Схема датчика металлоискателя: Схема подключения датчика на металлоискатель квазар. Отзывы о металлоискателе квазар арм. Перемычка JC1 закорачивается когда

alexxlab | 19.09.1983 | 0 | Разное

Как сделать схему детектора металла?

Металлоискатель — это обычный гаджет, который используется для проверки людей, багажа или мешков в торговых центрах, жилых помещениях, кинотеатрах и т. Д., Чтобы гарантировать, что человек не будет перевозить какие-либо металлы или запрещенные предметы, такие как оружие, бомбы и т. Д. Металлоискатели определяют близость металлов. Многие виды металлоискателей можно увидеть на рынке. К ним относятся портативные металлоискатели, проходные металлоискатели, наземные металлоискатели и т. Д.

Схема металлоискателя

Простая схема металлоискателя может быть изготовлена ​​дома в небольшом масштабе. В этом проекте мы собираемся сделать простую схему металлоискателя, используя датчик приближения. Все используемые компоненты очень просты и легко доступны на рынке.

Как спроектировать схему металлоискателя с использованием TDA0161?

Теперь, когда мы знаем, что будем делать в этом проекте, давайте начнем собирать дополнительную информацию, составив полный список компонентов и в первую очередь пройдя краткое исследование.

Шаг 1: Сбор Компонентов

Лучший подход к запуску любого проекта — составить список компонентов и провести краткое изучение этих компонентов, потому что никто не захочет зацикливаться на середине проекта только из-за отсутствующего компонента. Список компонентов, которые мы собираемся использовать в этом проекте, приведен ниже:

Шаг 2: Изучение компонентов

Поскольку теперь мы знаем основную концепцию этого проекта и у нас также есть полный список компонентов, файлы продвигаются на шаг вперед и проходят краткое изучение некоторых основных компонентов, которые будут использоваться при создании схемы.

TDA0161 Датчик приближения IC — это датчик приближения Ic. Изготовлено STMicroelectronics. Он используется для обнаружения металлических предметов. Он выполняет эту задачу, обнаруживая небольшие изменения в высокочастотных вихревых токах. С помощью вечно настроенной схемы микросхема TDA0161 действует как генератор. Выходной сигнал определяется изменением тока питания.

Это означает, что ток будет высоким, когда возражающий металл будет находиться рядом с катушкой, и ток будет низким, если рядом с катушкой нет металлических предметов. Микросхема TDA0161 состоит из 8 контактов. Эта микросхема поставляется в двухлинейных пакетах.

TDA0161

Транзистор 2N2222: это самый известный транзистор с биполярным переходом NPN. Этот транзистор в основном используется для коммутации и усиления. Основная причина его известности заключается в том, что он имеет низкую стоимость, малый размер и способность выдерживать высокое значение тока по сравнению с аналогичными небольшими транзисторами. Обычно этот транзистор может выдерживать ток до 800 мА. Этот транзистор изготовлен из кремния или германия. В процессе усиления входной аналоговый сигнал подается на его коллектор, а выходной усиленный сигнал отправляется на базу. этот аналоговый сигнал может быть речевым сигналом.

2N2222

Veroboard — хороший выбор для создания схемы, потому что единственной головной болью является размещение компонентов на плате Vero и просто пайка их и проверка целостности с помощью цифрового мультиметра. Как только схема расположения известна, обрежьте плату до разумного размера. Для этого положите доску на коврик для резки и, используя острое лезвие (надежно), и, соблюдая все меры предосторожности, несколько раз забивайте верх и основание вдоль прямой кромки (5 или несколько раз), перебегая отверстия. После этого поместите компоненты на плату близко, чтобы сформировать компактную цепь и припаять контакты в соответствии с подключением схемы. В случае какой-либо ошибки, попробуйте де-припаять соединения и перепаять их снова. Наконец, проверьте непрерывность. Выполните следующие шаги, чтобы сделать хорошую схему на Veroboard.

Veroboard

Зуммер — это своего рода электронный сборщик звука с согласованной структурой. Как правило, он используется в качестве голосового устройства в электронных устройствах, таких как ПК, принтеры, копировальные машины, механические устройства оповещения, электронные игрушки, автоэлектронные устройства, телефоны и т. Д. В этом проекте мы собираемся использовать зуммер для подачи сигнала тревоги.

