Металлоискатель с экономичным питанием

При изготовлении металлоискателя была выбрана схема на биениях (рис. 1). Он 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 фольгированного стеклотекстолита, чертеж которой показан на рис. 2. 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 80×80 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 обнаруживаются.
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 (рис. 4). 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 (рис. 5). Цвет проводов выбирается произвольно, исходя из удобства их соединения. В итоге получается катушка, содержащая 32 витка. Она обладает хорошей жесткостью и влагоустойчивостью. 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.

Скачать печатную плату и список деталей можно здесь.

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.

От себя:
Питание всего две обычные пальчиковые или аккумуляторные батарейки. Ток потребления-12мА. Чувствительность монеты 25мм.-10 -15см. Ведро-40…50см. Люк колодца-70см., при этом провод в катушке намотан 0,6мм. / 25 витков в изоляции, при диаметре катушки 25см.
На землю можно сказать не реагирует, цветные металлы правда различить невозможно. Металлоискатель показал себя в работе надежным, экономным по питанию и прост в настройке. Единственный недостаток это незначительное отклонение настройки от изменения температуры воздуха, но это никак не мешает работе.

Видео с его работой:

Видео с дальностью на ворота: