Чувствительный металлоискатель на трех микросхемах
Чувствительный металлоискатель предназначен для обнаружения металлических предметов под снегом, грунтом, камнями, в куче мусора и т. д. Принцип работы металлоискателя (см.ниже) основан на сравнении частот двух генераторов, один из которых образцовый, а второй измерительный—изменяет частоту своих колебаний при приближении к металлическим предметам. Устройство не может «различать» цветные и черные металлы. В нем три микросхемы, тем не менее он прост в изготовлении и налаживании.
Необходимо отметить, что основной недостаток простых металлоискателей, собранных на одной микросхеме — невозможность работы на биениях двух генераторов частотой 1…10 Гц. Отсюда — невысокая чувствительность. Обусловлен же этот недостаток тем, что, во-первых, на столь низкие частоты электрических колебаний головные телефоны практически не реагируют, а во-вторых, при таких близких частотах двух генераторов возможен «захват» частоты одного
генератора другим и их взаимная синхронизация. Второй недостаток объясняется тем, что оба генератора — образцовый и измерительный — собраны на элементах одного общего кристалла микросхемы, поэтому между ними неизбежно возникают паразитные связи, устранить которые практически невозможно. Это-то и вынуждает использовать в таком металлоискателе биения частотой более 100…300 Гц, что неизбежно приводит к снижению его чувствительности.
Предлагаемый чувствительный металлоискатель построен по другому принципу. Рассмотрим подробно его принципиальную схему. Образцовый генератор собран на элементе DD1.1, а измерительный — на элементах DD2.1 и DD2.2. Частота колебаний образцового генератора, определяемая данными его контурной катушки L1 и конденсаторов С1 и С2, около 100 кГц. Частота измерительного генератора, колебательный контур которого образуют выносная катушка L2 и конденсаторы СЗ—С5, близка к частоте образцового генератора; ее плавно изменяют конденсатором переменной емкости СЗ в пределах ±1 кГц. Элемент DD1.2 выполняет функцию каскада, служащего для развязки между генераторами по переменному напряжению. Микросхемы DD1 и DD2 металлоискателя питаются от источника постоянного тока GВ1 через развязывающие фильтры R6С8 и R7С9.
Элемент DD3.1 — смеситель сигналов генераторов. На его выходе формируются колебания с суммарными и разностными частотами генераторов и их гармоник. Для выделения сигналов разностной, т.е. звуковой частоты предназначен фильтр низких частот (НЧ) RЗС6. Такое схемотехническое построение металлоискателя позволяет получить биения генераторов частотой в несколько герц. Чтобы обеспечить прослушивание сигналов столь низких частот на головные телефоны, использовано преобразование синусоидального, а точнее — треугольного сигнала в короткие импульсы с удвоенной частотой следования. Достигается это с помощью компаратора напряжения, собранного на элементах DD3.2 — DDЗ.4.
За один период частоты биений компаратор дважды переключается из одного логического состояния в другое. Формируемые им прямоугольные импульсы дифференцируются цепью С7R8, поэтому на телефон, подключенный к разъему Х2, поступают короткие импульсы напряжения и громкость звукового сигнала слабее зависит от его частоты. В телефоне, который может быть как высокоомным, так и низкоомным, слышатся «щелчки».
Громкость их регулируют переменным резистором R8 (совмещен с выключателем питания SА1). Все детали, кроме разъемов и, конечно, контурной катушки измерительного генератора, размещают на печатной плате из двустороннего стеклотекстолита (см.ниже). Монтаж односторонний — со стороны печатных проводников. Фольга другой стороны, которую по краям платы соединяют с общим проводом питания выполняет роль экрана.
Монтажную плату и источник питания (батарея «Корунд») лучше разместить в металлическом корпусе подходящих размеров, или например, спаянном из пластин фольгированного текстолита. Если корпусом будет служить пластмассовая коробка, то по краям платы, а также в местах, обозначенных на рис. 2 штриховыми линиями, надо припаять вертикально полоски фольги шириной 7…10 мм. Микросхемы К561ЛЕ5 можно заменить на К176ЛЕ5, К176ЛА7, К561ЛА7.
Переменный конденсатор СЗ — КП-180 или другой, с максимальной емкостью 180…240пФ; С8 — С10 — оксидные К50-35 или серий К52, К53, остальные — КМ, КЛС. Резистор R8 — СПЗ-Зв, остальные — МЛТ. Разъемы XI и Х2 любые малогабаритные. Для повышения термостабильности конденсаторы С1, С2, С4 и С5 надо использовать с ТКЕ не хуже М1500. Катушка L1, содержащая 300 витков провода ПЭВ-2 0,08, намотана на каркасе контура ПЧ от транзисторного радиоприемника.
Выносную катушку измерительного генератора выполняют в такой последовательности. На оправке диаметром 240…250 мм наматывают 30 витков провода ПЭВ-2 0,6, а получившийся жгут скрепляют в 10-12 местах тонкой прочной ниткой. Затем, нагревая катушку над пламенем газовой плиты до температуры 50…60°С, пропитывают заранее приготовленной эпоксидной смолой. После отверждения смолы катушку обматывают лакотканью или (в крайнем случае) изоляционной лентой ПХВ.
Далее катушку экранируют — обматывают тонкой медной или алюминиевой фольгой с таким расчетом, чтобы в передней части образовался небольшой, длиной 5…10 мм, незамкнутый участок экрана катушки. Готовую выносную катушку и ее экран соединяют (через разъем XI) с конструкцией металлоискателя двужильным экранированным проводом длиной 120… 150 см.
Налаживание металлоискателя начинают с настройки образцового генератора и проверки работоспособности компаратора напряжения. Для этого ротор конденсатора СЗ устанавливают в положение средней ёмкости и подстроечником катушки L1 изменяют частоту образцового генератора до появления в телефоне звукового сигнала. Затем этим же подстроечником добиваются «нулевых биений» — «щелчков» в телефоне, следующих с частотой в несколько герц. Бывает, что достигнуть этого не удается. Причиной тому могут быть неполадки в компараторе.
В таком случае надо проверить работоспособность остальной части устройства — к выходу элемента DD3.1 подключить высокоомный телефон (например, ТОН-2) и тем же подстроечником катушки L1 добиться звукового сигнала. В противном случае придется искать ошибку в монтаже генераторов или неисправные детали. Настройка компаратора заключается в подборе резистора R9, показанного на рис.1 штриховыми линиями. Его сопротивление может быть в пределах 300 кОм… 1 МОм. Если на выходе компаратора (выводы 10,11 микросхемы DDЗ) напряжение высокого уровня, то этот резистор включают между выводами 5 и 6 элемента DD3.2 и общим проводом. После настройки образцового генератора подстроечник катушки L1 фиксируют в каркасе каплей клея.
Для удобства работы с металлоискателем его выносную катушку лучше всего снабдить деревянной или пластмассовой ручкой. Можно, кроме того, сделать несколько выносных катушек разного диаметра.
