього фольгованого гетинаксу або текстоліту.

Мал. 2.5. Друкована плата (а) і розташування елементів (б) простого металошукача на двох транзисторах


До деталей, що застосовуються в цьому пристрої, не пред'являються будь-які особливі вимоги. Бажано використовувати будь-які малогабаритні конденсатори і резистори, які без проблем можна розмістити на друкованій платі. Як видно з принципової схеми, в цьому металодетектори застосовуються застарілі ВЧ-транзистори типу П422, П401 або П402. Замість них можна використовувати будь-які сучасні ВЧ-транзистори провідності pnp, призначені для роботи у вхідних каскадах радіоприймачів.

Пошукова котушка L1, яка використовується в опорному генераторі, являє собою прямокутну рамку розмірами 175х230 мм, на яку намотано 32 витка проводу ПЕВ-2 діаметром 0,35 мм або, наприклад, ПЕЛШО діаметром 0,37 мм.

У двох паперових циліндричних каркасах розміщені відрізки ферритового стрижня типу 400НН або 600НН діаметром 7 мм. Довжина першого з них, закріпленого постійно, становить близько 20-22 мм. Другий стрижень рухливий і використовується для регулювання індуктивності котушки. Його довжина становить 35-40 мм. Каркаси стрижнів обгорнуті паперовою стрічкою, на яку намотуються 55 витків дроту ПЕЛШО діаметром 0,2 мм. Також можна використовувати провід типу ПЕВ-1 або ПЗВ-2.

Котушку L2 (рис. 2.6) слід встановити на відстані 5-7 мм від площини розташування витків котушки L1.

Мал. 2.6. Конструкція котушки L2


Як джерело звукових сигналів можна використовувати головні телефони з опором 800-1200 Ом. Підійдуть і широко відомі телефони ТОН-1 або ТОН-2, однак при їх застосуванні обидва капсуля потрібно включити не послідовно, а паралельно, тобто підключити плюс одного капсуля до плюса іншого, а мінус - до мінуса. При цьому загальний опір телефонів має скласти приблизно 1000 Ом.

Харчування простого металошукача на двох транзисторах здійснюється від джерела В1 напругою 4,5 В. В якості такого джерела можна використовувати, наприклад, так звану квадратну батарейку типу 3336Л або три елементи типу 316, 343, з'єднані послідовно.

Друкована плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому зручному пластмасовому або дерев'яному корпусі. На кришці корпусу встановлюються вимикач S1 і роз'єм Х1 для підключення головних телефонів BF1.

Котушки L1 і L2 з'єднуються з платою гнучким багатожильним ізольованим проводом.

налагодження

Налаштування металошукача слід проводити в умовах, коли якийсь металевий предмет віддалені від пошукової котушки L1 на відстань не менше 1,5 м.

Після включення живлення слід перевірити напруги на емітера транзисторів. На емітер транзистора Т1 має бути напруга -2,1 В, а на емітер транзистора Т2 - близько -1 В.

Далі, повільно переміщуючи підлаштування сердечник котушки L2, необхідно домогтися появи в телефонах гучного чистого сигналу низької частоти. Якщо спочатку генератор налаштований, наприклад, на частоту 465 кГц, то в телефонах буде прослуховуватися сигнал частотою близько 500 Гц.

При наближенні котушки L1 до металевого предмету, в якості якого в процесі настройки може використовуватися, наприклад, консервна банка, тон звучання низькочастотного сигналу в головних телефонах буде змінюватися. Початок зміни тону сигналу необхідно хоча б приблизно зафіксувати. Після цього, переміщаючи сердечник котушки L2 для більш точного підстроювання частоти гетеродина, слід домогтися найбільшої чутливості пристрою.

На цьому процес настройки простого металодетектора на двох транзисторах закінчується.

Порядок роботи

Проведення пошукових робіт за допомогою даного приладу не має будь-яких особливостей. Якщо в зоні дії пошукової котушки L1 виявиться металевий предмет, то висота тону в головних телефонах зміниться. При наближенні до одних металів частота сигналу буде збільшуватися, а при наближенні до інших - зменшуватися. За зміною тону сигналу биття, маючи певний досвід, можна легко визначити, з якого металу, кольорового або так званого чорного, виготовлений виявлений предмет.

2.3. Металошукач з стрілочним індикатором

Особливістю пропонованого металошукача є цікаве схемотехнічне рішення аналізатора і індикатора. При цьому в якості індикатора використовується стрілочний прилад.

Слід зазначити, що даний металодетектор має порівняно високу чутливість. Крім цього у напрямку відхилення стрілки індикатора можна визначити і вид металу (кольоровий або чорний), з якого виготовлений виявлений предмет.

Принципова схема

Металодетектор (рис. 2.7) складається з двох генераторів, схеми індикації і стабілізатора напруги живлення.

Мал. 2.7. Принципова схема металошукача з стрілочним індикатором


На транзисторах Т1 і Т2 зібраний вимірювальний генератор, частота коливань якого залежить від параметрів контуру, утвореного котушкою L2, а також паралельно включеними конденсаторами C1 і C2. Опорний генератор зібраний на транзисторах Т3 і Т4 за аналогічною схемою. Частота коливань цього генератора визначається параметрами контуру, виконаного на елементах L3, C4 і C5.

Схема, що аналізує появу девіації (відхилення) частоти сигналу вимірювального генератора в порівнянні з частотою сигналу опорного генератора, містить вимірювальну ланцюг, яка складається з стрілочного індикатора PA1 з нульовою відміткою посередині шкали, конденсатора C6 і діодів D1-D4. У цьому ж ланцюзі оцінюється знак девіації частоти. Коливання опорного генератора подаються в вимірювальну ланцюг через котушку зв'язку L4, а сигнал від вимірювального генератора - через котушку зв'язку L1. При цьому вся ланцюг збалансована так, що при збігу частот коливань обох генераторів стрілка індикатора PA1 буде перебувати на нульовому діленні шкали приладу.

При появі в зоні дії пошукової котушки L2 металевого предмета резонансна частота контуру L2С1С2 зміниться. Це призведе до зміни робочої частоти вимірювального генератора і, як наслідок, до відхилення стрілки індикатора PA1. Відхилення стрілки і служить джерелом інформації про виявлення металевого предмета. Кут відхилення стрілки індикатора PA1 залежить від габаритів предмета і відстані від нього до вимірювальної котушки.

Коли поблизу вимірювальної котушки L2 виявиться предмет з чорного металу, робоча частота вимірювального генератора, виконаного на транзисторах Т1 і Т2, зменшиться, і стрілка індикатора відхилиться в одну сторону. Якщо ж предмет виготовлений з кольорового металу (наприклад з латуні), частота генератора збільшиться, при цьому стрілка індикатора відхилиться в інший бік.

Напрямок відхилення стрілки залежить від полярності підключення індикатора РА1, на шкалу якого після проведення калібрування можна нанести відповідні написи.

Напругу живлення 12 В подається на вимірювальний і опорний генератори від джерела В1 через стабілізатор напруги, зібраний на стабілітроні D5 і транзисторі Т5.

Деталі та конструкція

Для виготовлення даного металошукача можна використовувати будь-яку макетну плату. Тому до використовуваних деталей не пред'являються будь-які обмеження, пов'язані з габаритними розмірами. Монтаж може бути як навісний, так і друкований.

Резистори можуть бути, наприклад, типу МЛТ-0,5, конденсатори С1, С2, С4, С5, С7 - типу КМ або КЛС. В якості ємностей С3 і С6 можна використовувати будь-які металопаперові конденсатори, наприклад типу МБМ або БМТ. Конденсатори С8, С9 можна замінити на будь-які електролітичні, наприклад типу К50-6, транзистори КТ603Г - іншими транзисторами цієї серії або транзисторами серії КТ315 з коефіцієнтом передачі струму не менше 60, транзистор МП42А - будь-яким із серій МП39 - МП42 або КТ361, діоди Д9Б - іншими діодами цієї серії. Як індикатор PA1 рекомендується застосувати стрілочний прилад типу М24 зі струмом повного відхилення стрілки 100 мкА і нулем посередині шкали.

Котушки L1 і L2 розміщені на каркасі (рис. 2.8), виготовленому з склотекстоліти або будь-якого іншого ізоляційного матеріалу.

Мал. 2.8. Конструкція каркаса котушок L1 і L2


Котушка L1 містить 20 витків, а L2 - 60 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,31 мм, намотаних виток до витка. Котушки захищені електростатичний екран, який представляє собою незамкнуту стрічку з латуні, намотану на поверхню каркаса. Щілина між початком і кінцем намотування стрічки повинна становити не менше 10 мм.

При виготовленні котушок особливо треба стежити за тим, щоб не сталося замикання кінців стрічки, оскільки в цьому випадку утворюється короткозамкнений виток.

Котушка L3 містить 160 витків, а L4 - 50 витків дроту ПЕЛШО діаметром 0,12 мм, намотаних внавал на каркас діаметром 7,5 мм. Усередині каркаса встановлюється підлаштування сердечник діаметром 2,5 мм і довжиною 12 мм, виконаний з фериту 600НН. Каркас з котушками L3 і L4 поміщається в електростатичний екран з отвором навпроти підлаштування сердечника. Екран повинен бути заземлений.

Плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому зручному пластмасовому або дерев'яному корпусі. На кришці корпусу встановлюються індикатор PA1, вимикач S1, а також роз'єм Х1 для підключення котушок L1 і L2. Ці елементи з'єднуються з платою гнучким багатожильним проводом.

Каркас з котушками L1 і L2 розміщується на кінці будь-якій зручній ручки. При цьому висновки котушок з'єднуються з відповідною частиною роз'єму Х1 гнучким багатожильним екранованим проводом.

Як джерело живлення В1 можна використовувати, наприклад, три батарейки 3336Л, з'єднані послідовно, або акумуляторну батарею.

налагодження

Перед налаштуванням прилад слід розташувати так, щоб пошукова котушка L2 перебувала на відстані не менше 1,5 м від металевих предметів.

До котушці L1 необхідно підключити осцилограф і, підбираючи величини ємностей конденсаторів С1, С2, встановити частоту вимірювального генератора, виконаного на транзисторах Т1 і Т2, що дорівнює 100 Гц. Форма коливань коригується підбором опорів резисторів R1-R3. Аналогічно налагоджується опорний генератор, при цьому осцилограф підключається до котушки L4, а форма коливань коригується підбором опорів резисторів R4-R6. Перед початком настройки підлаштування сердечник котушки L4 слід встановити в середнє положення.

Далі необхідно встановити на котушках L1 і L4 рівні амплітуди коливань, які повинні знаходитися в межах 0,8-1 В. При необхідності амплітуду сигналів можна змінити підбором числа витків котушок L1 і L4. Після цього, обертаючи підлаштування сердечник котушки L3, слід встановити стрілку індикатора PA1 на нульову позначку шкали.

Порядок роботи

Особливістю даного металошукача є те, що при проведенні пошукових робіт виконувати будь-які додаткові настройки і регулювання не потрібно.

При наближенні до вимірювальної котушці L2 предмета з чорного металу робоча частота вимірювального генератора зменшується. При цьому стрілка індикатора PA1 відхиляється в будь-яку сторону. Якщо ж предмет виготовлений з кольорового металу, наприклад з латуні, частота коливань вимірювального генератора збільшується. При цьому стрілка індикатора відхиляється в протилежну сторону. Таким чином можна визначити не тільки наявність металевого предмета в зоні дії пошукової котушки, а й оцінити, з якого металу, кольорового або чорного, він виготовлений.

За допомогою розглянутого металодетектора металеві предмети типу консервних банок можна виявляти на глибині до 20-30 см.

2.4. Металошукач зі світлодіодною індикацією

Багато років тому в журналі «Funkamateur» (1980, № 1), що видавався в тодішньої НДР, була опублікована схема оригінального приладу, призначеного для виявлення в стінах прихованої електропроводки або водопровідних труб. Після незначних змін, внесених в схему і конструкцію цього пристрою, його цілком можна використовувати в якості простого металошукача зі світлодіодною індикацією.

Слід зазначити, що даний прилад, на жаль, не дозволяє визначати приблизні габарити і глибину залягання виявленого предмета, а також вид металу, з якого він виготовлений.

Принципова схема

Пропонована увазі читачів конструкція являє собою один з варіантів металодетекторів типу FM (Frequency Meter), тобто є пристроєм, в основу якого покладено принцип аналізу девіації частоти опорного генератора під впливом металевих предметів, які потрапили в зону дії пошукової котушки. При цьому рішення про наявність металевого предмета приймається по зриву коливань ВЧ-генератора, яка реєструється спеціальним приймачем і зафіксованому візуально. Головними відмітними особливостями даного приладу можна вважати цікаве схемотехнічне рішення аналізатора, а також використання світлодіода як індикатор (рис. 2.9).

Мал. 2.9. Принципова схема металошукача зі світлодіодною індикацією


Основу схеми пропонованого металодетектора складають ВЧ-генератор, детектор ВЧ коливань, підсилювач постійного струму з індикатором на світлодіоді і стабілізатор напруги живлення. Генератор високої частоти виконаний на транзисторі Т3, в колекторних ланцюг якого включений коливальний контур, що складається з котушки L1 і конденсатора С1, зашунтувати резистором R4. Робоча частота ВЧ-генератора становить близько 100 кГц і визначається індуктивністю котушки L1, яка одночасно є пошуковою котушкою, і ємністю конденсатора С1.

При відсутності в зоні дії котушки L1 металевих предметів ВЧ-сигнал, що порушується в котушці зв'язку L2, детектується спеціальним детектором, в якості якого використовується емітерний перехід транзистора Т4. При цьому транзистор Т4 відкривається. В результаті, транзистори Т5 і Т6, на яких зібраний підсилювач постійного струму, будуть закриті, а світлодіод LD1 не світиться.

Після того як поблизу пошукової котушки L1 виявиться металевий предмет, її індуктивність зміниться. Це призведе до зриву коливань ВЧ-генератора, що буде відразу зареєстровано транзистором Т4, який закриється. При цьому транзистори Т5 і Т6 відкриються, а світлодіод LD1 почне світитися.

Харчування металошукача зі світлодіодною індикацією здійснюється від джерела В1 напругою 9 В. При цьому напруга живлення стабілізується спеціальної схемою, виконаної на транзисторах Т1 і Т2, яка представляє собою паралельний стабілізатор напруги.

Деталі та конструкція

Як і в попередній конструкції, для виготовлення даного металошукача можна використовувати будь-яку макетну плату. Тому до використовуваних деталей не пред'являються будь-які обмеження, пов'язані з габаритними розмірами. Монтаж може бути як навісний, так і друкований.

Котушки L1 і L2 намотуються виток до витка на круглому ферритовом осерді від магнітної антени транзисторного радіоприймача. При цьому котушка L1 містить 120 витків, а котушка L2 - 45 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,3 мм. Необхідно відзначити, що чутливість металошукача залежить від довжини застосовуваного ферритового стрижня. Чим довше феритовий сердечник, тим вище чутливість пристрою.

Замість транзисторів типу SF215, зображених на схемі (рис. 2.9), в даній конструкції можна використовувати практично будь-які вітчизняні кремнієві малопотужні транзистори з коефіцієнтом підсилення не менше 100. Замість діода типу GA100 рекомендується застосовувати будь-германієвого діод серій Д2 або Д9, а світлодіод типу VQA13 без проблем можна замінити, наприклад, світлодіодом АЛ102.

Схему пропонованого металодетектора можна значно спростити, якщо замість паралельного стабілізатора напруги, виконаного на елементах Т1, Т2 і Rl-R3, встановити стабілітрон КС139 або будь-інтегральний стабілізатор на напругу 4 В.

Як джерело живлення В1 можна використовувати, наприклад, батарейку «Крона» або дві батарейки 3336Л, з'єднані послідовно.

Плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому зручному пластмасовому або дерев'яному корпусі. На кришці корпусу розміщуються світлодіод LD1 і вимикач харчування S1. Ці елементи з'єднуються з платою гнучким багатожильним проводом. Корпус приладу можна розташувати на кінці будь-якій зручній ручки.

До нижньої частини корпусу з внутрішньої сторони прикріплюється феритовий стрижень з встановленими на ньому пошуковою котушкою L1 і котушкою зв'язку L2. При цьому дроти, що йдуть від котушок до плати, повинні бути якомога коротшим. Феритовий стрижень з котушками можна розташувати і в спеціальному чохлі, виготовленому з ізоляційного матеріалу. Як такого чохла автор багато років назад використовував пластмасовий футляр для зубної щітки, який був приклеєний з зовнішньої сторони до нижньої частини корпусу металошукача.

налагодження

Головною умовою, що забезпечує якісну налагодження даного приладу, є відсутність великогабаритних металевих предметів на відстані не менше одного метра від пошукової котушки L1.

Налагодження металодетектора слід почати з установки такого режиму роботи ВЧ-генератора, при якому порушується коливання були б на межі зриву. Для цього спочатку підстроюванням резисторів R5 і R7 слід домогтися порушення коливань ВЧ, при яких світлодіод почне світитися. Попередньо движок підлаштування резистора R6 треба встановити в середнє положення. Потім, повільно обертаючи движок резистора R6, необхідно домогтися, щоб світлодіод погас.

Якщо тепер до феритовому стрижні наблизити металевий предмет, світлодіод спалахне знову. Регулювання бажано повторити кілька разів, намагаючись знайти такі положення движків підлаштування резисторів R5 і R7, при яких досягається максимальна чутливість приладу.

Порядок роботи

Порядок роботи з даним пристроєм простий і не потребує додаткових пояснень. При наближенні пошукової котушки L1 до металевого предмету світлодіод повинен почати світитися.

Відповідно до даних, наведених в першоджерелі, цей металошукач повинен володіти такою чутливістю: великі металеві предмети, наприклад батареї центрального опалення, можна виявити на відстані 200 мм, дрібні металеві предмети (ножиці) - на відстані 50 мм, а мідний силовий кабель - на відстані 40 мм. Крім цього на маленьку викрутку прилад повинен починати реагувати з відстані 30 мм, на маленький цвях, вбитий в стіну, - з відстані 20 мм, а на мідний телефонний провід - з відстані 10 мм.

Необхідно відзначити, що параметри зразка, виготовленого за наведеною схемою, були менше зазначених приблизно на 25-30%.

2.5. Металошукач з підвищеною чутливістю

В основу роботи металошукача, схема і конструкція якого розглянуті в даному розділі, покладений принцип аналізу змін биття коливань двох генераторів, частота одного з яких стабільна, а частота другого змінюється при появі в зоні дії приладу металевого предмета.

При роботі над цим пристроєм була зроблена спроба створити металодетектор, вільний від ряду недоліків, властивих іншим аналогічним конструкціям.

Незважаючи на те що схема цього приладу була розроблена понад 20 років тому, до його достоїнств слід віднести порівняно високу чутливість, стабільність в роботі, а також можливість відрізняти кольорові і чорні метали. Використані схемотехнічні рішення забезпечили підвищену стабільність робочих частот генераторів, що дозволило оцінювати частоти биття в діапазоні від 1 до 10 Гц. Як наслідок, підвищилася чутливість приладу, а також знизився споживаний їм струм.

