Металлоискатель с низковольтным питанием

В популярной радиотехнической литературе неоднократно были описаны различные конструкции металлоискателей. Для питания большинства из них требуются источники питания с напряжением 9 В. Особенность предлагаемого устройства — низкое напряжение питания 0,8...3 В.

При изготовлении металлоискателя была выбрана схема на биениях . Она содержит два высокочастотных LC-генератора на транзисторах VT1, VT2, балансный смеситель на транзисторах VT3, VT4 и УЗЧ на транзисторе VT5.

Генераторы собраны по схеме, которая обладает рядом полезных свойств, одно из которых — стабильность выходного напряжения (как постоянного, так и переменного) при изменении питающего напряжения. В колебательный контур поискового генератора на транзисторе VT1 входит катушка L1. Он работает на частоте около 100 кГц, что является оптимальным для данного типа металлоискателей. Его частоту в небольших пределах можно изменять переменным конденсатором С2. Второй генератор (на транзисторе VT2) является образцовым и работает на частоте около 300 кГц.

Сигналы генераторов через резисторы R2, R4 поступают на балансный смеситель, где происходит выделение разности частот (биений) третьей гармоники сигнала поискового генератора и первой гармоники образцового. Это сделано для повышения чувствительности — при изменении частоты поискового генератора на 10 Гц частота биений изменяется на 30 Гц, что более заметно на слух. К тому же заметно уменьшается эффект взаимного "затягивания" частот генераторов, который проявляется как невозможность установки частоты биений, близкой к нулевой.

Сигнал с выхода смесителя через конденсатор С8 поступает на вход УЗЧ и после усиления — на головные телефоны BF1, BF2. Конденсатор С7 подавляет сигналы с частотами генераторов.

При приближении катушки поискового генератора к металлическому предмету частота генерации изменяется, поэтому изменится и тон сигнала в головных телефонах. По характеру изменения тона можно судить о материале, из которого изготовлен этот предмет.

Большинство деталей монтируют на печатной плате из односторонне фоль-гированного стеклотекстолита. Применены резисторы МЛТ, С2-23, оксидный и переменный конденсаторы — импортные, остальные — К10-17, причем конденсаторы С1, СЗ, С5, С6 желательно использовать с минимальным ТКЕ — это повысит термостабильность металлоискателя.

Помимо указанных на схеме, в генераторах можно применить транзисторы серий КТ312, КТ315, КТ3102 с любыми буквенными индексами. В балансном смесителе можно использовать только германиевые транзисторы серий ГТ309, ГТ313, ГТ322, ГТ346 или более ранние — П416, П422, П423 с любыми буквенными индексами. В УЗЧ транзистор должен быть с возможно большим коэффициентом передачи по току, например, КТ3102БМ—КТ3102ЕМ, КТ342БМ, КТ342ВМ — от этого зависит громкость звукового сигнала. Выключатель питания — любой малогабаритный. Головные телефоны — с сопротивлением от 8 до 32 Ом, их соединяют последовательно. Для их подключения на корпусе металлоискателя можно установить гнездо. Питают устройство от гальванического элемента или аккумулятора типоразмера АА или AAA, потребляемый ток составляет около 12 мА.

Для изготовления катушки L2 применен унифицированный каркас от контура ПЧ (455 кГц) приемника зарубежного производства (рис. 3). Он состоит из ферритовой "гантели" (на которую наматывают 65 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,06...0,1 мм) и накрывающей ее ферритовой чашки, перемещением которой регулируется индуктивность катушки. Каркас заключен в металлический экран.

Чувствительность устройства к металлическим предметам разного размера зависит от размера поисковой катушки. Для поиска крупногабаритных предметов (лист металла размерами 80x80 см, крышка люка колодца канализации) более подходит катушка диаметром около 30 см. С ней достигается максимальная глубина обнаружения таких предметов до 70 см, и в то же время мелкие предметы (монеты, металлические пробки от бутылок) не обнаружи ваются.

Для поиска мелких предметов лучше подходит катушка диаметром около 12 см. Такая катушка содержит 56 витков провода ПЭЛ диаметром 0,2...0,5 мм. Провод наматывают на оправку, затем обматывают изоляционной лентой и экранируют фольгой. Экран не должен образовывать короткозамкнутый виток! Поверх экрана наматывают еще один слой изоляционной ленты. Катушку соединяют с платой экранированным проводом, лучше всего тонким коаксиальным кабелем. Экран должен быть соединен с одним из выводов катушки L1 и внешней оплеткой коаксиального кабеля.