когда штырь выбирается из главной цепи.

Зуммер

Шаг 3: Блок-схема

Блок-схема

Три основных типа схемы металлоискателя: LC-схема, датчик приближения, выходной зуммер и светодиод. Цепь LC сделана, соединяя конденсатор и катушку из медного провода в параллельной конфигурации.

Когда катушка обнаружит металл вблизи своей поверхности, она сработает от датчика приближения, который затем отправит сигнал в выходную цепь, и включит светодиод и подаст звуковой сигнал. Таким образом, в основном в цепи LC, когда материал той же частоты подойдет к медной катушке, он начнет резонировать. Это начнет заряжать конденсатор. Конденсатор и индуктор будут заряжаться поочередно в цепи LC. Когда конденсатор будет полностью заряжен, заряд будет передан индуктору, а когда заряд через конденсатор почти приблизится к нулю, он получит заряд от индуктора. Этот процесс повторяется снова и снова.

Датчик приближения — это датчик, который используется для обнаружения n объектов без какого-либо физического контакта. Принцип работы ИК-датчика и датчика приближения одинаков. Он также испускает сигнал и ничего не показывает на выходе, пока не произойдут какие-либо изменения в отраженном сигнале. На рынке доступно так много типов бесконтактных датчиков, что мы используем тот, который посылает выходной сигнал при обнаружении металлического предмета.

Шаг 4: Работа Цепи

Поскольку теперь у нас есть вся необходимая информация об используемых компонентах и ​​работе схемы, давайте продвинемся на один шаг вперед и начнем понимать основную работу схемы металлоискателя.

Основной металлодетекторной частью схемы является параллельная конфигурация конденсатора и катушки индуктивности. Эта схема LC помогает датчику приближения колебаться на определенной частоте. Когда любой металлический объект d любой резонансной частоты приближается к катушке индуктивности, по закону электромагнитной индукции индуцированный ток будет индуцироваться в катушке посредством взаимной индукции. Это изменит сигнал, проходящий через катушку к датчику приближения.

Потенциометр — это переменный резистор, значение которого можно изменить. Он используется в этой схеме для изменения значения цепи LC. Следует помнить, что значение датчика приближения следует проверять, когда рядом с катушкой нет металлических предметов. Если рядом с катушкой находится металлический предмет, значение датчика приближения изменится, поскольку в цепи LC будет другой сигнал.

Теперь измененный сигнал в катушке отправляется на датчик приближения. этот датчик изучит этот сигнал и отреагирует соответствующим образом. Если сигнал около 1 мА, это означает, что рядом с катушкой нет металлических предметов. Если ток почти превышает 8 мА, это означает, что рядом с катушкой находится металлический предмет.

Таким образом, когда выходной контакт датчика приближения высок, на транзистор подается положительное напряжение, и он посылает сигнал для включения светодиода и зуммера.

Шаг 5: Сборка компонентов

Теперь, когда мы знаем основную работу, а также полную схему нашего проекта, давайте двигаться вперед и приступить к созданию аппаратного обеспечения нашего проекта. Следует помнить одну вещь: схема должна быть компактной, а компоненты должны быть расположены так близко.

1. Возьмите Veroboard и протрите его сторону медным покрытием скребковой бумагой.
2. Теперь поместите компоненты аккуратно и достаточно близко, чтобы размер цепи не стал слишком большим
3. Тщательно сделайте соединения, используя паяльник. Если при выполнении соединений была допущена какая-либо ошибка, попробуйте демонтировать соединение и снова правильно припаять соединение, но, в конце концов, соединение должно быть надежным.
4. После того, как все соединения выполнены, проведите проверку целостности. В электронике проверка непрерывности — это проверка электрической цепи, чтобы проверить, протекает ли ток по желаемому пути (что это определенно полная цепь). Проверка непрерывности выполняется путем установки небольшого напряжения (проводного в сочетании со светодиодом или компонентом, создающим шум), например, пьезоэлектрическим динамиком) по выбранному пути.
5. Если проверка целостности пройдена, это означает, что цепь выполнена надлежащим образом. Теперь он готов к проверке.