Принципова схема

Як уже зазначалося, пропонована конструкція являє собою один з численних варіантів металодетекторів типу BFO (Beat Frequency Oscillator), тобто є пристроєм, в основу якого покладено принцип аналізу биття двох частот (рис. 2.10).

Мал. 2.10. Принципова схема металошукача з підвищеною чутливістю


Основу приладу складають вимірювальний і опорний генератори, детектор ВЧ-коливань, попередній підсилювач, перший підсилювач-обмежувач, диференціюються ланцюг, другий підсилювач-обмежувач і підсилювач низької частоти.

Як вимірювальний і опорного генераторів використані два простих LC-генератора, виконані на транзисторах Т1 і Т2. Ці транзистори входять до складу мікросхеми К159НТ1Г, яка представляє собою пару ідентичних за параметрами транзисторів, розміщених в одному корпусі. Використання транзисторної збірки дозволяє істотно підвищити температурну стабільність частот генераторів.

Кожен генератор зібраний за схемою ємнісний трехточкі, при цьому транзистори Т1 і Т2 включені за схемою із загальною базою.

Збудження коливань забезпечується завдяки введенню позитивного зворотного зв'язку між колектором і емітером кожного транзистора. Робоча частота генераторів визначається параметрами частотозадающих ланцюгів, включених між колекторами і емітером транзисторів Т1 і Т2. При цьому частотозадающіх елементами першого генератора, який виконує функції вимірювального генератора, є пошукова котушка L1 і конденсатори С1, С2 і С3. Робоча частота другого, опорного, генератора визначається параметрами котушки індуктивності L2, а також конденсаторів С6, С7 і С9. При цьому обидва генератора налаштовані на робочу частоту 40 кГц. За допомогою резисторів R1-R4 забезпечується установка режимів роботи транзисторів T1 і T2 по постійному струму.

В процесі настройки приладу зміною ємності конденсатора С6 здійснюється груба настройка опорного генератора на обрану гармоніку частоти биття. При цьому ємність конденсатора С6 може змінюватися в межах від 100 до 330 пФ. Як точно налаштувати частоту биття виконується змінним резистором R7, за допомогою якого змінюється зсув на стабілітроні D1, який в даній схемі виступає в ролі варикапа.

При наближенні пошукової котушки L1 коливального контуру перебудовується генератора до металевого предмету її індуктивність змінюється, що викликає зміна робочої частоти генератора. При цьому, якщо поблизу котушки L1 знаходиться предмет з чорного металу (феромагнетика), її індуктивність збільшується, що призводить до зменшення частоти генератора. Кольоровий же метал зменшує індуктивність котушки L1, а робоча частота генератора зростає.

ВЧ-сигнал, сформований в результаті змішування сигналів вимірювального і опорного генераторів, виділяється на навантажувальними резисторами R5. При цьому амплітуда сигналу змінюється з частотою биття, яка дорівнює різниці частот ВЧ-сигналів.

Низькочастотна огинає ВЧ-сигналу детектується спеціальним детектором, виконаним на діодах D2 і D3 за схемою подвоєння напруги. При цьому конденсатор С11 забезпечує фільтрацію високочастотної складової сигналу.

З навантаження детектора, в ролі якої виступає резистор R6, низькочастотний сигнал биття через конденсатор С12 подається на попередній підсилювач, виконаний на транзисторі T3.

З колектора транзистора T3 посилений сигнал через конденсатор С13 надходить на перший підсилювач-обмежувач, виконаний на транзисторі T4 і забезпечує формування прямокутних імпульсів. За допомогою подільника, складеного резисторами R11 і R12, на базу транзистора T4 подається таку напругу зміщення, при якому транзистор знаходиться на порозі відкриття.

Вступник на базу транзистора T4 синусоїдальний сигнал обмежується з двох сторін. В результаті на навантаженні каскаду, роль якої виконує резистор R13, формуються прямокутні імпульси, які далі диференціюються ланцюгом C14, R14, R15 і перетворюються в загострені списи. При цьому на місці фронту кожного імпульсу формується пік позитивної полярності, а на місці спаду - пік негативної полярності. Слід зазначити, що тривалість цих піків не залежить від частоти проходження прямокутних імпульсів і їхньої тривалості.

Позитивні піки надходять на базу транзистора T5, а негативні зрізаються діодом D4. Транзистор T5, як і транзистор T4, працює в ключовому режимі і обмежує вхідний сигнал так, що на колекторної навантаженні, утвореною резисторами R16 і R17, формуються короткі прямокутні імпульси фіксованої тривалості. Конденсатор С15 фільтрує вихідний сигнал і покращує тембр звучання сигналу в головних телефонах ВF1.

З резистора R16, який є регулятором гучності, сигнал надходить на підсилювальний каскад, виконаний на транзисторах T6 і T7, включених по схемі так званого складеного транзистора. При такому включенні формується еквівалент транзистору провідності pnp підвищеної потужності з великим коефіцієнтом передачі струму. Потім посилений сигнал надходить на головні телефони ВF1.

Застосований в даній конструкції спосіб формування імпульсного сигналу з синусоїдальної дозволяє знизити споживану підсилювачем потужність, особливо в вихідному каскаді, оскільки в паузах між імпульсами транзистори T5, Т6 і T7 закриті.

Харчування металодетектора здійснюється від джерела В1 напругою 4,5 В, при цьому споживаний струм не перевищує 2 мА.

Деталі та конструкція

До використовуваним деталей при складанні металошукача з підвищеною чутливістю не пред'являються будь-які особливі вимоги. Єдине обмеження пов'язане з габаритними розмірами, оскільки велика частина деталей даного приладу змонтована на друкованій платі розмірами 70х110 мм, виконаної з одностороннього фольгованого гетинаксу або склотекстоліти. Друкована плата розрахована на використання постійних резисторів МЛТ-0,125, конденсаторів КСО, ПМ, МБМ, К50-6 або їм аналогічних (рис. 2.11).

Мал. 2.11. Друкована плата (а) і розташування елементів (б) металошукача з підвищеною чутливістю


При повторенні даної конструкції в якості транзисторної збірки (транзистори Т1 і Т2) можна використовувати мікросхему К159НТ1 з будь-яким буквеним індексом. Однак в даний час її не завжди можна знайти. Тому при необхідності замість транзисторної збірки рекомендується використовувати два транзистора типу КТ315Г з однаковими або можливо близькими параметрами (статичним коефіцієнтом передачі струму і початковим струмом колектора).

У підсилюючих каскадах (транзистори Т3, Т4 і Т5) замість транзисторів типу КТ342Б можна встановити транзистори типу КТ315Г, КТ503Е або КТ3102А - КТ3102Е. Транзистор типу КТ502Е (Т6) цілком замінимо на КТ361, а транзистор типу К503Е (Т7) - на КТ315 з будь-якими літерними індексами. Але в цьому випадку головні телефони повинні бути високоомними (типу ТОН-2 або ТЕГ-1). При використанні низькоомних телефонів транзистор Т7 повинен бути більш потужним, наприклад типу КТ603Б або КТ608Б.

Як стабілітрона D1 також можна використовувати стабілітрони типу Д808-Д813 або КС156А. Діоди D2 і D3 можуть бути будь-якими з серій Д1, Д9 або Д10.

Котушка L2 містить 250 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,1 мм, намотаних на муздрамтеатрі СБ-23-11а. При її виготовленні можна використовувати і інші сердечники. Головне - щоб індуктивність готової котушки склала 4 мГ.

Вимірювальна котушка L1 містить 100 витків дроту ПЕВ-1 діаметром 0,3 мм і виконана у вигляді тора діаметром 160 мм. Цю котушку простіше виготовити на жорсткому каркасі, проте можна обійтися і без нього. У цьому випадку в якості тимчасового каркаса можна використовувати будь-який відповідний за розмірами круглий предмет, наприклад банку. Витки котушки намотуються внавал, після чого знімаються з каркаса і екрануються електростатичний екран, який представляє собою незамкнуту стрічку з алюмінієвої фольги, намотану поверх джгута витків. Щілина між початком і кінцем намотування стрічки (зазор між кінцями екрану) повинна становити не менше 10 мм.

При виготовленні котушки L1 потрібно уважно стежити за тим, щоб не сталося замикання кінців екранує стрічки, оскільки в цьому випадку утворюється короткозамкнений виток. Для підвищення механічної міцності котушку можна просочити епоксидним клеєм.

До висновків котушки слід підпаяти провідники двожильного екранованого кабелю довжиною близько метра, на іншому кінці якого встановлюється роз'єм типу СШ-3 або будь-який інший відповідний малогабаритний роз'єм. Оплетку кабелю необхідно з'єднати з екраном котушки. У робочому положенні роз'єм котушки підключається до відповідної частини роз'єму, розташованої на корпусі приладу.

Харчування металошукача підвищеної чутливості здійснюється від джерела В1 напругою 4,5 В. В якості такого джерела можна використовувати, наприклад, так звану квадратну батарейку типу 3336Л або три елементи типу 316, 343, з'єднані послідовно.

Друкована плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому зручному пластмасовому або дерев'яному корпусі. На кришці корпусу встановлюються змінні резистори R7 і R16, роз'єм Х1 для підключення пошукової котушки L1, вимикач S1, а також роз'єм Х2 для підключення головних телефонів BF1.

налагодження

Як і при регулюванні інших металошукачів, налагодження даного приладу потрібно проводити в умовах, коли якийсь металевий предмет віддалені від пошукової котушки L1 на відстань не менше 1,5 м.

Безпосереднє налагодження металодетектора слід почати з вибору потрібної частоти биття. Для цього рекомендується скористатися осцилографом або цифровим частотоміром.

При роботі з осцилографом його пробник необхідно підключити до точки з'єднання резисторів R1, R4, R5 і конденсатора С8, тобто до входу детектора. Осцилограма в цій точці нагадує осциллограмму модулированного ВЧ-сигналу. Далі, підлаштовуючи котушку L2 і підбираючи ємності конденсаторів С2 і С6, потрібно домогтися того, щоб частота модуляції (частота биття) була б дорівнює приблизно 10 Гц.

При використанні цифрового частотоміра для настройки металошукача частотомер слід підключити спочатку до колекторної ланцюга транзистора Т1, а потім - до колектора транзистора Т2. Підбираючи параметри зазначених раніше елементів (індуктивність котушки L2, ємності конденсаторів С2 і С6), необхідно домогтися того, щоб різниця частот сигналів на колекторах транзисторів Т1 і Т2 становила приблизно 10 Гц.

Далі підбором резистора R8 встановлюється максимальний коефіцієнт посилення каскаду, виконаного на транзисторі Т3.

При відсутності осцилографа і частотоміра підбір потрібної частоти биття можна виконати і без них. При цьому необхідно спочатку встановити в середнє положення движок резистора R7, а потім, обертаючи підлаштування сердечник котушки L2, домогтися появи в телефонах клацань з частотою приблизно 1-5 Гц. Якщо встановити потрібну частоту не вдається, слід підібрати ємність конденсатора С6. Щоб зменшити вплив фону грунту, остаточний підбір частоти биття слід здійснювати при наближенні пошукової котушки L1 до землі.

На цьому процес настройки металошукача з підвищеною чутливістю закінчується.

Порядок роботи

При практичному використанні даного металодетектора слід змінним резистором R7 підтримувати необхідну частоту сигналу биття, яка змінюється при розряді батареї, при зміні температури навколишнього середовища або при девіації магнітних властивостей грунту. Також потрібно відрегулювати гучність клацань за допомогою регулятора R16.

Якщо в процесі роботи в зоні дії пошукової котушки L1 виявиться якийсь металевий предмет, частота сигналу в телефонах зміниться. При наближенні до одних металів частота сигналу биття буде збільшуватися, а при наближенні до інших - зменшуватися. За зміною тону сигналу биття, маючи певний досвід, можна легко визначити, з якого металу, магнітного або немагнітного, виготовлений виявлений предмет.

За допомогою такого металошукача дрібні предмети, наприклад цвяхи, можна виявити під шаром грунту на глибині до 10-15 см, а великі (наприклад кришки колодязів) - на глибині до 50-60 см.

2.6. Металошукач МІ-2

У першій половині 70-х років минулого століття в Радянському Союзі був розроблений і серійно випускався металошукач МІ-2, який широко використовувався в народному господарстві. Схема і конструкція цього приладу неодноразово допрацьовувалися і вдосконалилися. Один з відомих варіантів металодетектора МІ-2 можна рекомендувати початківцям радіоаматорам для повторення.

Принципова схема

Як і деякі розглядалися раніше конструкції, металодетектор МІ-2 являє собою один з численних варіантів приладу типу BFO (Beat Frequency Oscillator), тобто є пристроєм, в основу якого покладено принцип аналізу биття двох частот. При цьому в даній конструкції оцінка зміни частоти здійснюється на слух (рис. 2.12).

Мал. 2.12. Принципова схема металошукача МІ-2


Основу схеми приладу складають вимірювальний і опорний генератори, ємнісний каскад, емітерний повторювач, тригер Шмітта і головні телефони.

Вимірювальний генератор виконаний на транзисторі Т1, включеному по схемі із загальною базою. Робоча частота цього генератора визначається параметрами коливального контуру, який складається з пошукової котушки L1 і конденсаторів С3, С4. Напруга зворотного зв'язку, необхідне для самозбудження, подається з колектора транзистора Т1 в ланцюг емітера через ємнісний дільник С3, С4. В результаті на виході вимірювального генератора формується синусоїдальний сигнал з частотою 510 кГц.

Опорний генератор виконаний на транзисторі Т6 за схемою, аналогічною схемою вимірювального генератора. Робоча частота цього генератора визначається параметрами коливального контуру, який складається з котушки L3 з латунним підлаштування сердечником і конденсаторів С12, С13 і С14.

Коливання з опорного і вимірювального генераторів через конденсатори С5 і С11 надходять на вхід змішувача, який виконаний на транзисторі Т2. У колекторних ланцюг транзистора Т2 включений контур, що складається з котушки L2 і конденсатора C6, в якому виділяються коливання різницевої частоти.

Пошукова котушка L1, що входить до складу коливального контуру вимірювального генератора, є датчиком, що реагує на появу в зоні дії приладу металевих предметів. При наближенні котушки L1 до такого предмету відбуваються зміна її індуктивності і, як наслідок, зміна частоти сигналу вимірювального генератора. В результаті частота сигналу на виході змішувача каскаду також зміниться. Оскільки контур змішувача, виконаний на елементах L2 і C6, налаштований на разностную частоту коливань вимірювального і опорного генераторів при відсутності металевих предметів, зміна частоти сигналу призведе і до зменшення амплітуди сигналу на виході змішувача. Робоча частота контура змішувача становить 1 кГц.

Далі виділений сигнал подається на емітерний повторювач, виконаний на транзисторі Т3 і службовець для узгодження тригера Шмітта із змішувачем.

Тригер Шмітта виконаний на транзисторах Т4, Т5 і являє собою електронний реле, що реагує на зміну амплітуди вхідного сигналу. Режими роботи транзисторів Т4 і Т5 обрані таким чином, щоб тригер спрацьовував при напрузі сигналу на вході більше 0,5 В. Формується акустичний сигнал подається на головні телефони BF1.

Харчування металошукача здійснюється від джерела В1 напругою 9 В, при цьому споживаний струм не перевищує 4-5 мА.

Деталі та конструкція

Конструктивно металодетектор МІ-2 складається з двох блоків. До складу блоку пошуку входять елементи, що утворюють вимірювальний генератор, до складу блоку індикації - опорний генератор, ємнісний каскад, емітерний повторювач і тригер Шмітта. Обидва блоки з'єднані між собою екранованим кабелем.

До використовуваним при складанні металошукача МІ-2 деталям не пред'являються будь-які особливі вимоги. Єдине обмеження пов'язане лише з габаритними розмірами, оскільки велика частина деталей приладу змонтована на двох порівняно невеликих друкованих платах.

Деталі блоку пошуку розміщені на друкованій платі розмірами 70х35 мм, виконаної з одностороннього фольгованого гетинаксу або склотекстоліти (рис. 2.13).

Мал. 2.13. Друкована плата блоку пошуку металошукача МІ-2 (а) і розташування елементів на ній (б)


Деталі блоку індикації розміщені на друкованій платі розмірами 150х75 мм, також виконаної з одностороннього фольгованого гетинаксу або склотекстоліти (рис. 2.14).

Мал. 2.14. Друкована плата блоку індикації металошукача МІ-2 (а) і розташування елементів на ній (б)


У випускався серійно металошукачі МІ-2 використовувалися резистори типу МЛТ-0,125, конденсатори С1, С2, С8, С9, С15 і С16 - типу КЛС-1; С5, С11, С13 - КСВ-1; конденсатори С3, С4, С12, С14 - типу КСО-2; С6 - МБМ або МБМ-2; електролітичні конденсатори С7 і С10 - типу К50-3. Природно, при повторенні даного пристрою можна використовувати будь-які аналогічні деталі з сучасної елементної бази. Як джерело акустичного сигналу підійдуть головні телефони типу ТОН-1.

Пошукова котушка L1 виконана у вигляді кільця діаметром близько 300 мм. Витки котушки укладені в електростатичний екран з дюралюмінієвої трубки діаметром 8 мм і товщиною стінок 1 мм. Для виготовлення котушки необхідно зробити джгут з десяти шматків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,96 мм і довжиною 1250 мм. Спочатку джгут потрібно протягнути в полихлорвиниловую трубку завдовжки 1000 мм, а потім - в дюралюмінієву трубку завдовжки 960 мм. Дюралюмінієву трубку з розташованими в ній проводами треба зігнути за шаблоном в кільце. Як екран можна використовувати і звичайну алюмінієву фольгу. Шматки проводів з'єднуються послідовно за допомогою розпаювання на колодці, встановленої в корпусі блоку пошуку.

При виготовленні котушки L1 потрібно особливо уважно стежити за тим, щоб не сталося замикання кінців екранує трубки, оскільки в цьому випадку утворюється короткозамкнений виток. Тому кінці екрану бажано ізолювати гумовою трубкою.

Котушка L2 змішувача намотується на кільцевому ферритовом осерді М2000 НМ-А-К38х24х7. Вона має 200 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,47 мм і встановлена ​​на друкованій платі блоку індикації.

Котушка L3 опорного генератора містить 135 витків дроту ПЕЛШО діаметром 0,1 мм, які намотуються на каркасі діаметром 7-9 мм з подсторечним сердечником, виготовленим з латуні. При необхідності з докладним описом спеціальної конструкції котушки L3 можна ознайомитися в журналі «Радіо» № 4 за 1973 рік.