Катушку большего диаметра (30 см) более технологично изготовить из многожильного экранированного кабеля "витая пара", который используют для прокладки компьютерных локальных сетей. Кабель должен содержать четыре таких "пары", а катушка — четыре витка такого кабеля. Сначала наматывают два наружных витка и скрепляют их в четырех местах изоляционной лентой. Затем наматывают два внутренних и все также обматывают изоляционной лентой, желательно на матерчатой основе. Концы кабеля обрезают с таким расчетом, чтобы был "нахлест" 0,5...1 см, и с них на 1,5 см снимают внешнюю изоляцию, а концы проводов зачищают на 0,5 см и залуживают . Экранирующую оплетку многожильного кабеля с одной стороны обрезают, а с другой соединяют с одним из проводников — это будет вывод катушки, соединенный с общим проводом (плюсовым выводом источника питания), сюда же припаивают экран коаксиального кабеля.

Все провода соединяют последовательно друг с другом — конец первого соединяют с началом второго и т. д. Если они имеют разный цвет — это облегчит работу. Например, соединяют с экранирующей оплеткой провод в изоляции голубого цвета, его конец соединяют с началом провода в изоляции бело-голубого цвета, конец которого—с проводом в изоляции зеленого цвета. Места соединений изолируют. Цвет проводов выбирается произвольно, исходя из удобства их соединения. В итоге получается катушка, содержащая 32 витка. Она обладает хорошей жесткостью и влагоустойчи-востью. При отсутствии многожильного кабеля катушку можно намотать тем же проводом, что и предыдущую.

Печатную плату, переменный конденсатор, выключатель и элемент питания устанавливают в корпусе подходящего размера. После проверки работоспособности и налаживания плату с элементами заливают парафином — это защитит от влаги и придаст дополнительную жесткость конструкции.

Налаживание проводят в следующей последовательности. Ротор конденсатора С2 устанавливают в среднее положение. Подстраивая катушку L2, прослушивают сигнал биений и добиваются наиболее громкого звука. Его частоту устанавливают как можно ниже, чувствительность металлоискателя при этом будет максимальной. В процессе эксплуатации частоту подстраивают конденсатором С2. По характеру изменения частоты звукового сигнала можно различать цветные и черные металлы. Характер ее изменения зависит от того, выше или ниже частота образцового генератора частоты третьей гармоники поискового генератора. Поэтому предварительно поднеся катушку металлоискателя к предмету из известного металла (например, к кузову автомобиля), можно это выяснить.

 

Металлоискатель с кварцевым резонатором

Колебательный контур генератора высокой частоты, выполненного на транзисторе Т1, состооит из катушки L1 и конденсаторов С11С4. Рабочая частота ВЧ генератора зависит от девиации индуктивности катушки L1, которая одновременно является поисковой катушкой, а также от изменения емкостей подстроечного (С2) и регулировочного (С1) конденсаторов. При отсутствии металлических предметов в зоне действия катушки L1 частота колебаний, возбуждаемых в ВЧ генераторе, должна быть равна частоте кварцевого элемента Q1, то есть в данном случае — 1 МГц. После того как вблизи катушки L1 окажется металлический предмет, ее индуктивность изменится. Это приведет к отклонению частоты колебаний ВЧ генератора. Далее сигнал ВЧ подается на буферный каскад, обеспечивающий согласование генератора с последующими цепями. В качестве буферного каскада используется эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторе Т2. С выхода эмиттерного повторителя сигнал ВЧ через регулировочный резистор R8 и кварц Q1 поступает на детектор, выполненный на диоде D2. Вследствие высокой добротности кварца малейшие изменения частоты измерительного генератора будут приводить к уменьшению полного сопротивления кварцевого элемента. В результате на вход усилителя постоянного тока (УПТ), выполненного на транзисторе Т3, поступает низкочастотный (НЧ) сигнал, изменение амплитуды которого обеспечивает соответствующее отклонение стрелки индикаторного прибора. Нагрузкой УПТ, выполненного на транзисторе Т3, является стрелочный прибор с током полного отклонения 1 мА. Питание металлоискателя осуществляется от источника В1 напряжением 9 В.

Детали и конструкция

 Монтаж может быть как навесной, так и печатный.

Поисковая катушка L1 представляет собой кольцевую рамку, изготовленную из отрезка кабеля с внешним диаметром 8-10 мм (например кабеля марки РКК50). Центральную жилу кабеля следует удалить, а вместо нее протянуть шесть жил провода типа ПЭЛ диаметром 0,1-0,2 мм и длиной 115 мм. Получившийся многожильный кабель необходимо согнуть на подходящей оправке в кольцо таким образом, чтобы между началом и концом образовавшейся петли остался зазор шириной примерно 25-30 мм. 

