Схема низкочастотного металлоискателя на биениях
Схема низкочастотного металлоискателя, построенного на принципе изменений частоты биений двух генераторов (ещё вариант низкочастотного металлоискателя) и способен различать металлы по признаку ЧЕРНЫЙ / ЦВЕТНОЙ.
Принципиальная схема низкочастотного металлоискателя.
Схема его работы проста:
сигналы от поискового и опорного генераторов поступают в смеситель, формирующий на выводе сигнал разностной частоты. При приближении металла к катушке поискового генератора изменяется его частота, а вследствие этого и разностная частота относительно опорного генератора, лежащая, как правило, в звуковом диапазоне.
На первый взгляд кажется очевидным, что чувствительность металлоискателя тем больше, чем выше частота его генераторов. На самом деле это не так.
С повышением частоты растет поглощение электромагнитных волн грунтом.
Поэтому становится труднее избавиться от нежелательной самосинхронизации генераторов за счет связи через цепи питания и паразитные емкости монтажа.
Кроме того случайные флуктуации частоты поискового генератора достигают значений, сравнимых с изменениями частот, вызванными близостью металлических предметов.
Наконец, только на сверхнизкой (десятки килогерц) рабочей частоте удается дистанционно различать черные и цветные металлы.
Наличие металла он фиксирует по изменению разности фаз колебаний поискового и опорного генераторов, синхронизированных с помощью петли ФАПЧ.
Поиск ведется динамическим способом с периодом повторения взмахов датчиком приблизительно по 1 с.
Опорный генератор выполнен на микросхеме DD1, его частота 32768 Гц стабилизирована кварцевым резонатором ZO1.
Сигнал этого генератора поступает на смеситель VD3VD4 через резистивный делитель напряжения R6R13.
Поисковый генератор выполнен на транзисторе VT1. Катушка L1, служащая чувствительным элементом металлоискателя, соединена с генератором четырехпроводным экранированным кабелем. Сигнал обратной связи с отвода катушки поступает на эмиттер транзистора VT1, а по цепи R6C7 – на смеситель.
Управляет частотой поискового генератора варикап VD1. Цепи R1ЗС10 и R17C11 обеспечивают дополнительную фильтрацию, уменьшая уровень высоко частотных составляющих на выходе усилителя DA1.
Чувствительность металлоискателя регулируется переменным резистором R25. Диоды VD7–VD10 предотвращают перегрузку усилителя DA3 при срыве синхронизации генераторов во время настройки прибора или при обнаружении крупных металлических предметов.
При проходе датчика металлоискателя над предметом из цветного металла, не обладающего ферромагнитными свойствами, на выходе OУ DA3 возникает всплеск сигнала сначала положительной, а потом отрицательной полярности.
Положительная полуволна открывает транзистор VT2, который включает звуковой генератор на транзисторах VT4 и VT5. Если предмет имеет ферромагнитные свойства, то всплеск имеет противоположную полярность. Его первая (отрицательная) полуволна открывает транзистор VT3, в результате чего конденсатор C21 заряжается. Транзистор VT6 открывается, и на время, необходимое для разрядки конденсатора С21 через резистор R31, шунтирует резистор R33 – коллекторную нагрузку транзистора VT5, таким образом, запрещая подачу звукового сигнала под действием второй (положительной) полуволны сигнала.
Так происходит, если контакты выключателя SA2 разомкнуты (положение «ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛ»). При замкнутых контактах (положение «ЧЕРНЫЙ МЕТАЛЛ») звуковая индикация сработает и при обнаружении предмета из железа или стали, но только уже после прохода над ним катушки-датчика.
Микроамперметр PA1 c добавочным резистором R16 служит вольтметром, измеряющим постоянную (переключатель SA1 в положение «РАБОТА») или переменную (в положении «НАСТРОЙКА») составляющую напряжения на выходе DA1. Первое позволяет уточнить положение обнаруженного предмета, второе – зафиксировать моменты синхронизации генераторов и ее срыва.
На рисунке ниже показана схема узла питания металлоискателя. Напряжение +9 В для питания звукового сигнализатора снимается непосредственно с батареи GB1 (при замкнутом выключателе SA3). Стабилизатор напряжения +6 В для питания основных узлов металлоискателя собран на транзисторах VT7 и VT8, причем первый из них служит стабилитроном. Искусственная «средняя точка» (цепь +3 В) создана с помощью ОУ DA4.
Принципиальная схема узла питания низкочастотного металлоискателя.
Конструкция и детали:
Основой для изготовления катушки датчика L1 может послужить тонкостенная алюминиевая труба внешним диаметром 14 мм, согнутая в кольцо диаметром 250 мм с зазором между концами 10 мм. По периметру с внешней стороны кольца ножовкой или фрезой нужно сделать прорезь. Через нее внутрь трубы будут уложены витки катушки L1 (провод ПЭЛШО 0,3). Число витков 25+55+120, начиная от земляного конца.
В процессе намотки через каждые 2-3 витка провод следует смазывать эпоксидной смолой. Полость трубы готовой катушки необходимо заполнить силиконовым герметиком и покрыть всю конструкцию нитрокраской.
Вблизи разрыва к кольцу необходимо прикрепить стеклотекстолитовую плату с контактными площадками, к которым припаять:
• выводы катушки;
• конденсатор C1;
• провода соединительного кабеля.
Под один из концов трубы в месте крепления к плате следует подложить металлический лепесток, к которому припаять вывод экранирующей оплетки соединительного кабеля.
По завершении настройки металлоискателя весь этот узел для защиты от влаги необходимо накрыть пластмассовой коробкой или залить силиконовым герметиком.
Катушку лучше всего установить на деревянную крестовину, в центральной части которой сделать пластмассовые «ушки» для соединения с телескопической штангой из диэлектрического материала. Плата с основными деталями металлоискателя должна быть помещена в металлический корпус, закрепленный на противоположном катушке конце штанги.
Контурный конденсатор C1 составлен из нескольких соединенных параллельно конденсаторов K71-7 с общей емкостью, равной указанной на схеме. Можно применить и другие термостабильные конденсаторы (групп TKE M47 или M75). Транзистор VT7 следует подобрать с напряжением пробоя эмиттерного перехода 6.2–6.5 В. К остальным элементам схемы особых требований не предъявляется.
Переменный конденсатор C5 – от транзисторного радиоприемника. Кварцевый резонатор ZQ1 – часовой. Микроамперметр РА1 – с нулем посередине шкалы. Добавочный резистор R16 подбирают таким образом, чтобы при напряжении +2.5 В и –2.5 В стрелка микроамперметра отклонялась до соответствующего конца шкалы.
В качестве HA1 были опробованы различные излучатели звука. Наиболее подходящим оказался телефонный капсюль ТЭМК-311 с сопротивлением обмотки 250 Ом. При потреблении звуковым генератором тока не более 3 мА громкость сигнала вполне достаточна. Если использовать высокоомные наушники, потребляемый ток можно еще уменьшить.
Подробное описание налаживания устройства и методика работы с ним приводится в:
Джугурян Л. Металлоискатель на биениях. // Радио, 2005, №3, с. 44.