Корпус блоку пошуку виконаний з дюралюмінію. Пошукова котушка L1 і блок пошуку закріплені на нижній частині спеціальної ручки. Корпус блоку індикації також виготовлений з дюралюмінію. На кришці корпусу встановлюються роз'єм для підключення блоку пошуку (на принциповій схемі не вказаний), вимикач S1, а також роз'єм Х1 для підключення головних телефонів BF1. У кришці також має бути отвір для ручки регулювання котушки L3.

Як джерело живлення В1 можна використовувати, наприклад, дві батарейки 3336Л, з'єднані послідовно.

налагодження

Основними етапами при налагодженні металошукача МІ-2 є установка порогу спрацьовування тригера і вибір частоти опорного генератора.

Поріг спрацьовування тригера встановлюється за допомогою підбору опору резистора R11. Для цього слід отпаять від колектора транзистора Т2 висновок конденсатора С8 і подати на цей конденсатор сигнал від звукового генератора напругою 0,5 В з частотою 1 кГц. Величину опору резистора R11 необхідно підібрати такий, щоб при незначному зменшенні амплітуди сигналу звукового генератора звук в головних телефонах зникав, а струм колектора транзистора Т5 ставав рівним нулю.

Груба настройка частоти сигналу, який формується опорним генератором, виконується підбором ємності конденсатора С12. Більш точно значення частоти встановлюється підбором ємності конденсатора С18. Зазначені регулювання слід проводити в умовах, коли якийсь металевий предмет віддалені від пошукової котушки L1 на відстань не менше 1,5 м. Частота опорного генератора визначається за допомогою частотоміра або осцилографа. При цьому конденсатор С11 повинен бути відпаяні від емітера транзистора Т6.

Потім необхідно встановити середню частоту опорного генератора. Для цього слід відновити з'єднання конденсатора С11 з емітером транзистора Т6, блок пошуку від'єднати від блоку індикації та частотоміром виміряти частоти опорного генератора при установці ручки настройки котушки L3 в крайні положення. Середня частота опорного генератора визначається як середнє арифметичне значень виміряних частот. При необхідності величини ємностей конденсаторів С12 і С13 підбираються так, щоб середня частота опорного генератора відрізнялася від частоти вимірювального генератора на 1 кГц.

Після настройки частот вимірювального і опорного генераторів обертанням підлаштування сердечника котушки L3 на виході змішувача каскаду треба встановити рівень напруги сигналу трохи більше 0,5 В. У цьому випадку з частотою сигналу, тригер буде переключатися, а в головних телефонах, пролунає відповідний сигнал.

Порядок роботи

Проведення пошукових робіт за допомогою металошукача МІ-2 не має будь-яких особливостей. Якщо в зоні дії даного приладу виявиться металевий предмет, то при наближенні до нього пошукової котушки L1 в головних телефонах буде прослуховуватися тон змінюється частоти, що спадає по гучності. Якщо котушку ще наблизити до металевого предмету, то напруга сигналу на виході змішувача стане менше порога спрацьовування тригера. Тригер перестане перемикатися, а звуковий сигнал в головних телефонах зникне.

При необхідності в процесі пошуку можна здійснювати підстроювання металодетектора на частоту биття, регулюючи положення сердечника котушки L3.

Відповідно до даних, отриманими при практичному використанні металошукача МІ-2, великі металеві предмети (наприклад, кришку колодязя) можна виявити на відстані 600-800 мм, дрібні (наприклад, викрутку) - на відстані 70-100 мм, а на монети середньої величини прилад починає реагувати з відстані 30-50 мм.

2.7. Металошукач з кварцом

Як вже зазначалося раніше, металошукачі, робота яких заснована на оцінці девіації частоти биття (BFO), мають порівняно малою чутливістю при пошуку металів зі слабкими феромагнітними властивостями (мідь, олово, срібло і т. П.). Оскільки різниця частот (биття) малопомітна при використанні звичайних методів індикації, підвищити чутливість металодетекторів BFO досить складно.

Природно, така ситуація стала хорошим стимулом для пошуку інших схемотехнічних рішень. Багато років тому автором був виготовлений прилад, в основу якого лягла схема оригінального пристрою, опублікована в журналі «Radio-Electronics» (1967, № 11). Основним елементом, за допомогою якого здійснювався аналіз наявності металевих предметів, був кварц. При цьому результати аналізу оцінювалися візуально.

Принципова схема

Пропонована увазі читачів конструкція являє собою один з варіантів металодетекторів типу FM (Frequency Meter), тобто є пристроєм, в основу якого покладено принцип аналізу девіації частоти опорного генератора під впливом металевих предметів, які потрапили в зону дії пошукової котушки. Головними відмітними особливостями даного приладу можна вважати цікаве схемотехнічне рішення аналізатора, виконаного на кварцовому елементі Q1, а також використання в якості індикатора стрілочного приладу. Основу схеми розглянутого металодетектора (рис. 2.15) складають вимірювальний генератор, буферний каскад, аналізатор, детектор високочастотних коливань і індикаторний пристрій.

Мал. 2.15. Принципова схема металошукача з кварцом


Коливальний контур генератора високої частоти, виконаного на транзисторі Т1, складається з котушки L1 і конденсаторів С1-С4. Робоча частота ВЧ-генератора залежить від девіації індуктивності котушки L1, яка одночасно є пошуковою котушкою, а також від зміни ємностей підлаштування (С2) і регулювального (С1) конденсаторів. При відсутності металевих предметів в зоні дії котушки L1 частота коливань, які утворюються в ВЧ-генераторі, повинна дорівнювати частоті кварцового елемента Q1, тобто в даному випадку - 1 МГц.

Після того як поблизу котушки L1 виявиться металевий предмет, її індуктивність зміниться. Це призведе до відхилення частоти коливань ВЧ-генератора. Далі сигнал ВЧ подається на буферний каскад, що забезпечує узгодження генератора з подальшими ланцюгами. Як буферного каскаду використовується емітерний повторювач, виконаний на транзисторі Т2.

З виходу емітерного повторювача сигнал ВЧ через регулювальний резистор R8 і кварц Q1 надходить на детектор, виконаний на діоді D2. Внаслідок високої добротності кварцу найменші зміни частоти вимірювального генератора будуть приводити до зменшення повного опору кварцового елемента. В результаті на вхід підсилювача постійного струму (ППС), виконаного на транзисторі Т3, надходить низькочастотний (НЧ) сигнал, зміна амплітуди якого забезпечує відповідне відхилення стрілки індикаторного приладу. Навантаженням УПТ, виконаного на транзисторі Т3, є стрілочний прилад зі струмом повного відхилення 1 мА.

Харчування металошукача здійснюється від джерела В1 напругою 9 В.

Деталі та конструкція

Як і в деяких розглянутих раніше конструкціях, для виготовлення металошукача з кварцовим елементом можна використовувати будь-яку макетну плату. Тому до використовуваних деталей не пред'являються будь-які обмеження, пов'язані з габаритними розмірами. Монтаж може бути як навісний, так і друкований.

Пошукова котушка L1 являє собою кільцеву рамку, виготовлену з відрізка кабелю із зовнішнім діаметром 8-10 мм (наприклад кабелю марки РК-50). Центральну жилу кабелю слід видалити, а замість неї простягнути шість жив дроти типу ПЕЛ діаметром 0,1-0,2 мм і довжиною 115 мм. Одержаний багатожильний кабель необхідно зігнути на підходящої оправці в кільце таким чином, щоб між початком і кінцем утворилася петлі залишився зазор шириною приблизно 25-30 мм.

Кінець дроту, який є початком першого витка, слід припаяти до екрануючої оплетке кабелю, початок другого витка - до кінця першого і так далі. В результаті вийде котушка, яка містить шість витків дроту.

При виготовленні котушки L1 потрібно особливо стежити за тим, щоб не сталося замикання кінців екранує обплетення, оскільки в цьому випадку утворюється короткозамкнений виток.

Додаткову жорсткість конструкції котушки L1 можна надати, якщо розташувати її між двома дисками з фанери або гетинаксу діаметром 400 мм і товщиною 5-7 мм.

Замість транзисторів типу 2N2924, зображених на схемі, в даній конструкції можна використовувати практично будь-які вітчизняні кремнієві малопотужні транзистори, наприклад типу КТ315Б. Замість діода типу 1N4001 (D2) рекомендується застосовувати будь-германієвого діод серій Д2 або Д9 з будь-яким буквеним індексом, а стабілітрон типу 1N753 без проблем можна замінити, наприклад, стабілітроном 2С156А.

Як елемент Q1 можна використовувати будь-який кварцовий елемент з частотою від 900 кГц до 1,1 МГц.

Як джерело живлення В1 можна застосувати, наприклад, батарейку «Крона» або дві батарейки 3336Л, з'єднані послідовно.

Плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому зручному пластмасовому або дерев'яному корпусі. На кришці корпусу встановлюються змінний резистор R8, роз'єм Х1 для підключення пошукової котушки L1, вимикач S1 і індикатор PA1.

Пошукову котушку L1 слід встановити на кінці підходящої ручки довжиною 100-120 см. З'єднання котушки з платою приладу виконується багатожильним екранованим кабелем.

налагодження

Головною умовою, що забезпечує якісну налагодження даного приладу, є відсутність великогабаритних металевих предметів на відстані не менше 1,5 м від пошукової котушки L1.

Безпосереднє налагодження металодетектора слід почати з установки потрібної частоти коливань, що формуються ВЧ-генератором. Частота коливань ВЧ повинна дорівнювати частоті кварцового елемента Q1. Для виконання даної регулювання рекомендується скористатися цифровим частотоміром. При цьому значення частоти спочатку грубо встановлюється зміною ємності конденсатора С2, а потім точно - регулюванням конденсатора С1.

При відсутності частотоміра настройку ВЧ-генератора можна провести за показаннями індикатора PA1. Оскільки кварц Q1 є елементом зв'язку між пошукової та індикаторної частинами приладу, то його опір в момент резонансу дуже велике. Таким чином, про точного настроювання коливань ВЧ-генератора на частоту кварцу буде свідчити мінімальне показання стрілочного приладу PA1.

Рівень чутливості даного пристрою регулюється резистором R8.

Порядок роботи

При практичному використанні цього металодетектора слід змінним резистором R8 встановити стрілку індикатора PA1 на нульове значення шкали. При цьому в певній мірі компенсуються зміни режимів роботи, обумовлені розрядом батареї, зміною температури навколишнього середовища або девіацій магнітних властивостей грунту.

Якщо в процесі роботи в зоні дії пошукової котушки L1 виявиться якийсь металевий предмет, стрілка індикатора PA1 відхилиться.

2.8. Вдосконалений металошукач з кварцом

В останні роки багато шановні європейські видавництва приділяють значну увагу різним технічним пристроям, що використовується при проведенні пошукових робіт. Щорічно на прилавки книжкових магазинів надходять нові книги з описами різних пристроїв. Слід визнати, що в основному ці пристрої складні при складанні і регулюванню і навряд чи можуть бути рекомендовані для повторення початківцям радіоаматорам.

Проте в одній з книг, опублікованих в рамках серії «Elektronicke hledace» популярним європейським видавництвом «BEN», автор порівняно недавно не без подиву виявив схему металодетектора, яка здалася дуже знайомою. Основним елементом, за допомогою якого в цьому приладі аналізується наявність металевих предметів, є кварц. При цьому результати аналізу оцінюються як візуально, так і на слух.

Принципова схема

Пропонована увазі читачів конструкція являє собою один з варіантів металодетекторів типу FM (Frequency Meter), тобто є пристроєм, в основу якого покладено принцип аналізу девіації частоти опорного генератора під впливом металевих предметів, які потрапили в зону дії пошукової котушки.

При уважному вивченні принципової схеми можна помітити, що даний пристрій є вдосконаленим варіантом металошукача, розглянутого в попередньому розділі. Однією з головних відмінних рис цієї конструкції і раніше є аналізатор, виконаний на кварцовому елементі Q1. Крім цього в удосконаленому варіанті металодетектора як індикатор крім стрілочного приладу застосована схема акустичної сигналізації.

Оскільки в запропонованій схемі (рис. 2.16) змінено нумерацію елементів, використовується нова елементна база, а також доданий додатковий каскад, автор визнав за необхідне докладніше розглянути її особливості.

Мал. 2.16. Принципова схема вдосконаленого металошукача з кварцом


Як і в попередній конструкції, основу схеми даного металодетектора складають вимірювальний генератор, буферний каскад, детектор коливань ВЧ, аналізатор і індикаторний пристрій.

Коливальний контур генератора високої частоти, виконаного на транзисторі Т1, складається з котушки L1 і конденсаторів С3-С6. Робоча частота ВЧ-генератора залежить від девіації індуктивності пошукової котушки L1, а також від зміни ємностей підлаштування конденсатора С4 і регулювального конденсатора С3. При відсутності поблизу котушки L1 металевих предметів частота коливань, які утворюються в ВЧ-генераторі, повинна дорівнювати частоті кварцового елемента Q1, тобто в даному випадку - 1 МГц.

Після того як в зоні дії пошукової котушки L1 виявиться металевий предмет, її індуктивність зміниться. Це призведе до зміни частоти коливань ВЧ-генератора. Далі сигнал ВЧ подається на буферний каскад, що забезпечує узгодження генератора з подальшими ланцюгами. Як буферного каскаду використовується емітерний повторювач, виконаний на транзисторі Т2.

З виходу емітерного повторювача сигнал ВЧ через регулювальний резистор R7 і кварц Q1 надходить на детектор, виконаний на діоді D2. Завдяки високій добротності кварцу найменші зміни частоти вимірювального генератора будуть приводити до зменшення повного опору кварцового елемента. В результаті на вхід підсилювача постійного струму (база транзистора Т3) надходить низькочастотний сигнал, зміна амплітуди якого забезпечує відповідне відхилення стрілки індикаторного приладу.

Навантаженням УПТ, виконаного на транзисторі Т3, є стрілочний прилад зі струмом повного відхилення 1 мА. При замиканні вимикача S2 в ланцюг навантаження включається генератор звукового сигналу, виконаний на транзисторі Т4.

Харчування металошукача здійснюється від джерела В1 напругою 9 В.

Деталі та конструкція

Як і в деяких розглянутих раніше конструкціях, для виготовлення металошукача з кварцовим елементом можна використовувати будь-яку макетну плату. Тому до використовуваних деталей не пред'являються будь-які обмеження, пов'язані з габаритними розмірами. Монтаж може бути як навісний, так і друкований.

Пошукова котушка L1 (рис. 2.17) аналогічна котушці, використовуваної в металодетектори, який був розглянутий в попередньому розділі.

Мал. 2.17. Конструкція котушки L1


Замість транзисторів типу BC108, зображених на схемі, в даній конструкції можна використовувати практично будь-які вітчизняні кремнієві малопотужні транзистори, наприклад, типу КТ315Б. Замість діода типу 1N4001 (D2) рекомендується застосовувати будь-германієвого діод серій Д2 або Д9 з будь-яким буквеним індексом.

Як елемент Q1 можна використовувати будь-який кварцовий елементі частотою от900 кГц до 1,1 МГц.

Джерелом живлення В1 може служити батарейка «Крона» або дві батарейки 3336Л, з'єднані послідовно.

Плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому зручному пластмасовому або дерев'яному корпусі. На кришці корпусу встановлюються змінний резистор R7, вимикачі S1 і S2, роз'єми Х1 і Х2, а також індикатор PA1.

Пошукову котушку L1 слід встановити на кінці підходящої ручки довжиною 100-120 см. З'єднання котушки з платою приладу виконується багатожильним екранованим кабелем.

налагодження

Головною умовою, що забезпечує якісну налагодження даного приладу, є відсутність великогабаритних металевих предметів на відстані не менше 1,5 м від пошукової котушки L1.

Безпосереднє налагодження металодетектора слід почати з установки потрібної частоти коливань, що формуються ВЧ-генератором. Частота коливань ВЧ повинна дорівнювати частоті кварцового елемента Q1. Для виконання даної регулювання рекомендується скористатися цифровим частотоміром. При цьому значення частоти спочатку грубо встановлюється зміною ємності конденсатора С4, а потім точно - регулюванням конденсатора С3.

При відсутності частотоміра настройку ВЧ-генератора можна провести за показаннями індикатора PA1. Кварц Q1 є елементом зв'язку між вимірювальної та індикаторної частинами приладу, тому його опір в момент резонансу великий. Таким чином, про точного настроювання коливань ВЧ-генератора на частоту кварцу буде свідчити мінімальне показання стрілочного приладу PA1.

Рівень чутливості даного пристрою регулюється резистором R7.

Порядок роботи

При практичному використанні цього металодетектора слід змінним резистором R7 встановити стрілку індикатора PA1 на нульове значення шкали. При цьому в певній мірі компенсуються зміни режимів роботи, обумовлені розрядом батареї, зміною температури навколишнього середовища або девіацій магнітних властивостей грунту.

Якщо в процесі роботи в зоні дії пошукової котушки L1 виявиться якийсь металевий предмет, стрілка індикатора PA1 відхилиться. В цьому випадку при замиканні контактів вимикача S2 в головних телефонах з'явиться звуковий сигнал.

глава 3
Металошукачі на мікросхемах

У спеціалізованій літературі багато років публікуються опису металошукачів різних типів, виконаних на мікросхемах. При цьому запропоновані конструкції відрізняються не тільки використовуваної елементної базою, а й ступенем складності. У цьому розділі розглядаються лише деякі схемотехнічні рішення, які лягли в основу як простих пристроїв, які під силу зібрати початківцям радіоаматорам, так і більш складних конструкцій.

3.1. Простий металошукач на мікросхемі К155ЛА3

Початківцям радіоаматорам можна рекомендувати для повторення конструкцію просго металошукача, основою для якого послужила схема, неодноразово публікувалася в кінці 70-х років минулого століття в різних вітчизняних і зарубіжних спеціалізованих виданнях. Цей металодетектор, виконаний всього на одній мікросхемі типу К155ЛА3, можна зібрати за кілька хвилин.

Принципова схема

Пропонована конструкція являє собою один з численних варіантів металодетекторів типу BFO (Beat Frequency Oscillator), тобто є пристроєм, в основу якого покладено принцип аналізу биття двох сигналів, близьких по частоті (рис. 3.1). При цьому в даній конструкції оцінка зміни частоти биття здійснюється на слух.

Мал. 3.1. Принципова схема металошукача на мікросхемі К155ЛА3


Основу приладу складають вимірювальний і опорний генератори, детектор коливань ВЧ, схема індикації, а також стабілізатор напруги живлення.

У розглянутій конструкції використані два простих LC-генератора, виконані на мікросхемі IC1. Схема технічні рішення цих генераторів практично ідентичні. При цьому перший генератор, який є опорним, зібраний на елементах IC1.1 і IC1.2, а другий, вимірювальний або перебудовується генератор, виконаний на елементах IC1.3 і IC1.4.

Контур опорного генератора утворений конденсатором С1 ємністю 200 пФ і котушкою L1. У контурі вимірювального генератора використовуються конденсатор змінної ємності С2 з максимальним обсягом приблизно 300 пФ, а також пошукова котушка L2. При цьому обидва генератора налаштовані на робочу частоту приблизно 465 кГц.