Конец провода, являющийся началом первого витка, следует припаять к экранирующей оплетке кабеля, начало второго витка — к концу первого и так далее. В результате получится катушка, содержащая шесть витков провода. При изготовлении катушки L1 нужно особенно следить за тем, чтобы не произошло

замыкания концов экранирующей оплетки, поскольку в этом случае образуется короткозамкнутый виток. Дополнительную жесткость конструкции катушки L1 можно придать, если расположить ее между двумя дисками из фанеры или гетинакса диаметром 400 мм и толщиной 5-7 мм. Вместо транзисторов типа 2N2924, указанных на схеме, в данной конструкции можно использовать практически любые отечественные кремниевые маломощные транзисторы, например типа КТ315Б. Вместо диода типа 1N4001 (D2) рекомендуется применять любой германиевый диод серий Д2 или Д9 с любым буквенным индексом, а стабилитрон типа 1N753 без проблем можно заменить, например, стабилитроном 2С156А. В качестве элемента Q1 можно использовать любой кварцевый элемент с частотой от 900 кГц до 1,1 МГц. В качестве источника питания В1 можно применить, например, батарейку «Крона» или две батарейки 3336Л, соединенные последовательно.

Плата с расположенными на ней элементами и источник питания размещаются в любом подходящем пластмассовом или деревянном корпусе. На крышке корпуса устанавливаются переменный

резистор R8, разъем Х1 для подключения поисковой катушки L1, выключатель S1 и индикатор PA1. Поисковую катушку L1 следует установить на конце подходящей ручки длиной 100-120 см. Соединение катушки с платой прибора выполняется многожильным экранированным кабелем

Детали и конструкция

Монтаж может быть как навесной, так и печатный.

Поисковая катушка L1 представляет собой кольцевую рамку, изготовленную из отрезка кабеля с внешним диаметром 8-10 мм (например кабеля марки РК-50). Центральную жилу кабеля следует удалить, а вместо нее протянуть шесть жил провода типа ПЭЛ диаметром 0,1-0,2 мм и длиной 115 мм. Получившийся многожильный кабель необходимо согнуть на подходящей оправке в кольцо таким образом, чтобы между началом и концом образовавшейся петли остался зазор шириной примерно 25-30 мм. 

Конец провода, являющийся началом первого витка, следует припаять к экранирующей оплетке кабеля, начало второго витка — к концу первого и так далее. В результате получится катушка, содержащая шесть витков провода. При изготовлении катушки L1 нужно особенно следить за тем, чтобы не произошло замыкания концов экранирующей оплетки, поскольку в этом случае образуется короткозамкнутый виток. Дополнительную жесткость конструкции катушки L1 можно придать, если расположить ее между двумя дисками из фанеры или гетинакса диаметром 400 мм и толщиной 5-7 мм. Вместо транзисторов типа 2N2924, указанных на схеме, в данной конструкции можно использовать практически любые отечественные кремниевые маломощные транзисторы, например типа КТ315Б. Вместо диода типа 1N4001 (D2) рекомендуется применять любой германиевый диод серий Д2 или Д9 с любым буквенным индексом, а стабилитрон типа 1N753 без проблем можно заменить, например, стабилитроном 2С156А.

В качестве элемента Q1 можно использовать любой кварцевый элемент с частотой от 900 кГц до 1,1 МГц. В качестве источника питания В1 можно применить, например, батарейку «Крона» или две батарейки 3336Л, соединенные последовательно. Плата с расположенными на ней элементами и источник питания размещаются в любом подходящем пластмассовом или деревянном корпусе. На крышке корпуса устанавливаются переменный

резистор R8, разъем Х1 для подключения поисковой катушки L1, выключатель S1 и индикатор PA1. Поисковую катушку L1 следует установить на конце подходящей ручки длиной 100-120 см. Соединение катушки с платой прибора выполняется многожильным экранированным кабелем.


Налаживание

Главным условием, обеспечивающим качественную настройку данного прибора, является отсутствие крупногабаритных металлических предметов на расстоянии не менее 1,5 м от поисковой катушки L1. Непосредственное налаживание металлодетектора следует начать с установки нужной частоты колебаний, формируемых ВЧ генератором. Частота колебаний ВЧ должна быть равна частоте кварцевого элемента Q1. Для выполнения данной регулировки рекомендуется воспользоваться цифровым частотомером. При этом значение частоты сначала грубо устанавливается изменением емкости конденсатора С2, а затем точно — регулировкой конденсатора С1. При отсутствии частотомера настройку ВЧ генератора можно провести по показаниям индикатора PA1. Поскольку кварц Q1 является элементом связи между поисковой и индикаторной частями прибора, то его сопротивление в момент резонанса весьма велико. Таким образом, образом точной настройке колебаний ВЧ-генератора на частоту кварца будет свидетельствовать минимальное показание стрелочного прибора PA1. Уровень чувствительности данного устройства регулируется резистором R8.

При практическом использовании этого металлодетектора следует переменным резистором R8 установить стрелку индикатора PA1 на нулевое значение шкалы. При этом в определенной степени компенсируются изменения режимов работы, обусловленные

разрядом батареи, изменением температуры окружающей среды или девиацией магнитных свойств грунта. Если в процессе работы в зоне действия поисковой катушки L1 окажется какой-либо металлический предмет, стрелка индикатора PA1 отклонится.

Если Вам понравилась страница - поделитесь с друзьями:

Комментарии: 0