Виходи генераторів через розв'язують конденсатори СЗ і С4 підключені до детектора коливань ВЧ, виконаному на діодах D1 і D2 за схемою подвоєння випрямленої напруги. Навантаженням детектора є головні телефони BF1, на яких виділяється сигнал низькочастотної складової. При цьому конденсатор С5 шунтирует навантаження по вищим частотам.

При наближенні пошукової котушки L2 коливального контуру перебудовується генератора до металевого предмету її індуктивність змінюється, що викликає зміна робочої частоти даного генератора. При цьому, якщо поблизу котушки L2 знаходиться предмет з чорного металу (феромагнетика), її індуктивність збільшується, що призводить до зменшення частоти перебудовується генератора. Кольоровий же метал зменшує індуктивність котушки L2, а робочу частоту генератора збільшує.

ВЧ-сигнал, сформований в результаті змішування сигналів вимірювального і опорного генераторів після проходження через конденсатори С3 і С4, подається на детектор. При цьому амплітуда сигналу ВЧ змінюється з частотою биття.

Низькочастотна огинає ВЧ-сигналу виділяється детектором, виконаним на діодах D1 і D2. Конденсатор С5 забезпечує фільтрацію високочастотної складової сигналу. Далі сигнал биття надходить на головні телефони BF1.

Харчування на мікросхему IC1 подається від джерела В1 напругою 9 В через стабілізатор напруги, утворений стабілітроном D3, баластних резистором R3 і регулюючим транзистором T1.

Деталі та конструкція

Для виготовлення даного металошукача можна використовувати будь-яку макетну плату. Тому до використовуваних деталей не пред'являються будь-які обмеження, пов'язані з габаритними розмірами. Монтаж може бути як навісний, так і друкований.

При повторенні металодетектора можна використовувати мікросхему К155ЛА3, що складається з чотирьох логічних елементів 2І-НЕ, що живляться від загального джерела постійного струму. Як конденсатора С2 можна використовувати конденсатор настройки від переносного радіоприймача (наприклад від радіоприймача «Альпініст»). Діоди D1 і D2 можна замінити будь-якими високочастотними германієвими діодами.

Котушка L1 контуру опорного генератора повинна мати індуктивність близько 500 мкг. В якості такої котушки рекомендується використовувати, наприклад, котушку фільтру ПЧ супергетеродинного приймача.

Вимірювальна котушка L2 містить 30 витків дроту ПЕЛ діаметром 0,4 мм і виконана у вигляді тора діаметром 200 мм. Цю котушку простіше виготовити на жорсткому каркасі, проте можна обійтися і без нього. У цьому випадку в якості тимчасового каркаса можна використовувати будь-який відповідний за розмірами круглий предмет, наприклад банку. Витки котушки намотуються внавал, після чого знімаються з каркаса і екрануються електростатичний екран, який представляє собою незамкнуту стрічку з алюмінієвої фольги, намотану поверх джгута витків. Щілина між початком і кінцем намотування стрічки (зазор між кінцями екрану) повинна становити не менше 15 мм.

При виготовленні котушки L2 потрібно особливо стежити за тим, щоб не сталося замикання кінців екранує стрічки, оскільки в цьому випадку утворюється короткозамкнений виток. З метою підвищення механічної міцності котушку можна просочити епоксидним клеєм.

Для джерела звукових сигналів слід застосувати високоомні головні телефони з максимальною опором (близько 2000 Ом). Підійде, наприклад, широко відомий телефон ТА-4 або ТОН-2.

Як джерело живлення В1 можна використовувати, наприклад, батарейку «Крона» або дві батарейки типу 3336Л, з'єднані послідовно.

У стабілізаторі напруги ємність електролітичного конденсатора С6 може становити від 20 до 50 мкФ, а конденсатора С7 - від 3 300 до: 68 000 пФ. Напруга на виході стабілізатора, рівне 5 В, встановлюється підлаштування резистором R4. Така напруга буде підтримуватися незмінним навіть при значній розрядці батарей.

Необхідно відзначити, що мікросхема К155ЛАЗ розрахована на живлення від джерела постійного струму напругою 5 В. Тому при бажанні зі схеми можна виключити блок стабілізатора напруги і використовувати як джерело живлення одну батарейку типу 3336Л або аналогічну їй, що дозволяє зібрати компактну конструкцію. Однак розрядка цієї батарейки дуже швидко позначиться на функціональні можливості даного металодетектора. Саме тому необхідний блок живлення, що забезпечує формування стабільного напруги 5 В.

Слід визнати, що в якості джерела живлення автор використовував чотири великі круглі батарейки імпортного виробництва, з'єднані послідовно. При цьому напруга 5 В формувалося інтегральним стабілізатором типу 7805.

Плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому зручному пластмасовому або дерев'яному корпусі. На кришці корпусу встановлюються змінний конденсатор С2, вимикач S1, а також роз'єми для підключення пошукової котушки L2 і головних телефонів BF1 (ці роз'єми і вимикач S1 на принциповій схемі не вказані).

налагодження

Як і при регулюванні інших металошукачів, даний прилад слід налаштовувати в умовах, коли якийсь металевий предмет віддалені від пошукової котушки L2 на відстань не менше одного метра.

Спочатку за допомогою частотоміра або осцилографа необхідно налаштувати робочі частоти опорного і вимірювального генераторів. Частота опорного генератора встановлюється рівною приблизно 465 кГц регулюванням сердечника котушки L1 і, при необхідності, підбором ємності конденсатора С1. Перед регулюванням потрібно від'єднати відповідний висновок конденсатора С3 від діодів детектора і конденсатора С4. Далі потрібно від'єднати відповідний висновок конденсатора С4 від діодів детектора і від конденсатора С3 і регулюванням конденсатора С2 встановити частоту вимірювального генератора так, щоб її значення відрізнялося від частоти опорного генератора приблизно на 1 кГц.

Після відновлення всіх з'єднань металошукач готовий до роботи.

Порядок роботи

Проведення пошукових робіт за допомогою розглянутого металодетектора не має будь-яких особливостей. При практичному використанні приладу слід змінним конденсатором С2 підтримувати необхідну частоту сигналу биття, яка змінюється при розряді батареї, зміні температури навколишнього середовища або девіації магнітних властивостей грунту.

Якщо в процесі роботи частота сигналу в головних телефонах зміниться, то це свідчить про наявність в зоні дії пошукової котушки L2 будь-якого металевого предмета. При наближенні до деяких металів частота сигналу биття буде збільшуватися, а при наближенні до інших - зменшуватися. За зміною тону сигналу биття, маючи певний досвід, можна легко визначити, з якого металу, магнітного або немагнітного, виготовлений виявлений предмет.

3.2. Простий металошукач на мікросхемі К176ЛЕ5

Як вже зазначалося раніше, серед початківців радіоаматорів великою популярністю користуються схеми металодетекторів, які працюють за принципом аналізу частоти сигналу биття, що виникає при змішуванні двох близьких по частоті сигналів (принцип BFO). Такі прилади прості у виготовленні і налагодженні, про що можна судити, ознайомившись з наступною конструкцією.

Принципова схема

Як і в металодетектори, розглянутому в попередньому розділі, даний прилад зібраний всього на одній мікросхемі (рис. 3.2). Однак відмінності полягають не тільки в іншому типі використовуваної мікросхеми, але і в схемотехніці опорного і вимірювального генераторів. Дещо інше побудова схеми дозволило обійтися без конденсатора змінної ємності, а також використовувати всього одну котушку індуктивності.

Мал. 3.2. Принципова схема металошукача на мікросхемі К176ЛЕ5


Основу приладу складають вимірювальний і опорний генератори, детектор коливань ВЧ і схема індикації.

Як і в згаданій конструкції, в розглянутому приладі використані два простих генератора, виконані на елементах мікросхеми IC1. При цьому перший генератор, який є опорним, зібраний на елементах IC1.1 і IC1.2, а другий, вимірювальний або перебудовується генератор виконаний на елементах IC1.3 і IC1.4.

Робоча частота опорного генератора залежить від сумарного опору резисторів R1 і R2, а також від ємності конденсатора С1. Підлаштування резистором R1 забезпечується грубе, а змінним резистором R2 - плавну зміну частоти генератора. Частота вимірювального генератора залежить від ємності конденсатора С2 і індуктивності котушки L1, яка є пошукової.

Виходи обох генераторів через розв'язують конденсатори С3 і С4 підключені до детектора ВЧ-коливань, виконаному на діодах D1 і D2 за схемою подвоєння випрямленої напруги.

З виходу детектора низькочастотний сигнал подається безпосередньо на головні телефони BF1. Конденсатор С5 забезпечує шунтування навантаження по вищим частотам.

При наближенні пошукової котушки L1 коливального контуру перебудовується генератора до металевого предмету її індуктивність змінюється, що викликає зміна робочої частоти генератора. Якщо поблизу котушки L1 знаходиться предмет з чорного металу, її індуктивність збільшується, що призводить до зменшення частоти вимірювального генератора. Кольоровий же метал зменшує індуктивність котушки L1, при цьому робоча частота генератора зростає.

ВЧ-сигнал, сформований в результаті змішування сигналів вимірювального і опорного генераторів після проходження через конденсатори С3 і С4, подається на детектор. При цьому амплітуда сигналу ВЧ змінюється з частотою биття.

Низькочастотна огинає ВЧ-сигналу виділяється детектором, виконаним на діодах D1 і D2. Конденсатор С5 забезпечує фільтрацію високочастотної складової сигналу. Далі сигнал биття надходить на головні телефони BF1.

Харчування на мікросхему IC1 подається від джерела В1 напругою 9 В.

Деталі та конструкція

Всі деталі простого транзисторного металошукача за винятком пошукової котушки L1, резисторів R1 і R2, роз'ємів Х1 і Х2 і вимикача S1 ​​розташовані на друкованій платі розмірами 80х22 мм, виготовленої з одностороннього фольгованого гетинаксу або текстоліту.

До деталей, що застосовуються в цьому пристрої, не пред'являються будь-які особливі вимоги. Природно, рекомендується використовувати будь-які малогабаритні конденсатори і резистори, які без проблем можна розмістити на друкованій платі (рис. 3.3).

Мал. 3.3. Друкована плата (а) і розташування елементів (б) металошукача на мікросхемі К176ЛЕ5


В даному приладі крім мікросхеми К176ЛЕ5 можна використовувати мікросхеми К176ЛА7, К176ПУ1, К176ПУ2, К561ЛА7, К564ЛА7 або К564ЛН2.

Підлаштування резистор R1 може бути типу СП5-2, а змінний резистор R2 - типу СПО-0,5 (цілком підійдуть і інші малогабаритні резистори), конденсатор С6 - типу К50-12 або будь-який інший на номінальну напругу не менше 10 В. Решта конденсатори можуть бути будь-якими малогабаритними керамічними, наприклад типу КМ-6.

Для виготовлення котушки L1 рекомендується використовувати відрізок мідного або алюмінієвого трубки з внутрішнім діаметром 8-10 мм і довжиною близько 630 мм. Всередині трубки слід протягнути джгут з 20 відрізків дроту ПЕЛШО діаметром 0,5 мм, попередньо простягнутих в полихлорвиниловую трубку. Дюралюмінієву трубку з розташованими в ній проводами треба зігнути за шаблоном в кільце діаметром близько 200 мм. Кінець дроту, який є початком першого витка, слід припаяти до одного з висновків конденсатора С2, початок другого витка - до кінця першого витка і так далі. Кінець останнього витка припаивается до другого висновку конденсатора С2. В результаті вийде котушка, яка містить 20 витків. При виготовленні котушки L1 потрібно особливо стежити за тим, щоб не сталося замикання кінців екранує трубки, оскільки в цьому випадку утворюється короткозамкнений виток.

Для виготовлення екрана можна використовувати і звичайну алюмінієву фольгу. В цьому випадку додаткову жорсткість конструкції котушки L1 можна надати, якщо розташувати її між двома дисками з фанери або гетинаксу відповідних розмірів.

Як джерело звукових сигналів рекомендується застосовувати будь-які високоомні головні телефони з опором близько 2000 Ом. Підійде широко відомий телефон ТА-4 або ТОН-2.

Джерелом живлення В1 може служити батарейка «Крона» або дві батарейки типу 3336Л, з'єднані послідовно.

Друкована плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому зручному пластмасовому або дерев'яному корпусі. На кришці корпусу встановлюються підлаштування резистор R1 і змінний резистор R2, роз'єм Х1 для підключення головних телефонів BF1, а також вимикач S1.

Пошукова котушка L1 розташовується на кінці будь-якій зручній ручки.

налагодження

Налагодження розглянутого металошукача слід проводити в умовах, коли якийсь металевий предмет віддалені від пошукової котушки L1 на відстань не менше одного метра.

Спочатку необхідно налаштувати робочі частоти опорного і вимірювального генераторів, попередньо встановивши движки резисторів R1 і R2 в середнє положення. Установку частот бажано контролювати за допомогою частотоміра або осцилографа.Частота опорного генератора грубо встановлюється регулюванням резистора R1, а точніше - змінним резистором R2. При необхідності можна підібрати ємність конденсатора С1. Перед виконанням цієї регулювання потрібно від'єднати відповідний висновок конденсатора С3 від діодів детектора і від конденсатора С4. Далі, від'єднавши відповідний висновок конденсатора С4 від діодів детектора і від конденсатора С3, підбором ємності конденсатора С2 слід вибрати частоту вимірювального генератора так, щоб її значення відрізнялося від частоти опорного генератора приблизно на 500-1000 Гц.

На жаль, вибрати більш низьку частоту биття для отримання високої чутливості неможливо по ряду причин. По-перше, при таких близьких частотах двох генераторів можливий «захоплення» частоти одного генератора іншим, що призведе до їх взаємної синхронізації. А по-друге, на сигнали низьких частот биття, на яких досягається максимальна чутливість (наприклад, при частоті биття 1-10 Гц) головні телефони практично не реагують.

Після відновлення всіх з'єднань обертанням движка резистора R1 слід домогтися найбільш низького тону в головних телефонах.

При появі перешкод або збоїв в роботі приладу, обумовлених взаємним впливом генераторів, між висновками 7 і 14 мікросхеми IC1 рекомендується впаяти конденсатор ємністю 0,01-0,1 мкФ.

Порядок роботи

При практичному використанні приладу необхідну частоту сигналу биття слід підтримувати змінним резистором R2. Частота биття може змінюватися під впливом різних факторів (наприклад, при зміні температури навколишнього середовища, девіації магнітних властивостей грунту або розряді батареї).

Якщо в процесі роботи в зоні дії пошукової котушки L1 виявиться якийсь металевий предмет, то частота сигналу в телефонах зміниться. При наближенні до деяких металів частота сигналу биття буде збільшуватися, а при наближенні до інших - зменшуватися. За зміною тону сигналу биття, маючи певний досвід, можна легко визначити, з якого металу, магнітного або немагнітного, виготовлений виявлений предмет.

3.3. Простий металошукач на мікросхемі К561ЛЕ5

Крім розглянутих в попередніх розділах даної глави металодетекторів існують і інші варіанти пристроїв на мікросхемах, робота яких заснована на принципі биття. Одна з таких конструкцій створена на базі металошукача, розробленого І. Нечаєвим з м Курська (З докладним описом приладу І. Нечаєва можна ознайомитися в журналі «Радіо» № 1 за 1987 рік).

Принципова схема

Як уже згадувалося, що розглядається металодетектор є один з численних варіантів приладу типу BFO (Beat Frequency Oscillator), тобто є пристроєм, в основу якого покладено принцип аналізу биття двох частот. При цьому в даній конструкції оцінка зміни частоти здійснюється на слух.

Основу схеми цього приладу складають вимірювальний і опорний генератори, змішувач і схема акустичної індикації (рис. 3.4). Опорний і вимірювальний генератори виконані на елементах мікросхеми IC1.

Мал. 3.4. Принципова схема металошукача на мікросхемі К561ЛЕ5


Опорний генератор зібраний на елементі IC1.1. Негативний зворотний зв'язок по постійному струму між виходом (висновок 3) і входом (висновки 1, 2) даного елемента здійснюється через резистор R1 і котушку індуктивності L1. Параметри котушки L1 і резистора R1 обрані так, що елемент працює на лінійній ділянці передавальної характеристики. Таким чином створюються умови для порушення каскаду на частоті приблизно 100 кГц, яка визначається параметрами елементів контуру L1C1С2C3. Елемент IC1.1 володіє високим вхідним опором, тому добротність контуру і стабільність частоти генератора порівняно високі. Резистор R3 послаблює шунтуючі вплив вихідного опору елемента на контур. При необхідності частоту коливань опорного генератора можна змінювати в невеликих межах конденсатором змінної ємності С2.

Вимірювальний генератор виконаний за аналогічною схемою на елементі IC1.2. При цьому робоча частота даного генератора визначається параметрами елементів контуру L2C4С5. Котушка L2 є пошукової. При наближенні пошукової котушки L2 коливального контуру перебудовується генератора до металевого предмету її індуктивність змінюється, що викликає зміна робочої частоти генератора.

Коливання з опорного і вимірювального генераторів надходять на входи елемента IC1.3, що виконує функції змішувача сигналів. В результаті на виході елемента IC1.3 будуть присутні не тільки сигнали основних частот генераторів, але і сигнали гармонійних складових різницевих і сумарних частот. Одним з найбільш потужних буде сигнал різницевої частоти, який виділяється на резисторі R4. Решта сигнали придушуються фільтром, до складу якого входять резистор R3 і конденсатор C6.

Вихідний сигнал через регулятор гучності R4 подається безпосередньо на головні телефони BF1. Використовувати додатковий низькочастотний підсилювач не потрібно, оскільки амплітуда вихідного сигналу елемента IC1.3 становить кілька вольт.

Харчування на мікросхему IC1 подається від джерела В1 напругою 9 В.

Деталі та конструкція

Для виготовлення даного металошукача можна використовувати будь-яку макетну плату. Тому до використовуваних деталей не пред'являються будь-які обмеження, пов'язані з габаритними розмірами.

У статті І. Нечаєва рекомендується розташувати деталі даного металодетектора (за винятком пошукової котушки L2, резистора R4, роз'єму Х1 і вимикача S1) на друкованій платі розмірами 60х55 мм (рис. 3.5), виготовленої з одностороннього фольгованого гетинаксу або текстоліту.

Мал. 3.5. Друкована плата (а) і розташування елементів (б) металошукача на мікросхемі К561ЛЕ5


Невикористані вхідні висновки четвертого елемента мікросхеми IC1 необхідно з'єднати з загальним проводом.

В даному приладі можна використовувати мікросхеми серій К176, К561, К564, що містять не менше трьох логічних елементів «або - не» чи «і - НЕ», наприклад типу К561ЛЕ5, К561ЛА7, К561ЛА9 або К561ЛЕ10.

Як конденсатора С2 рекомендується використовувати будь-який конденсатор змінної ємності від малогабаритного радіоприймача. Максимальна ємність цього конденсатора повинна бути не менше 150 пФ. Решта конденсатори можуть бути будь-якими малогабаритними керамічними, наприклад типу КЛС, КМ або КТ. Необхідно відзначити, що для підвищення термостабільності пристрою конденсатори С1, С3-С5 повинні мати ТКЕ не гірше М750 або М1500.

Постійні резистори можуть бути будь-якими малогабаритними, наприклад типу МЛТ-0,125. Змінний резистор R4 може мати опір від 10 до 68 кОм. При цьому в якості такого регулятора не рекомендується використовувати резистори, механічно з'єднані з вимикачем харчування S1.

Котушка L1 контуру опорного генератора може бути виконана на каркасі від котушки контуру ПЧ будь-якого малогабаритного транзисторного приймача. Наприклад, в металодетектори І. Нечаєва ця котушка намотана на трисекційних каркасі контуру ПЧ радіоприймача «Сокіл-403». При цьому котушка L1 поміщена в броньовий сердечник діаметром 8,6 мм з фериту 600НН з подстроечніком діаметром 2,8 і довжиною 12 мм з такого ж фериту. Котушка L1 містить 200 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,09 мм.

Для виготовлення пошукової котушки L2 рекомендується використовувати відрізок мідного або алюмінієвого трубки з внутрішнім діаметром 6-8 мм і довжиною близько 950 мм. Всередині трубки слід протягнути джгут з 18 відрізків проводу МГТФ діаметром 0,07 мм, попередньо простягнутих в полихлорвиниловую трубку. Дюралюмінієву трубку з розташованими в ній проводами треба зігнути за шаблоном в кільце діаметром близько 300 мм. Кінець дроту, який є початком першого витка, слід припаяти до відповідного висновку конденсатора С4, початок другого витка - до кінця першого витка і так далі. Кінець останнього витка припаивается до відповідного висновку конденсатора С5. В результаті вийде котушка, яка містить 18 витків і має індуктивність приблизно 350 мкг.

При виготовленні котушки L2 потрібно особливо стежити за тим, щоб не сталося замикання кінців екранує трубки, оскільки в цьому випадку утворюється короткозамкнений виток.

Замість тонкостінної трубки для виготовлення екрана можна використовувати і звичайну алюмінієву фольгу. В цьому випадку додаткову жорсткість конструкції котушки L2 можна надати, якщо розташувати її між двома дисками з фанери або гетинаксу відповідних розмірів.

Як джерело звукових сигналів слід використовувати високоомні головні телефони з максимальною опором (близько 2000 Ом). Підійдуть, наприклад, широко відомі телефони ТА-4 або ТОН-2. При використанні низькоомних телефонів металошукач слід доповнити каскадом на транзисторі КТ315Б, встановивши резистор R3 опором 10 кому, а конденсатор С6 - ємністю 1000 пФ.

Як джерело живлення В1 можна використовувати, наприклад, батарейку «Крона» або дві батарейки типу 3336Л, з'єднані послідовно.

Друкована плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому зручному металевому корпусі. На кришці корпусу встановлюються змінний резистор R4, роз'єм Х1 для підключення головних телефонів BF1, роз'єм Х2 для підключення пошукової котушки L2 і вимикач S1.

налагодження

Як і при регулюванні інших металошукачів, налагодження даного приладу слід проводити в умовах, коли якийсь металевий предмет віддалені від пошукової котушки L2 на відстань не менше одного метра.

Спочатку необхідно налаштувати робочу частоту опорного генератора. Для цього спочатку частота опорного генератора встановлюється рівною робочій частоті вимірювального генератора за допомогою регулювання положення підлаштування сердечника котушки L1 до повного зникнення звукового сигналу в головних телефонах, тобто до установки нульових биття. Попередньо ротор конденсатора С2 слід встановити приблизно в середнє положення. В результаті при незначному повороті ручки конденсатора С2 в будь-яку сторону в телефонах повинен з'являтися звук низького тону. При необхідності для настройки частоти опорного генератора можна скористатися частотоміром або осцилографом.

Рекомендована різниця частот опорного і вимірювального генераторів повинна становити 400-500 Гц. При цьому частота опорного генератора повинна бути вище частоти вимірювального генератора. Вибір такого високого значення різницевої частоти пояснюється тим, що обидва генератора, опорний і вимірювальний, виконані на елементах одного загального кристала мікросхеми, і тому між ними неминуче виникають паразитні зв'язку, усунути які практично неможливо. Цей факт і змушує використовувати в даному металошукачі биття частотою більш 100-300 Гц, що неминуче призводить до зниження його чутливості.

Порядок роботи

При безпомилковому монтажі, справних деталях і правильному регулюванні розглянутий металошукач готовий до роботи відразу після закінчення настройки.

Перед початком пошукових робіт конденсатором С2 бажано встановити можливо меншу частоту биття. Це дозволить підвищити чутливість приладу, оскільки забезпечить реєстрацію навіть невеликих змін частоти вимірювального генератора. Однак дуже низьку частоту биття вибрати не вдасться, тому що на ній гучність звуку в телефонах різко знизиться.

Якщо в процесі роботи частота сигналу в головних телефонах зміниться, то це свідчить про наявність в зоні дії пошукової котушки L2 будь-якого металевого предмета. При наближенні котушки до предметів з магнітних металів (наприклад з заліза, фериту або нікелю) частота сигналу биття буде збільшуватися, а при наближенні до предметів з немагнітних металів (наприклад з алюмінію, міді або латуні) - зменшуватися. За зміною тону сигналу биття, маючи певний досвід, можна легко визначити, з якого металу, магнітного або немагнітного, виготовлений виявлений предмет.

Рівень гучності сигналу в головних телефонах регулюється резистором R4.

3.4. Металошукач з підвищеною чутливістю

Однією з особливостей всіх металодетекторів типу BFO (Beat Frequency Oscillator), розглянутих у попередніх розділах цієї глави, а також деяких пристроїв, про які буде розказано далі, є те, що опорний і зразковий генератори цих приладів конструктивно виконані на елементах однієї мікросхеми.

Слід визнати, що крім певних переваг (наприклад простоти схеми, температурної стабілізації) такі конструкції мають і ряд недоліків. Головним з них є виникнення паразитних зв'язків між окремими елементами всередині кристалу мікросхеми, усунути які практично неможливо. Саме тому в таких металошукачі доводиться вибирати частоту биття більш 100-300 Гц, що неминуче призводить до зниження його чутливості.

Спроба позбавити детектори металевих предметів, які працюють на основі аналізу сигналу биття, хоча б від зазначених недоліків була зроблена при створенні пристрою, в основу якого була покладена схема, опублікована в вітчизняних та зарубіжних виданнях в середині 90-х років минулого століття.

Принципова схема

Пропонована конструкція являє собою один з численних варіантів металодетекторів типу BFO (Beat Frequency Oscillator), тобто є пристроєм, в основу якого покладено принцип аналізу биття двох сигналів, близьких по частоті. При цьому в даній конструкції оцінка зміни частоти биття здійснюється на слух.

Основу схеми цього приладу (рис. 3.6) складають вимірювальний і опорний генератори, змішувач, НЧ-фільтр, аналізатор і схема акустичної індикації.

Мал. 3.6. Принципова схема металошукача з підвищеною чутливістю


Вимірювальний і опорний генератори представляють собою два простих LC-генератора, виконаних на елементах мікросхем IC1 і IC2. При цьому опорний генератор зібраний на елементі IC1.1, а вимірювальний або перебудовується генератор - на елементі IC2.1.

Частота коливань опорного генератора визначається параметрами елементів його контуру, тобто индуктивностью котушки L1 і ємностями конденсаторів С1, С2. Значення вказаних параметрів обрані таким чином, щоб робоча частота опорного генератора була близько 100 кГц. Коливальний контур вимірювального генератора утворений пошукової котушкою L2 і конденсаторами С3-С5. Робоча частота цього генератора близька до частоті опорного генератора і може бути незначно змінена регулюванням конденсатора змінної ємності С3. Елементи IC1.2 і IC2.2 виконують функцію каскадів, що забезпечують розв'язку між генераторами по змінній напрузі.

З виходів обох генераторів сигнали ВЧ подаються на змішувач, виконаний на елементі IC3.1, на виході якого формуються коливання з сумарними і різницевими частотами генераторів і їх гармонік, що надходять на схему НЧ-фільтра.

На відміну від багатьох інших металошукачів типу BFO в пропонованому приладі для виділення сигналів різницевої (звуковий) частоти застосований фільтр низьких частот, який зібраний на елементах R3 і C6. Далі сигнал НЧ подається на аналізатор.

Як відомо, чутливість детекторів металевих предметів, які оцінюють частоту сигналу биття, в значній мірі залежить від того, сигнал якої найнижчої частоти може бути зареєстрований цим пристроєм. Найкращою чутливістю володіють металошукачі, щоб забезпечити аналіз биття частотою в декілька герц. Однак прослухати такий сигнал безпосередньо на головні телефони неможливо в зв'язку з обмеженим робочим діапазоном частот телефонних капсулів.

Досить часто розробники вдаються до найпростішого вирішення даної проблеми, а саме: просто збільшують частоту сигналу биття за допомогою різних умножителей. Один з варіантів схеми подвоєння частоти (точніше, перетворення синусоїдального сигналу в послідовність імпульсів подвоєною частоти) вже був розглянутий в попередньому розділі при описі транзисторного металошукача з підвищеною чутливістю.

В аналізаторі даного металодетектора для збільшення частоти сигналу биття застосована схема, що забезпечує перетворення синусоїдального (майже трикутного) сигналу в короткі імпульси з подвоєною частотою проходження. Для цього використовується компаратор напруги, виконаний на елементах IC3.2-IC3.4. За один період частоти биття компаратор двічі перемикається з одного логічного стану в інше, після чого формуються їм прямокутні імпульси диференціюються ланцюгом C7R8 і далі через конденсатор С7 подаються на регулятор гучності R8. В результаті на головні телефони BF1, підключені до гнізда Х2, надходять короткі імпульси напруги подвоєною частоти.

Живлення приладу здійснюється від джерела В1 напругою 9 В. При цьому мікросхеми IC1 і IC2 металошукача харчуються від джерела постійного струму через розв'язують фільтри R6C8 і R7C9.

Деталі та конструкція

Всі деталі розглянутого металошукача (за винятком пошукової котушки L2, резистора R8, конденсатора С3, роз'ємів Х1 і Х2, а також вимикача S1) розташовані на друкованій платі розмірами 80х60 мм, виготовленої з двостороннього фольгованого гетинаксу або текстоліту (рис. 3.7). При цьому монтаж елементів виконується з боку провідників, а фольга з іншого боку грає роль екрану.

Мал. 3.7. Друкована плата (а) і розташування елементів (б) металошукача з підвищеною чутливістю


До деталей, що застосовуються в цьому пристрої, не пред'являються будь-які особливі вимоги. Рекомендується використовувати будь-які малогабаритні конденсатори і резистори, які без проблем можна розмістити на друкованій платі.

Конденсатор С3 повинен мати максимальну місткість 180-240 пФ. Можна використовувати будь-який конденсатор настройки від малогабаритного радіоприймача (наприклад типу КП-180). Для підвищення термостабільності бажано, щоб конденсатори С1, С2, С4 і С5 мали ТКЕ не гірше М1500. Постійні резистори можуть бути, наприклад, типу МЛТ-0,125.

Мікросхеми типу К561ЛЕ5 можна замінити мікросхемами К176ЛЕ5, К176ЛА7 або К561ЛА7.

Котушка L1 містить 30 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,08 мм. Для її намотування рекомендується використовувати каркас від котушки контуру ПЧ транзисторного радіоприймача (наприклад, «Альпініст-407» або аналогічного).

Пошукова котушка L2 містить 100 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,6 мм і виконана у вигляді тора з внутрішнім діаметром 240-250 мм. Цю котушку простіше виготовити на жорсткому каркасі, проте можна обійтися і без нього. В такому випадку в якості тимчасового каркаса можна використовувати будь-який відповідний за розмірами круглий предмет, наприклад банку. Витки котушки намотуються внавал, після чого знімаються з каркаса і екрануються електростатичний екран, для виготовлення якого поверх джгута витків намотується стрічка з алюмінієвої фольги. Щілина між початком і кінцем намотування стрічки (зазор між кінцями екрану) повинна становити близько 10 мм.

При виготовленні котушки L2 потрібно особливо стежити за тим, щоб не сталося замикання кінців екранує стрічки, оскільки в цьому випадку утворюється короткозамкнений виток. Для підвищення механічної міцності котушку перед екрануванням можна просочити епоксидним клеєм.

До висновків котушки слід підпаяти провідники двожильного екранованого кабелю довжиною близько метра, на іншому кінці якого встановлюється роз'єм типу СШ-3 або будь-який інший відповідний малогабаритний роз'єм. Оплетку кабелю необхідно з'єднати з екраном котушки. У робочому положенні роз'єм котушки підключається до відповідної частини роз'єму, розташованої на корпусі приладу.

Харчування металошукача з підвищеною чутливістю здійснюється від джерела В1 напругою 9 В. В якості такого джерела можна використовувати, наприклад, батарейку «Крона» або дві батарейки типу 3336Л, з'єднані послідовно.

Друкована плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому зручному металевому корпусі. На кришці корпусу встановлюються конденсатор С3, змінний резистор R8, роз'єм Х1 для підключення пошукової котушки L2, вимикач S1 і роз'єм Х2 для підключення головних телефонів BF1.

налагодження

Розглянутий металошукач слід налаштовувати в умовах, коли якийсь металевий предмет віддалені від пошукової котушки L2 на відстань не менше 1,5 м. Безпосередню настройку приладу потрібно почати з вибору потрібної частоти биття. Для цього рекомендується скористатися осцилографом або цифровим частотоміром.

При роботі з осцилографом його пробник необхідно підключити до входу НЧ-фільтра (висновок IC3 / 3). Осцилограма в цій точці нагадує осциллограмму модулированного ВЧ-сигналу. Далі, підлаштовуючи котушку L1 і при необхідності підбираючи ємності конденсаторів С1 і С2, потрібно домогтися того, щоб частота модуляції (частота биття) була б дорівнює приблизно 5-10 Гц.

При використанні цифрового частотоміра для настройки металошукача частотомер слід підключити спочатку до висновку 1 мікросхеми IC3, а потім - до висновку 2 цієї ж мікросхеми. Змінюючи параметри зазначених раніше елементів (індуктивність котушки L1, ємності конденсаторів С1 і С2), необхідно домогтися того, щоб різниця частот сигналів в зазначених точках становила також приблизно 5-10 Гц.

Підібрати потрібну частоту биття можна і без осцилографа і частотоміра. В такому випадку зазвичай буває досить налаштувати робочу частоту опорного генератора. Для цього до виходу елемента IC3.1 (висновок IC3 / 3) потрібно підключити високоомні телефони (наприклад ТОН-2), а потім, регулюючи підлаштування сердечник котушки L1, домогтися появи в головних телефонах звукового сигналу. При цьому ротор конденсатора С3 повинен бути встановлений в середнє положення. Потім, обертаючи підлаштування сердечник котушки L1, необхідно встановити режим, при якому в телефонах будуть прослуховуватися клацання, що випливають із частотою в декілька герц. Після настройки генератора підлаштування сердечник котушки L1 бажано зафіксувати за допомогою краплі клею.

Далі необхідно налаштувати компаратор напруги. Для цього потрібно підібрати величину резистора R9, показаного на рис. 3.6 штриховими лініями. Його опір може бути в межах від 300 кОм до 1 МОм. Необхідно відзначити, що резистор R9 слід включити між висновками 5, 6 елемента IC3.2 і загальним проводом при наявності на виході компаратора (висновки IC3 / 10,11) напруги високого рівня.

Порядок роботи

При практичному використанні даного приладу слід змінним конденсатором С3 підтримувати необхідну частоту сигналу биття, яка може змінюватися під впливом різних факторів (наприклад при зміні магнітних властивостей грунту, температури навколишнього середовища або розряді батареї).

Якщо в процесі роботи в зоні дії пошукової котушки L2 виявиться якийсь металевий предмет, то частота клацань в головних телефонах зміниться. При наближенні до одних металів вона буде збільшуватися, а при наближенні до інших - зменшуватися. За зміною частоти клацань, маючи певний досвід, можна легко визначити, з якого металу, магнітного або немагнітного, виготовлений виявлений предмет.

Гучність клацань регулюється змінним резистором R8.

3.5. Металошукач на мікросхемі К176ЛП2

Простий і в той же час надійний і ефективний металошукач BFO, що працює за принципом оцінки змін частоти сигналу биття, можна зібрати всього на одній мікросхемі К176ЛП2. В основу даного приладу була покладена конструкція, яку ще на початку 90-х років минулого століття запропонував Р. Скетеріс з литовського міста Паневежис.

Принципова схема

Відмінною особливістю даного детектора металевих предметів є не тільки застосування мікросхеми типу К176ЛП2, але також і схемотехнічні рішення, використані при розробці генераторів і аналізатора (рис. 3.8). При цьому в даній конструкції оцінка зміни частоти сигналу биття здійснюється на слух.

Мал. 3.8. Принципова схема металошукача на мікросхемі К176ЛП2


Основу даного пристрою становлять опорний і вимірювальний генератори, змішувач і схема акустичної індикації.

У розглянутій конструкції використані два простих LC-генератора, виконані на елементах мікросхеми IC1. Схема технічні рішення цих генераторів практично ідентичні. При цьому перший генератор, який є опорним, зібраний на елементі IC1.1, а другий, вимірювальний або перебудовується генератор, виконаний на елементі IC1.2.

Робоча частота опорного генератора визначається параметрами елементів, що утворюють його коливальний контур, тобто ємностями конденсаторів С1 і С2, а також індуктивністю котушки L1. У контурі вимірювального генератора використовуються конденсатор С4 і пошукова котушка L2. При цьому обидва генератора налаштовані на робочу частоту приблизно 100 кГц.

При наближенні пошукової котушки L2 коливального контуру перебудовується генератора до металевого предмету її індуктивність змінюється, що викликає зміна робочої частоти генератора. При цьому, якщо поблизу котушки L2 знаходиться предмет з чорного металу, її індуктивність збільшується, що призводить до зменшення частоти генератора. Кольоровий метал зменшує індуктивність котушки L2, а робоча частота генератора зростає.

З виходів генераторів коливання ВЧ подаються на відповідні входи змішувача, виконаного на елементі IC1.3 (висновки IC1 / 5,6). Навантаженням змішувача є резистор R5, який одночасно виступає в ролі регулятора гучності.

Потім сигнал низької частоти через резистор R6 і конденсатор С8 надходить на підсилювач НЧ, зібраний на елементі IC1.4, і далі - на головні телефони BF1.

Харчування на мікросхему IC1 подається від джерела В1 напругою 9 В через фільтр, утворений конденсаторами С10 і С11.

Деталі та конструкція

Всі деталі розглянутого металошукача (за винятком пошукової котушки L2, резистора R5, роз'ємів Х1 і Х2, а також вимикача S1) розміщені на друкованій платі розмірами 50х50 мм (рис. 3.9), виготовленої з одностороннього фольгованого гетинаксу або текстоліту.

Мал. 3.9. Друкована плата (а) і розташування елементів (б) металошукача на мікросхемі К176ЛП2


До деталей, що застосовуються в цьому пристрої, не пред'являються будь-які особливі вимоги. Рекомендується використовувати будь-які малогабаритні конденсатори і 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-0125). Конденсатори С2-С7 можуть бути типу КТ-1, конденсатори С8-С10 - типу КМ-4 або К10-7В, а конденсатор С11 - типу К50-6.

Як конденсатора С1 рекомендується використовувати будь-який конденсатор змінної ємності від малогабаритного радіоприймача (наприклад від транзисторного приймача «Мир»). Можна використовувати і Конденсатори підлаштування типу КПК-3 ємністю 25-150 пФ. Максимальна ємність конденсатора С1 повинна бути не менше 150 пФ.

Змінний резистор R5 може бути будь-яким малогабаритним, проте в якості такого регулятора не рекомендується використовувати резистори, механічно з'єднані з вимикачем харчування S1.

Котушка L1 контуру опорного генератора виконана на каркасі з кільцевого муздрамтеатру типу 600НН К8х6х2 і містить 180 витків дроту ПЕЛШО діаметром 0,14 мм, які рівномірно намотуються по всьому периметру муздрамтеатру.

Пошукова котушка L2 містить 100 витків дроту ПЕЛШО діаметром 0,27 мм і виконана у вигляді кільця діаметром 230-250 мм. Цю котушку простіше виготовити на жорсткому каркасі, проте 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 електростатичний екран, що представляє незамкнуту 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 кінців екранує стрічки, оскільки в цьому випадку утворюється короткозамкнений виток. Для захисту від пошкоджень фольгу можна обмотати одним-двома шарами ізоляційної стрічки.

Джерелом звукових сигналів можуть служити високоомні головні телефони типу ТОН-2, ТА-4 або аналогічні.

Як джерело живлення В1 можна використовувати, наприклад, батарейку «Крона» або дві батарейки типу 3336Л, з'єднані послідовно.

Друкована плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому зручному металевому корпусі. На кришці корпусу встановлюються змінний резистор R5, роз'єм Х1 для підключення головних телефонів BF1, роз'єм Х2 для підключення пошукової котушки L2 і вимикач S1.

налагодження

Даний прилад слід налаштовувати в умовах, коли якийсь металевий предмет віддалені від пошукової котушки L2 на відстань не менше 1,5 м.

За допомогою частотоміра або осцилографа необхідно налаштувати робочі частоти опорного і вимірювального генераторів. Частота опорного генератора встановлюється рівною приблизно 100 кГц підбором ємності конденсатора С2 і при необхідності регулюванням сердечника котушки L1. Попередньо ротор конденсатора С1 слід встановити приблизно в середнє положення. Далі підбором ємності конденсатора С4 частота вимірювального генератора вибирається так, щоб її значення відрізнялося від частоти опорного генератора приблизно на 500-1000 Гц.

На цьому процес настройки приладу закінчується.

Порядок роботи

При практичному використанні даного приладу слід змінним конденсатором С1 підтримувати необхідну частоту сигналу биття, яка може змінюватися під впливом різних факторів (наприклад при зміні магнітних властивостей грунту, температури навколишнього середовища або розряді батареї).

Якщо в процесі роботи в зоні дії пошукової котушки L2 виявиться якийсь металевий предмет, то частота сигналу в телефонах зміниться. При наближенні до одних металів частота сигналу биття буде збільшуватися, при наближенні до інших - зменшуватися. За зміною тону сигналу биття, маючи певний досвід, можна легко визначити, з якого металу, магнітного або немагнітного, виготовлений виявлений предмет.

За допомогою даного приладу дрібні предмети (наприклад монету середніх розмірів) можна виявити на глибині до 50 мм, а кришку каналізаційного люка - на глибині до 0,4 м.

3.6. Металошукач на трьох мікросхемах

У попередніх розділах даної глави, при розгляді конструкцій металодетекторів типу BFO (Beat Frequency Oscillator), в яких опорний і вимірювальний генератори були зібрані на елементах однієї мікросхеми, вже відзначалися недоліки, властиві подібним схемотехническим рішенням. 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 биття більш 100-300 Гц, що неминуче призводить до зниження чутливості приладу. Тому все більш популярними стають пристрої, що працюють на основі аналізу сигналу биття, 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 покладено принцип аналізу биття двох сигналів, близьких по частоті. При цьому в даній конструкції оцінка зміни частоти биття здійснюється на слух.

Основу даного пристрою (рис. 3.10) складають опорний і вимірювальний генератори, що погоджують каскади, змішувач і схема акустичної індикації.

Мал. 3.10. Принципова схема металошукача на трьох мікросхемах


У розглянутій конструкції в якості опорного і вимірювального генераторів використані два простих LC-генератора. Схема технічні рішення цих генераторів практично ідентичні. При цьому опорний генератор зібраний на елементах 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, що утворюють його коливальний контур, тобто ємностями 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 змінній напрузі, а також послаблюють вплив змішувача на генератори.

З виходів буферних каскадів сигнали ВЧ через конденсатори С11 і С12 подаються на змішувач і далі на підсилювач коливань різницевої частоти, які виконані на мікросхемі IC3.

Потім сигнал биття 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 перебудовується 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. За зміною частоти сигналу биття в головних телефонах можна зробити висновок про появу в зоні дії пошукової котушки металевого предмета, а по збільшенню або зниження тону - з якого металу виготовлений виявлений предмет.

Деталі та конструкція

Всі деталі розглянутого металошукача (за винятком пошукової котушки L2, роз'ємів Х1 і Х2, а також вимикача S1) розташовані на друкованій платі розмірами 60х50 мм (рис. 3.11), виготовленої з одностороннього фольгованого гетинаксу або текстоліту.

Мал. 3.11. Друкована плата (а) і розташування елементів (б) металошукача на трьох мікросхемах


До деталей, що застосовуються в цьому пристрої, не пред'являються будь-які особливі вимоги. Рекомендується використовувати будь-які малогабаритні конденсатори і 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-0125). 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-який конденсатор змінної ємності від малогабаритного радіоприймача (наприклад, від транзисторного приймача «Планета»). Можна використовувати і Конденсатори підлаштування типу КПК-3 ємністю 25-150 пФ. Максимальна ємність конденсатора С1 повинна бути не менше 200 пФ.

Котушка L1 контуру опорного генератора виконана на каркасі з кільцевого муздрамтеатру типу 600НН К8х6х2 і містить 50 витків дроту ПЕЛШО діаметром 0,2 мм, які рівномірно намотуються по всьому периметру муздрамтеатру.

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, проте 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 електростатичний екран, що представляє незамкнуту 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 кінців екранує стрічки, оскільки в цьому випадку утворюється короткозамкнений виток. Для захисту від пошкоджень фольгу можна обмотати одним-двома шарами ізоляційної стрічки.

Джерелом звукових сигналів можуть служити високоомні головні телефони типу ТОН-2, ТА-4 або аналогічні.

Як джерело живлення В1 можна використовувати, наприклад, батарейку «Крона» або дві батарейки типу 3336Л, з'єднані послідовно.

Друкована плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому зручному металевому корпусі. На кришці корпусу встановлюються: роз'єм Х1 для підключення головних телефонів BF1, роз'єм Х2 для підключення пошукової котушки L2 і вимикач S1.

налагодження

Даний металошукач слід налаштовувати в умовах, коли якийсь металевий предмет віддалені від пошукової котушки L2 на відстань не менше 1,5 м.

Безпосередня настройка приладу полягає у виборі потрібної частоти биття. Для цього рекомендується скористатися осцилографом або цифровим 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 настройки приладу закінчується.

Порядок роботи

Практичне використання даного металодетектора не має суттєвих відмінностей від порядку роботи з іншими пристроями BFO, в яких оцінка наявності металевого предмета в зоні дії пошукової котушки здійснюється на слух.

Якщо в процесі роботи в зоні дії пошукової котушки L2 виявиться якийсь металевий предмет, то частота сигналу биття в головних телефонах зміниться. При наближенні до одних металів частота сигналу буде збільшуватися, при наближенні до інших - зменшуватися. За зміною тону сигналу биття, маючи певний досвід, можна легко визначити, з якого металу, магнітного або немагнітного, виготовлений виявлений предмет.

Змінним конденсатором С1 підтримується необхідна частота сигналу биття, яка може змінюватися під впливом різних факторів (наприклад при зміні магнітних властивостей грунту, 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.

3.7. Металошукач з кварцовою стабілізацією

Останнім часом на прилавках радіоринку можна знайти всілякі конструктори або набори комплектуючих деталей, придбавши які кожен охочий без особливих зусиль швидко збере найпростіший металодетектор. В процесі роботи над цією книгою автор мав задоволення ознайомитися з декількома дитячо-юнацькими конструкторами, які можна рекомендувати і дорослим.

Основою для одного з таких наборів послужила схема металодетектора, вперше опублікована в кінці 80-х років минулого століття і після цього з різними змінами і доповненнями не раз публікувалася в різних вітчизняних і зарубіжних виданнях.

Принципова схема

Розглянутий металодетектор є один з численних варіантів приладу типу BFO (Beat Frequency Oscillator), тобто є пристроєм, в основу якого покладено принцип аналізу биття двох частот. При цьому в даній конструкції оцінка зміни частоти здійснюється на слух.

Як відомо, в певній мірі підвищити чутливість металошукача типу BF0 можна, якщо вибрати значення частоти опорного генератора в 5-10 разів більше, ніж значення частоти вимірювального генератора. У цьому випадку оцінюється зміна частоти биття, які виникають між коливаннями основної частоти опорного генератора і найближчій по частоті гармонікою частоти вимірювального генератора. В результаті зміна частоти вимірювального генератора під впливом зовнішніх впливів за все на 10 Гц призводить до збільшення частоти різницевих коливань на 50-100 Гц.

Таким чином, при виборі частоти вимірювального генератора в межах 100-200 кГц частота опорного генератора повинна складати 500-2 000 кГц. Необхідно відзначити, що частота опорного генератора повинна бути стабілізована.

Основу схеми цього приладу (рис. 3.12) складають вимірювальний і опорний генератори, буферні каскади, змішувач і схема акустичної індикації.

Мал. 3.12. Принципова схема металошукача з кварцовою стабілізацією


Опорний генератор виконаний на елементах IC1.1 і IC1.2 мікросхеми IC1, його робоча частота стабілізована кварцовим резонатором Q1 (1 МГц). Вимірювальний або перебудовується генератор виконаний на елементах IC2.1 і IC2.2 мікросхеми IC2. Робоча частота цього генератора визначається параметрами елементів, що утворюють його коливальний контур, тобто ємностями конденсаторів С2, С3 і варикапа D1, а також індуктивністю котушки L1. При цьому зміна ємності варикапа D1 здійснюється за допомогою змінного резистора R2. Робоча частота вимірювального генератора знаходиться в межах 200-500 кГц.

Котушка L1 коливального контуру перебудовується генератора є пошуковою котушкою. При наближенні до металевого предмету індуктивність котушки змінюється, що призводить до зміни робочої частоти генератора і відповідно до зміни частоти биття.

Каскади, виконані на елементах IC1.3 і IC2.3, забезпечують розв'язку між генераторами по змінній напрузі, а також послаблюють вплив змішувача на генератори. З виходів буферних каскадів сигнали ВЧ подаються на змішувач, виконаний на елементі IC1.4. Далі сигнал биття надходить на головні телефони BF1. При цьому конденсатор С10 забезпечує фільтрацію високочастотної складової сигналу.

Харчування на схему подається від джерела В1 напругою 9 В через фільтр, утворений конденсаторами С8 і С9.

Деталі та конструкція

Всі деталі розглянутого приладу (за винятком пошукової котушки L1, резистора R2, роз'ємів Х1 і Х2, а також вимикача S1) розташовані на друкованій платі розмірами 50х50 мм (рис. 3.13), виготовленої з одностороннього фольгованого гетинаксу або текстоліту.

Мал. 3.13. Друкована плата (а) і розташування елементів (б) металошукача з кварцовою стабілізацією


До деталей, що застосовуються в цьому пристрої, не пред'являються будь-які особливі вимоги. Рекомендується використовувати будь-які малогабаритні конденсатори і 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-0125). Конденсатори С2, С3, С5 і С7 можуть бути типу КТ-1, конденсатори С4, С7, С8 і С10 - типу КМ-4 або К10-7В, а конденсатор С9 - типу К50-6.

Змінний резистор R2 може бути будь-яким малогабаритним, проте в якості такого регулятора не рекомендується використовувати резистори, механічно з'єднані з вимикачем харчування S1.

Кварцовий резонатор Q1 змонтований на окремій платі з склотекстоліти, закріпленої паралельно основній з боку деталей. Його частота може бути будь-який в межах 0,5-1,8 МГц. Однак в тому випадку, якщо буде використовуватися кварц з частотою резонансу більше 1 МГц, в деяких джерелах рекомендується між виходом буферного елемента IC2.3 (висновок IC2 / 10) і відповідним входом змішувача на елементі IC1.4 (висновок IC1 / 13) включити дільник частоти, що знижує зразкову частоту до 0,5-1 МГц. Такий дільник можна виконати на мікросхемі серії К176 або К561.

Пошукова котушка L1 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, проте 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 L1 екранується електростатичний екран, що представляє незамкнуту 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 L1 потрібно особливо стежити за тим, щоб не сталося замикання кінців екранує стрічки, оскільки в цьому випадку утворюється короткозамкнений виток. Для захисту від пошкоджень фольгу можна обмотати одним-двома шарами ізоляційної стрічки.

Джерелом звукових сигналів можуть служити високоомні головні телефони типу ТОН-2, ТА-4 або аналогічні.

Як джерело живлення В1 можна використовувати, наприклад, батарейку «Крона» або дві батарейки типу 3336Л, з'єднані послідовно.

Друкована плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому зручному металевому корпусі. На кришці корпусу встановлюються змінний резистор R2, роз'єм Х1 для підключення головних телефонів BF1, роз'єм Х2 для підключення пошукової котушки L1 і вимикач S1.

налагодження

Даний прилад слід налаштовувати в умовах, коли якийсь металевий предмет віддалені від пошукової котушки L1 на відстань не менше 1,5 м.

Процес настройки металошукача полягає в налаштуванні вимірювального генератора на частоту 100-200 кГц, що здійснюється підбором величини ємності конденсатора С2. При цьому движок змінного резистора R2 повинен знаходитися в середньому положенні. Частота вимірювального генератора контролюється частотоміром на виході елемента IC1.3 (висновок IC1 / 10). Контроль правильності обраного значення частоти вимірювального генератора здійснюється прослуховуванням сигналу різницевої частоти в головних телефонах. Цей сигнал повинен бути досить гучним при якомога більшій співвідношенні частот опорного і вимірювального генераторів. При необхідності для оцінки амплітуди сигналу биття можна використовувати осцилограф.

Порядок роботи

При практичному використанні даного приладу слід змінним резистором С1 підтримувати необхідну частоту сигналу биття, яка може змінюватися під впливом різних факторів (наприклад при зміні магнітних властивостей грунту, температури навколишнього середовища або розряді батареї).

Якщо в процесі роботи в зоні дії пошукової котушки L1 виявиться якийсь металевий предмет, то частота сигналу в телефонах зміниться. При наближенні до одних металів частота сигналу биття буде збільшуватися, при наближенні до інших - зменшуватися. За зміною тону сигналу биття, маючи певний досвід, можна легко визначити, з якого металу, магнітного або немагнітного, виготовлений виявлений предмет.

За допомогою даного приладу дрібні предмети (наприклад монету середніх розмірів) можна виявити на глибині до 80-100 мм, а кришку каналізаційного люка - на глибині до 55-65 см.

3.8. Простий імпульсний металошукач

Останнім часом порівняно широкого поширення набули імпульсні металошукачі типу PI (Puis Induction), в яких для оцінки наявності металевих предметів в зоні пошуку використовується явище виникнення вихрових поверхневих струмів в металевому предметі під впливом зовнішнього електромагнітного поля.

У металодетектори типу PI імпульсний сигнал подається на передавальну котушку, в якій ініціюється змінне електромагнітне поле. При появі в зоні дії цього поля металевого предмета на його поверхні періодично, під впливом імпульсного сигналу, виникають вихрові струми. Ці струми і є джерелом вторинного сигналу, який приймається приймальною котушкою. Завдяки явищу самоіндукції форма вторинного сигналу буде відрізнятися від форми излученного передавальної котушкою імпульсу. При цьому відмінності в параметрах вторинного імпульсного сигналу і використовуються для аналізу з подальшим формуванням даних для блоку індикації. У всіх відомих автору імпульсних металодетекторів оцінюється зміна форми заднього фронту вторинного імпульсу. Про переваги і недоліки імпульсних детекторів металевих предметів коротко було розказано в першому розділі пропонованої книги.

Слід визнати, що з кожним роком кількість різних схемотехнічних рішень металошукачів типу PI значно збільшується. Однак обмежений обсяг даного видання не дозволяє докладно розглянути навіть найцікавіші конструкції. Тому автор вирішив ознайомити читачів лише з декількома приладами цього типу.

У розглянутому в цьому розділі пристрої використовується мікропроцесор з відповідним програмним забезпеченням. На жаль, до моменту видання цієї книги опублікувати на 100% працездатну версію його прошивки не виявилося можливим. Тому зацікавлені і підготовлені читачі мають можливість перевірити свої сили в створенні прошивки для мікроконтролерів. Автор ні секунди не сумнівається в тому, що російські умільці з честю впораються з цим завданням.

Проте, на думку автора, конструкція пропонованого металошукача досить складна для повторення початківцями радіоаматорами. Також слід згадати і про складнощі, що виникають при регулюванні цього пристрою. Необхідно особливо звернути увагу на те, що помилки при монтажі і некоректна настройка приладу можуть привести до виходу з ладу дорогих елементів.

Принципова схема

Принципову схему пропонованого простого імпульсного металошукача умовно можна розділити на дві частини, а саме: на блок передавача і блок приймача. На жаль, обмежений обсяг даної книги не дозволяє докладно зупинитися на всіх особливостях схемотехнік, використаних при створенні даного приладу. Тому далі будуть розглянуті основи функціонування лише найбільш важливих вузлів і каскадів.

До складу блоку передавача (рис. 3.14) входять модуль формування імпульсів і синхронізації, сам передавач, а також перетворювач напруги.

Мал. 3.14. Принципова схема блоку передавача простого імпульсного металошукача


Головною складовою частиною всієї конструкції є модуль формування імпульсів і синхронізації, виконаний на процесорі IC1 типу АТ89С2051 фірми ATMEL і забезпечує формування імпульсів для передавача, а також сигналів, які керують роботою всіх інших блоків. Робоча частота мікроконтролера IC1 стабілізована кварцовим резонатором (3,5 МГц). При зазначеному значенні робочої частоти мікропроцесор формує періодичну послідовність імпульсів для різних каскадів металодетектора. Ця послідовність складається з 250 тактів тривалістю по 9 мкс кожен.

Спочатку на виведенні IC1 / 14 мікропроцесора формується керуючий імпульс для транзистора Т6, після закінчення якого на виведенні IC1 / 15 формується аналогічний імпульс для транзистора Т7. Потім цей процес повторюється ще один раз. В результаті відбувається запуск перетворювача напруги.

Далі, послідовно на висновках IC1 / 8, IC1 / 7, IC1 / 6, IC1 / 16, IC1 / 17, IC1 / 19 і IC1 / 18 формуються імпульси запуску передавача. При цьому зазначені імпульси мають однакову тривалість, але кожний наступний імпульс затриманий щодо попереднього на кілька тактів. Початок першого імпульсу, сформованого на виведенні IC1 / 8, збігається із закінченням другого імпульсу на виводі IC1 / 15. За допомогою перемикача Р1 можна вибрати час затримки імпульсу запуску передавача стосовно стартовому імпульсу.

Через кілька тактів після закінчення імпульсу на виводі IC1 / 18 короткий стробірующій імпульс для одного з каналів аналізатора формується на виводі IC1 / 3. Потім аналогічний імпульс, призначений для другого каналу аналізатора, формується на виводі IC1 / 9. Після цього на виведення IC1 / 11 формується керуючий сигнал для транзистора Т10 схеми акустичної сигналізації блоку приймача.

Потім, після невеликої паузи, послідовність керуючих імпульсів на відповідних виходах мікроконтролера формується знову.

Напругу живлення +5 В, попередньо стабілізовану мікросхемою IC2, подається на висновок IC1 / 20 мікроконтролера.

Перетворювач напруги, виконаний на транзисторах Т6-Т8 і стабілізаторі IC3, забезпечує формування двополярного напруги живлення 12 В, необхідного для харчування каскадів приймальні частини. Керуючі сигнали для транзисторів Т7 і Т8 формуються на відповідних висновках мікроконтролера IC1. При цьому на транзистор Т8 цей сигнал подається через перетворювач рівня, зібраний на транзисторі Т6. Далі сформований напругу живлення стабілізується мікросхемою IC3, з виходу якої напруга +12 В надходить на каскади приймальної частини.

Вихідні каскади передавача виконані на потужних транзисторах Т1, Т2 і Т3, які працюють на загальне навантаження, в якості якої виступає котушка L1, шунтуватися ланцюжком резисторів R1-R6. Роботою транзисторів вихідного каскаду управляє транзистор Т4. Керуючий сигнал на базу транзистора Т4 подається з відповідного виходу процесора IC1 через транзистор Т5.

Імпульс, що формується мікропроцесором IC1 відповідно до закладеної в його пам'яті програмою, через перемикач подається на вхід транзистора Т5 і далі, через транзистор Т4, на вихідні каскади передавача, виконані на транзисторах Т1-Т3, а потім - на приймально-передавального котушку L1. При появі в зоні дії котушки L1 металевого предмета на його поверхні під впливом зовнішнього електромагнітного поля, ініційованого імпульсом передавача, порушуються вихрові поверхневі струми. Час існування цих струмів залежить від тривалості імпульсу, що випромінюється котушкою L1.

У свою чергу поверхневі струми є джерелом вторинного імпульсного сигналу, який з відповідною затримкою приймається котушкою L1, посилюється і подається на схему аналізу. Необхідно відзначити, що завдяки явищу самоіндукції тривалість вторинного сигналу буде більше, ніж тривалість излученного передавальної котушкою імпульсу. При цьому форма вторинного імпульсу залежить від властивостей металу, з якого виготовлений виявлений предмет. Обробка інформації про відмінності параметрів імпульсів, що випромінювали і прийнятих котушкою L1, забезпечує формування даних для блоку індикації про наявність металевого предмета. У розглянутому металошукачі для аналізу використовуються параметри заднього фронту вторинного імпульсного сигналу.

До складу блоку приймача (рис. 3.15) входять двохкаскадний підсилювач вхідного сигналу, аналізатор і схема звукової індикації.

Мал. 3.15. Принципова схема блоку приймача простого імпульсного металошукача


Сигнал від металевого предмета приймається котушкою L1 і через схему захисту, виконану на діодах D1 і D2, подається на вхідний двохкаскадний підсилювач із зворотним зв'язком місткості, виконаний на операційних підсилювачах IC4 і IC5. З виходу мікросхеми IC5 (висновок IC5 / 6) посилений імпульсний сигнал подається на схему аналізатора, виконану на мікросхемах IC6-IC8.

Підсилювачі IC6 і IC7 в процесі роботи приладу постійно вимкнені, і напруга живлення подається на них лише при надходженні на відповідні входи (висновки IC6 / 8 і IC7 / 8) стробирующих імпульсів, тривалість кожного з яких становить 9 мкс (один такт). При цьому на підсилювач IC6 подається стробирующий імпульс, затриманий по відношенню до закінчення обраного імпульсу запуску передавача на 30-100 мкс, а на підсилювач IC7 - затриманий по відношенню до закінчення першого стробирующего імпульсу на 200 мкс. Необхідність такої затримки пояснюється тим, що форма прийнятого сигналу залежить від впливу багатьох сторонніх чинників, тому корисний сигнал можна спостерігати лише в проміжку приблизно 400 мкс після закінчення імпульсу. В даному випадку корисним сигналом є зростання позитивного напруги при наближенні котушки L1 до металевого предмету в результаті збільшення тривалості заднього фронту вторинного імпульсу в порівнянні з випромененим імпульсом.

Після закінчення подачі напруги харчування на виходах кожного підсилювача (мікросхеми IC6 і IC7) протягом декількох секунд зберігається рівень прийнятого сигналу, зафіксований під час впливу стробирующих імпульсів.

Таким чином на один з входів відповідного підсилювача (висновки IC6 / 3 і IC7 / 3) подається прийнятий імпульсний сигнал, а на другий вхід цього ж підсилювача (висновки IC6 / 8 і IC7 / 8) через конденсатори С34 і С35 надходить відповідний стробірующій імпульс від модуля формування імпульсів і синхронізації (висновки IC1 / 3 і IC1 / 9).

Сигнали, сформовані на виходах мікросхем IC6 і IC7 (висновки IC6 / 5 і IC7 / 5), далі подаються на відповідні входи диференціального підсилювача, виконаного на мікросхемі IC8. При цьому сигнал з виходу підсилювача IC6 проходить через змінний резистор R45, за допомогою якого регулюється чутливість приладу. При наявності в зоні дії металодетектора металевого предмета рівні сигналів на відповідних входах диференціального підсилювача (висновки IC8 / 2 і IC8 / 3) будуть однаковими. В результаті вихідний сигнал цього підсилювача (висновок IC8 / 6) буде низьким.

Падіння напруги на виході підсилювача IC8 призводить до відкриття транзистора Т9 і підключенню до загального проведення головних телефонів BF1. При надходженні з відповідного виходу мікроконтролера (висновок IC1 / 11) на транзистор Т10 керуючого сигналу в телефонах буде прослуховуватися сигнал звукової частоти. Резистор R44 обмежує струм, що протікає через головні телефони BF1. Його підбором можна регулювати гучність акустичного сигналу.

Харчування даного металодетектора здійснюється від джерела В1 напругою 12 В.

Деталі та конструкція

Всі деталі розглянутого приладу (за винятком пошукової котушки L1, резистора R45, перемикача Р1, а також вимикача S1) розташовані на друкованій платі розмірами 105х65 мм (рис. 3.16), виготовленої з двостороннього фольгованого гетинаксу або текстоліту.

Мал. 3.16. Друкована плата простого імпульсного металошукача


До деталей, що застосовуються в цьому пристрої, не пред'являються будь-які особливі вимоги. Рекомендується використовувати будь-які малогабаритні конденсатори і резистори, які без проблем можна розмістити на друкованій платі (рис. 3.17).

Мал. 3.17. Розташування елементів простого імпульсного металошукача


Мікросхему типу LF357 (IC4) можна замінити на LM318 або NE5534, проте в результаті такої заміни можуть виникнути проблеми з налагодженням. В якості підсилювача IC5 крім зазначеної на схемі мікросхеми типу LF356 можна використовувати мікросхему CA3140. Мікросхеми типу LF398 (IC6, IC7) без проблем замінюються на MAC198. Замість підсилювача CA3140 (IC8) можна застосувати мікросхему TL071.

Як транзисторів Т1-Т3, крім зазначених на принциповій схемі, можна використовувати транзистори типу BU2508, BU2515 або ST2408.

Робоча частота кварцового резонатора повинна становити 3,5 МГц. Однак можна використовувати будь-який інший кварцовий елемент з частотою резонансу від 2 до 6 МГц.

Для монтажу мікропроцесора IC1 слід використовувати спеціальну панельку. При цьому мікроконтролер встановлюється на плату тільки після закінчення всіх монтажних робіт. Дана умова необхідно дотримуватися і при проведенні регулювальних робіт, пов'язаних з виконанням пайки при підборі величин окремих елементів.

Особливу увагу слід приділити виготовленню котушки L1, індуктивність якої повинна складати 500 мкг. Котушка L1 виконана у вигляді кільця діаметром 250 мм і містить 30 витків дроту діаметром не більше 0,5 мм. При використанні дроти більшого діаметра ток в котушці зросте, проте ще швидше будуть зростати значення паразитних вихрових струмів, що призведе до погіршення чутливості приладу.

Для виготовлення котушки не рекомендується використовувати лакований провід, оскільки різниця потенціалів між сусідніми витками при випромінюванні імпульсу досягає 20 В. Якщо в процесі намотування витків котушки поруч виявляться провідники, наприклад першого і п'ятого витків, пробій ізоляції практично забезпечений. Це може привести до виходу з ладу транзисторів передавача і інших елементів. Тому провід, який використовується при виготовленні котушки L1, повинен бути хоча б в поліхлорвінілової ізоляції. Готову котушку також рекомендується добре ізолювати. Для цього можна скористатися епоксидною смолою або різними пінними наповнювачами.

Котушку L1 слід підключати до плати за допомогою двожильного добре ізольованого проводу, діаметр кожної жили якого повинен бути не менше діаметра дроту, з якого виготовлена ​​сама котушка. Не рекомендується використовувати коаксіальний кабель через його значною власної ємності.

Джерелом звукових сигналів можуть служити або головні телефони з опором від 8 до 32 Ом, або малогабаритний гучномовець з аналогічним опором котушки.

Як джерело живлення В1 рекомендується використовувати акумуляторну батарею ємністю близько 2 А / ч, оскільки величина струму, споживаного даними металошукачем, - не менше 200 мА.

Друкована плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому зручному корпусі. На кришці корпусу встановлюються змінний резистор R45, перемикач P1, роз'єми для підключення головних телефонів BF1 і котушки L1, а також вимикач S1.

налагодження

Даний прилад слід налаштовувати в умовах, коли будь-які металеві предмети віддалені від пошукової котушки L1 на відстань не менше 1,5 м.

Особливість настройки і регулювання розглянутого металошукача полягає в тому, що його окремі блоки і каскади підключаються поступово. При цьому кожна операція підключення (пайка) виконується при відключеному джерелі живлення.

В першу чергу потрібно перевірити наявність і величину напруги живлення на відповідних контактах панельки мікросхеми IC1 за відсутності мікроконтролера. Якщо напруга живлення в нормі, то далі слід встановити на плату мікропроцесор і з допомогою частотоміра або осцилографа перевірити сигнал на висновках IC1 / 4 і IC1 / 5. Частота пілот-сигналу на зазначених висновках повинна відповідати робочій частоті використовуваного кварцового резонатора.

Після підключення транзисторів перетворювача напруги (без навантаження) струм повинен зрости на 50 мА. Напруга на конденсаторі С10 під час відсутності навантаження має становити близько 20 В.

Потім слід підключити каскади передавача. Режими роботи транзисторів Т1-Т4 повинні бути однаковими і встановлюються підбором величин резисторів R13-R16.

Опір котушки L1, зашунтірованний резисторами R1-R3, має становити приблизно 500 Ом. При цьому висновки котушки і резисторів повинні бути добре пропаяни, оскільки порушення контакту в цьому ланцюзі тягне за собою вихід з ладу вихідних транзисторів передавача.

Для перевірки працездатності каскадів передавача можна притримати котушку L1 біля вуха і включити харчування металошукача. Приблизно через півсекунди (після обнулення мікроконтролера) можна буде почути сигнал низького тону, виникнення якого обумовлено мікровібрацією окремих витків котушки. При цьому на колекторах транзисторів Т1-Т3 буде сформований немодульований гострий імпульс тривалістю близько 10-20 мкс, форму якого можна проконтролювати за допомогою осцилографа. Збільшення опору резисторів R1-R3 призводить до зростання амплітуди вихідного імпульсу зі зменшенням його тривалості. Для підбору величини опору шунта котушки L1 не рекомендується використовувати змінний резистор, оскільки навіть короткочасне порушення контакту движка з струмопровідної доріжкою може привести до виходу з ладу вихідних транзисторів передавача. Тому бажано поступово змінювати величину шунта з кроком 50 Ом. Перед заміною деталей напруга живлення приладу потрібно обов'язково вимикати.

Далі можна приступати до налагодження приймальні частини. Якщо всі деталі справні, а монтаж виконаний безпомилково, то після включення металодетектора (приблизно через 20 мкс після закінчення стартового імпульсу) на виході мікросхеми IC4 (висновок IC4 / 6) за допомогою осцилографа можна буде спостерігати експоненціально зростаючий сигнал, що переходить в сигнал постійного рівня. Спотворення фронту цього сигналу усуваються підбором резисторів R1-R3, шунтірущіх котушку L1. Після цього слід проконтролювати форму і амплітуду сигналу на виході мікросхеми IC5 (висновок IC5 / 6). Максимальна амплітуда цього сигналу встановлюється підбором величини резистора R36.

На виході мікросхеми IC6 (висновок IC6 / 5) повинен формуватися постійний сигнал, що залежить від імпульсу, обраного за допомогою перемикача P1, а також від наявності в зоні дії котушки L1 металевих предметів. В ідеальному варіанті цей сигнал повинен бути близьким до нуля при всіх положеннях перемикача P1.

На закінчення залишається правильно встановити положення зразкового вимірювального імпульсу стосовно стартовому імпульсу. Для цього достатньо підбором кварцового резонатора Q1 вибрати відповідну робочу частоту.

Порядок роботи

Перед практичним використанням даного металошукача слід перемикачем P1 встановити мінімальну затримку імпульсу, а резистором R45 - максимальну чутливість. Якщо в процесі роботи в зоні дії пошукової котушки L1 виявиться металевий предмет, то в головних телефонах з'явиться акустичний сигнал.

Необхідно відзначити, що перехід в режим роботи з більшою затримкою імпульсу забезпечить виключення впливу не тільки магнітних властивостей грунту, але і позбавить від реакції приладу на всілякі сторонні предмети (іржаві цвяхи, фольга від сигаретних пачок і т. П.) І наступних марних пошуків.

3.9. Вдосконалений імпульсний металошукач

Як і металошукачі інших типів, металодетектори типу PI (Puis Induction), постійно удосконалюються. В результаті застосування нових схемотехнічних рішень вдається домогтися ще більш високої чутливості цих приладів. Так, наприклад, можна поліпшити чутливість детектора металевих предметів, описаного в попередньому розділі.

На думку автора, конструкція пропонованого приладу, як і розглянутого в попередньому розділі металошукача, досить складна для повторення початківцями радіоаматорами. До того ж певні складності можуть виникнути при регулюванні цього пристрою. Необхідно особливо звернути увагу на те, що помилки при монтажі і некоректна настройка приладу можуть привести до виходу з ладу дорогих елементів.

У розглянутому в цьому розділі пристрої використовується мікропроцесор з відповідним програмним забезпеченням. На жаль, до моменту видання цієї книги опублікувати на 100% працездатну версію прошивки не виявилося можливим. Тому зацікавлені і підготовлені читачі мають можливість перевірити свої сили в створенні прошивки для мікроконтролерів.

Принципова схема

Принципову схему пропонованого вдосконаленого імпульсного металошукача можна умовно розділити на дві частини, а саме: на блок передавача і блок приймача. На жаль, обмежений обсяг даної книги не дозволяє докладно зупинитися на всіх особливостях схемотехнік, використаних при створенні цього приладу. Тому далі будуть розглянуті основи функціонування лише найбільш важливих вузлів і каскадів.

Як уже згадувалося, даний металодетектор є вдосконаленим варіантом приладу, розглянутого в попередньому розділі цієї глави. Певні зміни торкнулися модуля формування імпульсів і синхронізації, передавача і перетворювача напруги. Схема блоку приймача зазнала більш значних змін (рис. 3.18).

Мал. 3.18. Принципова схема блоку передавача вдосконаленого імпульсного металошукача


До складу блоку передавача входять модуль формування імпульсів і синхронізації, сам передавач, а також перетворювач напруги.

Головною складовою частиною всієї конструкції є модуль формування імпульсів і синхронізації, виконаний на процесорі IC1 типу АТ89С2051 фірми ATMEL і забезпечує формування імпульсів для передавача, а також сигналів, які керують роботою всіх інших блоків. Робоча частота мікроконтролера IC1 стабілізована кварцовим резонатором (6 МГц). При зазначеному значенні робочої частоти мікропроцесор формує періодичну послідовність імпульсів для різних каскадів металодетектора.

Спочатку на виведенні IC1 / 14 мікропроцесора формується керуючий імпульс для транзистора Т6, після закінчення якого на виведенні IC1 / 15 формується аналогічний імпульс для транзистора Т7. Потім цей процес повторюється ще раз. В результаті відбувається запуск перетворювача напруги.

Далі, послідовно на висновках IC1 / 8, IC1 / 7, IC1 / 6, IC1 / 17, IC1 / 16 і IC1 / 18 формуються імпульси запуску передавача. При цьому зазначені імпульси мають однакову тривалість, але кожний наступний імпульс затриманий щодо попереднього на кілька тактів. Початок першого імпульсу, сформованого на виведенні IC1 / 8, збігається з серединою другого імпульсу на виводі IC1 / 15. За допомогою перемикача Р1 можна вибрати час затримки імпульсу запуску передавача стосовно стартовому імпульсу.

Через кілька тактів після закінчення імпульсу на виводі IC1 / 18 короткий стробірующій імпульс для підсилювача-аналізатора формується на виводі IC1 / 2. На відміну від раніше розглянутої схеми в даному приладі на цьому ж висновку мікроконтролера через кілька тактів формується другий стробирующий імпульс.

Крім цього на висновках IC1 / 12 і IC1 / 13 мікропроцесора формуються керуючі сигнали для транзисторів Т31 і Т32 блоку приймача. Середина керуючого імпульсу для транзистора Т31 збігається з серединою першого стробирующего імпульсу на виводі IC1 / 2, однак тривалість імпульсу на виводі IC1 / 12 майже в два рази більше. При цьому зазначений імпульс має негативну полярність. Початок керуючого імпульсного сигналу на виводі IC1 / 13 майже збігається з серединою другого імпульсу на виводі IC1 / 14 мікроконтролера, закінчується ж він через кілька тактів після закінчення другого стробирующего імпульсу, який формується на виводі IC1 / 2. Потім на виведенні IC1 / 11 формується керуючий сигнал для транзистора Т35 схеми акустичної сигналізації блоку приймача.

Після невеликої паузи послідовність керуючих імпульсів на відповідних виходах мікроконтролера формується знову.

Напругу живлення +5 В, попередньо стабілізовану мікросхемою IC2, подається на висновок IC1 / 20 мікроконтролера.

Перетворювач напруги, виконаний на транзисторах Т6-Т8 і стабілізаторі IC3, забезпечує формування напруги живлення +5 В, необхідного для харчування каскадів приймальні частини. Керуючі сигнали для транзисторів Т7 і Т8 формуються на відповідних висновках мікроконтролера IC1, при цьому на транзистор Т8 цей сигнал подається через перетворювач рівня, зібраний на транзисторі Т6. Далі сформований напругу живлення стабілізується мікросхемою IC3, з виходу якої напруга +5 В надходить на каскади приймача.

Вихідні каскади передавача виконані на потужних транзисторах Т1, Т2 і Т3, які працюють на загальне навантаження, в якості якої виступає котушка L1, шунтуватися ланцюжком резисторів R1-R6. Роботою транзисторів вихідного каскаду управляє транзистор Т4. Керуючий сигнал на базу транзистора Т4 подається з відповідного виходу процесора IC1 через транзистор Т5.

Як і в розглянутому в попередньому розділі металодетектори, імпульс, формований мікропроцесором IC1 відповідно до закладеної в його пам'яті програмою, через перемикач подається на вхід транзистора Т5 і далі, через транзистор Т4, на вихідні каскади передавача, виконані на транзисторах Т1-Т3, а потім - на приймально-передавального котушку L1. При появі в зоні дії котушки L1 металевого предмета на його поверхні під впливом зовнішнього електромагнітного поля, ініційованого імпульсом передавача, порушуються вихрові поверхневі струми. Час існування цих струмів залежить від тривалості імпульсу, що випромінюється котушкою L1.

Поверхневі струми є джерелом вторинного імпульсного сигналу, який приймається котушкою L1, посилюється і подається на схему аналізу. Завдяки явищу самоіндукції тривалість вторинного сигналу буде більше, ніж тривалість излученного передавальної котушкою імпульсу. При цьому форма вторинного імпульсного сигналу залежить від властивостей матеріалу, з якого виготовлений виявлений металевий предмет. Обробка інформації про відмінності параметрів імпульсів, що випромінювали і прийнятих котушкою L1, забезпечує формування даних для блоку індикації про наявність металевого предмета.

До складу блоку приймача (рис. 3.19) входять двохкаскадний підсилювач вхідного сигналу, підсилювачі зразкового сигналу, підсилювач-аналізатор, активний вузькосмуговий фільтр, фільтр низької частоти, схема формування напруги зсуву, схеми комутації та схема звукової індикації.

Мал. 3.19. Принципова схема блоку приймача вдосконаленого імпульсного металошукача


Сигнал від металевого предмета приймається котушкою L1 і через схему захисту, виконану на діодах D1 і D2, подається на вхідний двохкаскадний підсилювач із зворотним зв'язком місткості, виконаний на операційних підсилювачах IC31 і IC32. З виходу мікросхеми IC32 (висновок IC32 / 6) посилений імпульсний сигнал подається на підсилювач-аналізатор, виконаний на мікросхемі IC33.

В процесі роботи приладу підсилювач IC33 постійно вимкнений, а напруга живлення подається на нього лише під час вступу на відповідний вхід (висновок IC33 / 8) стробирующих імпульсів. Після закінчення подачі напруги харчування на виході підсилювача (висновок IC33 / 5) протягом декількох секунд зберігається рівень прийнятого сигналу, зафіксований під час впливу стробирующих імпульсів. Час збереження рівня сигналу залежить від ємності конденсатора С65. Таким чином, на один вхід підсилювача (висновок IC33 / 3) подається прийнятий імпульсний сигнал, а на другий вхід (висновок IC33 / 8) через конденсатори С64 надходить відповідний стробірующій імпульс від модуля формування імпульсів і синхронізації (висновок IC1 / 2).

Далі виділений сигнал проходить через активний фільтр, виконаний на елементі IC34a і налаштований на частоту 6 МГц. Для досягнення зазначених на принциповій схемі параметрів окремих елементів даного фільтра рекомендується використовувати паралельне включення резисторів і конденсаторів. Так, наприклад, значення зазначеної на схемі ємності конденсатора С67 (0,044 мкФ) досягається паралельним включенням двох конденсаторів ємністю 0,022 мкФ кожний. Необхідно відзначити, що при використанні кварцового елемента Q1 з робочою частотою, що відрізняється від 6 МГц, величини окремих елементів фільтра слід перерахувати.

З виходу фільтра сигнал подається на синхронний детектор, на вході якого встановлений інвертується підсилювач з коефіцієнтом посилення 1, виконаний на елементі IC34b. При цьому за допомогою замикання відповідних пар контактів мікросхеми IC37 (висновки IC37 / 1,2 і IC37 / 3,4) здійснюється перемикання негативного сигналу, що подається на інтегруючу ланцюжок з конденсатором С71. Керуючі сигнали для мікросхеми IC37 формуються каскадами, виконаними на транзисторах Т31-Т33.

З виходу інтегруючого ланцюжка імпульсний сигнал проходить на вхід підсилювального каскаду, який виконаний на мікросхемі IC35 і одночасно виконує функції фільтра низьких частот. Падіння напруги на виході операційного підсилювача (висновок IC35 / 6) призводить до відкриття транзистора Т34 і підключенню до загального проведення головних телефонів BF1. При надходженні з відповідного виходу мікроконтролера (висновок IC1 / 11) на транзистор Т35 керуючого сигналу в телефонах буде прослуховуватися сигнал звукової частоти. Резистор R77 обмежує струм, що протікає через головні телефони BF1. Його підбором можна регулювати гучність акустичного сигналу.

Сигнал з виведення IC35 / 6 також подається на вхід іншого операційного підсилювача (висновок IC36 / 2), завданням якого є обнулення вихідного сигналу. Його використання пояснюється тим, що на виході мікросхеми IC33 змінюється в часі вихідний сигнал буде формуватися і під час відсутності в зоні дії пошукової котушки L1 металевих предметів, тому амплітуда результуючого сигналу буде відмінна від нуля. За допомогою резистора R86 на вхід другого підсилювального каскаду (висновок IC32 / 2) подається напруга зсуву саме в момент надходження першого стробирующего імпульсу. Необхідний рівень напруги зсуву залежить від рівня вихідного сигналу на виводі IC35 / 6, його формування забезпечується за допомогою інтегруючого ланцюжка С73, R78-R80 і підсилювального каскаду на мікросхемі IC36.

Ланцюг формування напруги зсуву функціонує лише під час замикання контактів, імена яких мікросхеми IC37 (висновки IC37 / 9,8). Тривалість цього часового відрізку становить три такту. При цьому керуючі сигнали для мікросхеми IC37 надходять з каскадів, виконаних на транзисторах Т31-Т33. Таким чином забезпечується вирівнювання рівнів сигналів, сформованих в моменти надходження першого і другого стробирующих імпульсів. Натисканням кнопки S2 час процесу обнулення можна значно скоротити.

Деталі та конструкція

Всі деталі розглянутого приладу (за винятком пошукової котушки L1, перемикача Р1, вимикача S1 ​​і кнопки S2) розташовані на друкованій платі (рис. 3.20) розмірами 95х65 мм, виготовленої з двостороннього фольгованого гетинаксу або текстоліту.

Мал. 3.20. Друкована плата вдосконаленого імпульсного металошукача


До деталей, що застосовуються в цьому пристрої, не пред'являються будь-які особливі вимоги. Рекомендується використовувати будь-які малогабаритні конденсатори і резистори, які без проблем можна розмістити на друкованій платі. Необхідно відзначити, що для досягнення зазначених на принциповій схемі параметрів окремих елементів слід використовувати паралельне включення резисторів і конденсаторів (рис. 3.21). На друкованій платі для розміщення таких елементів передбачено додаткове місце.

Мал. 3.21. Розташування елементів удосконаленого імпульсного металошукача


Мікросхеми типу LF356 (IC31, IC32) можна замінити на LM318 або NE5534, проте в результаті такої заміни можуть виникнути проблеми з налагодженням. В якості підсилювача IC35, крім зазначеної на схемі мікросхеми типу IL071, можна використовувати мікросхеми CA3140, ОР27 або ОР37. Мікросхема типу R061 (IC36) без проблем замінюється на CA3140.

Як транзисторів Т1-Т3 крім зазначених на принциповій схемі можна використовувати транзистори типу BU2508, BU2515 або ST2408.

Робоча частота кварцового резонатора повинна становити 6 МГц. Можна використовувати будь-який інший кварцовий елемент з частотою резонансу від 2 до 6 МГц. Однак в такому випадку буде потрібно перерахувати параметри елементів фільтра, виконаного на елементі IC34a.

Для монтажу мікропроцесора IC1 слід використовувати спеціальну панельку. При цьому мікроконтролер встановлюється на плату тільки після закінчення всіх монтажних робіт. Дана умова необхідно дотримуватися і при проведенні регулювальних робіт, пов'язаних з виконанням пайки при підборі величин окремих елементів.

Особливу увагу слід приділити виготовленню котушки L1, індуктивність якої повинна складати 500 мкг. Конструкція цієї котушки практично нічим не відрізняється від конструкції пошукової котушки L1, використаної в металодетектори, розглянутому в попередньому розділі. Вона виконана у вигляді кільця діаметром 250 мм і містить 30 витків дроту діаметром не більше 0,5 мм. При використанні дроти більшого діаметра ток в котушці зросте, проте ще швидше будуть зростати значення паразитних вихрових струмів, що призведе до погіршення чутливості приладу.

Слід нагадати, що для виготовлення котушки L1 не рекомендується використовувати лакований провід, оскільки різниця потенціалів між сусідніми витками при випромінюванні імпульсу досягає 20 В. Якщо в процесі намотування витків котушки поруч виявляться провідники, наприклад першого і п'ятого витків, пробій ізоляції практично забезпечений.

У свою чергу, це може привести до виходу з ладу транзисторів передавача і інших елементів. Тому провід, який використовується при виготовленні котушки L1, повинен бути хоча б в поліхлорвінілової ізоляції. Готову котушку також рекомендується добре ізолювати. Для цього можна скористатися епоксидною смолою або різними пінними наповнювачами.

Котушку L1 слід підключати до плати за допомогою двожильного добре ізольованого проводу, діаметр кожної жили якого повинен бути не менше діаметра дроту, з якого виготовлена ​​сама котушка. Не рекомендується використовувати коаксіальний кабель через його значною власної ємності.

Джерелом звукових сигналів можуть служити або головні телефони з опором від 8 до 32 Ом, або малогабаритний гучномовець з аналогічним опором котушки.

Як джерело живлення В1 рекомендується використовувати акумуляторну батарею ємністю близько 2 А / ч, оскільки струм, споживаний даними металошукачем, перевищує 200 мА.

Друкована плата з розташованими на ній елементами і джерело живлення розміщуються в будь-якому зручному корпусі. На кришці корпусу встановлюються перемикач P1, роз'єми для підключення головних телефонів BF1 і котушки L1, а також вимикач S1 і кнопка S2.

налагодження

Даний прилад слід налаштовувати в умовах, коли будь-які металеві предмети віддалені від пошукової котушки L1 на відстань не менше 1,5 м.

Особливість настройки і регулювання розглянутого металошукача полягає в тому, що його окремі блоки і каскади підключаються поступово. При цьому кожна операція підключення (пайка) виконується при відключеному джерелі живлення.

В першу чергу потрібно перевірити наявність і величину напруги живлення на відповідних контактах панельки мікросхеми IC1 за відсутності мікроконтролера. Якщо ця напруга в нормі, то далі слід встановити на плату мікропроцесор і з допомогою частотоміра або осцилографа перевірити сигнал на висновках IC1 / 4 і IC1 / 5. Частота пілот-сигналу на зазначених висновках повинна відповідати робочій частоті використовуваного кварцового резонатора.

Після підключення транзисторів перетворювача напруги (без навантаження) струм повинен зрости приблизно на 50 мА. Напруга на конденсаторі С10 під час відсутності навантаження не повинно перевищувати 20 В.

Потім слід підключити каскади передавача. Режими роботи транзисторів Т1-Т4 повинні бути однаковими і встановлюються підбором величин резисторів R13-R16.

Опір котушки L1, зашунтірованний резисторами R1-R3, має становити приблизно 500 Ом. При цьому висновки котушки і резисторів повинні бути добре пропаяни, оскільки порушення контакту в цьому ланцюзі тягне за собою вихід з ладу вихідних транзисторів передавача.

Для перевірки працездатності каскадів передавача можна притримати котушку L1 біля вуха і включити харчування металошукача. Приблизно через півсекунди (після обнулення мікроконтролера) можна буде почути сигнал низького тону, виникнення якого обумовлено мікровібрацією окремих витків котушки. При цьому на колекторах транзисторів Т1-Т3 буде сформований немодульований гострий імпульс тривалістю близько 10-20 мкс, форму якого можна проконтролювати за допомогою осцилографа. Збільшення опору резисторів R1-R3 призводить до зростання амплітуди вихідного імпульсу зі зменшенням його тривалості. Для підбору величини опору шунта котушки L1 не рекомендується використовувати змінний резистор, оскільки навіть короткочасне порушення контакту движка з струмопровідної доріжкою може вивести з ладу вихідні транзистори передавача. Тому бажано поступово змінювати величину шунта з кроком 50 Ом. Перед заміною деталей слід обов'язково вимкнути напруга живлення приладу.

Далі можна приступати до налаштування приймальні частини. Якщо всі деталі справні, а монтаж виконаний безпомилково, то після включення металодетектора (приблизно через 20 мкс після закінчення стартового імпульсу) на виході мікросхеми IC31 (висновок IC31 / 6) за допомогою осцилографа можна спостерігати експоненціально зростаючий сигнал, що переходить в сигнал постійного рівня. Спотворення фронту цього сигналу усуваються підбором резисторів R1, R2 і R3, шунтуючих котушку L1.

Після цього слід проконтролювати форму і амплітуду сигналу на виході мікросхеми IC32 (висновок IC32 / 6). Максимальна амплітуда цього сигналу встановлюється підбором величини резистора R64. У процесі налагодження напруга зсуву на висновок IC32 / 2 можна подавати з окремого подільника напруги, в якості якого можна використовувати змінний резистор номіналом 5-50 кОм, включений, наприклад, між висновками IC32 / 4,7. Движок потенціометра підключається до резистору R86.

На виході мікросхеми IC33 (висновок IC33 / 5) можна спостерігати прямокутний сигнал, амплітуда якого регулюється тимчасово підключеним потенціометром. Далі необхідно проконтролювати сигнали на виходах елементів IC34a і IC34b. При цьому на висновках IC34 / 6,7 повинні бути правильні синусоїди. В результаті на конденсаторі С71 формується постійна напруга, яке надходить на вхід мікросхеми IC35.

В процесі настройки можна спостерігати реакцію приладу на зміну положення движка тимчасово підключеного потенціометра, після чого замість нього слід впаяти дільник R84, R85.

Порядок роботи

Порядок роботи з детектором металевих предметів не має суттєвих відмінностей від використання металодетектора, розглянутого в попередньому розділі.

Перед практичним використанням даного металошукача слід перемикачем P1 встановити мінімальну затримку імпульсу. Якщо в процесі роботи в зоні дії пошукової котушки L1 виявиться якийсь металевий предмет, то в головних телефонах з'явиться акустичний сигнал. Перехід в режим роботи з більшою затримкою імпульсу забезпечить виключення впливу не тільки магнітних властивостей грунту, але і позбавить від реакції приладу на всілякі сторонні предмети (іржаві цвяхи, фольгу від сигаретних пачок і т. П.) І подальшого марного пошуку.


Зміст

  • Від автора
  • Подяка
  • Передмова
  • Глава 1 Класифікація і види металошукачів
  • 1.1. Класифікація металошукачів
  • 1.1.1. Металошукачі категорії FD (Frequency Domain)
  • 1.1.2. Металошукачі категорії TD (Time Domain)
  • 1.2. Принципи побудови металошукачів
  • 1.2.1. Металошукачі FM (Frequency Meter)
  • 1.2.2. Металошукачі BFO (Beat Frequency Oscillator)
  • 1.2.3. Металошукачі OR (Off Resonance)
  • 1.2.4. Металошукачі TR-IB (Transmitter Receiver - Induction Balance)
  • 1.2.5. радіолокаційні металошукачі
  • 1.2.6. Імпульсні металошукачі PI (Puls Induction)
  • Глава 2 Металошукачі на транзисторах
  • 2.1. Простий транзисторний металошукач
  • 2.2. Простий металошукач на двох транзисторах
  • 2.3. Металошукач з стрілочним індикатором
  • 2.4. Металошукач зі світлодіодною індикацією
  • 2.5. Металошукач з підвищеною чутливістю
  • 2.6. Металошукач МІ-2
  • 2.7. Металошукач з кварцом
  • 2.8. Вдосконалений металошукач з кварцом
  • Глава 3 Металошукачі на мікросхемах
  • 3.1. Простий металошукач на мікросхемі К155ЛА3
  • 3.2. Простий металошукач на мікросхемі К176ЛЕ5
  • 3.3. Простий металошукач на мікросхемі К561ЛЕ5
  • 3.4. Металошукач з підвищеною чутливістю
  • 3.5. Металошукач на мікросхемі К176ЛП2
  • 3.6. Металошукач на трьох мікросхемах
  • 3.7. Металошукач з кварцовою стабілізацією
  • 3.8. Простий імпульсний металошукач
  • 3.9. Вдосконалений імпульсний металошукач
  • Мировая и отечественная история любительской радиосвязи

    Радиоцензура

    Антенны

    Шпионские штучки

    Металлоискатели

    Как освоить радиоэлектронику с нуля

    Самоучитель по радиоэлектронике

    Ваш радиоприемник

    Усилители и радиоузлы

    Телеграф и телефон

    А. С. Попов и советская радиотехника

    Радиоэлектроника в нашей жизни

    Магнитные карты и ПК

    Цветное телевидение?.. Это почти просто!

    Видеокамеры и видеорегистраторы для дома и автомобиля

  • Обновлено 03.01.2017 08:00
     
    Для тебя
    Читай
    Товарищи
    Друзья