Схема будет выглядеть как на картинке ниже:

Принципиальная электрическая схема

преимущества

Поскольку у каждого проекта есть свои плюсы и минусы, некоторые из преимуществ и недостатков этой схемы металлоискателя перечислены ниже.

1. Цепь детектора приближения IC TDA0161 на основе металлодетектора — это очень простой и маломасштабный проект, который можно легко реализовать дома. Поэтому его можно использовать в домах, офисах, на рабочих местах и ​​т. Д. Для поиска небольших металлических предметов, например железных гвоздей, серебряных или золотых украшений и т. Д.
2. Поскольку этот датчик приближения работает правильно, нет необходимости использовать микроконтроллер любого типа.

Недостатки

Поскольку это небольшая самодельная схема металлоискателя, основным недостатком его схемы является проблема дальности обнаружения. Для этой цепи расстояние металлического предмета должно быть не менее 10 мм от катушки цепи металлоискателя.

Приложения

Есть несколько применений металлоискателя. Некоторые из них перечислены ниже.

1. Металлодетекторы используются у входа в место, где необходима безопасность. Это будет использоваться для обнаружения любого вредного оружия.
2. Металлоискатели используются для обнаружения серебра, железа, золота и т. Д.
3. Поскольку этот проект выполнен в небольших масштабах, его можно использовать дома для обнаружения небольших металлических предметов, таких как железные гвозди и т. Д.

Appuals.com является участником партнерской программы Amazon Services LLC, и мы получаем комиссию за покупки, сделанные по нашим ссылкам.

Схема однокатушечного индукционного металлоискателя

Предлагаемый металлоискатель индукционного типа универсален. Его датчик прост по конструкции и может быть изготовлен диаметром 0,1-1(м). Приблизительно пропорционально диаметру будет изменяться размер обнаруживаемых объектов и расстояние, на котором металлоискатель эти объекты обнаруживает. Для стандартного датчика диаметром 180(мм) глубина обнаружения составляет:

• монета Ж 25(мм) – 0,15(м)
• пистолет – 0,4(м)
• каска – 0,б(м)

Прибор снабжен простейшим дискриминатором, который позволяет отфильтровать сигналы от небольших железных предметов, если последние не представляют интереса для поиска.

 Структурная схема

Структурная схема изображена на рис.25. Она состоит из нескольких функциональных блоков. Кварцевый генератор является источником прямоугольных импульсов, из которых в дальнейшем формируется сигнал, поступающий на катушку датчика. Сигнал генератора делится по частоте на 4 с помощью кольцевого счетчика на триггерах. По кольцевой схеме счетчик выполнен для того, чтобы на его выходах можно было сформировать два сигнала Ф1 и Ф2, сдвинутые друг относительно друга по фазе на 90°, что необходимо для построения схемы дискриминатора.

Рис. 25. Структурная схема индукционного металлоискателя.

Прямоугольный сигнал (меандр) подается на вход первого интегратора, на выходе которого получается кусочно-линейное пилообразное напряжение. Второй интегратор делает из «пилы» сигнал, очень близко приближающийся по форме к синусоидальному и состоящий из полуволн параболической формы. Этот сигнал стабильной амплитуды поступает на усилитель мощности, который представляет собой преобразователь «напряжение-ток», нагруженный на катушку датчика. Напряжение датчика уже не является стабильным по амплитуде, так как зависит от сигнала, отраженного от металлических объектов. Абсолютная величина этой нестабильности весьма мала. Чтобы увеличить ее, то есть выделить полезный сигнал, в схеме компенсации происходит вычитание выходного напряжения второго интегратора из напряжения на катушке датчика.

Внимание!!!

Здесь сознательно опускаются многие детали построения усилителя мощности, схемы компенсации и способа включения катушки датчика, делающие это описание более простым для понимания принципа работы прибора, хотя и не вполне корректным. Подробнее – см. описание принципиальной схемы.

Со схемы компенсации полезный сигнал поступает на приемный усилитель, где происходит его усиление по напряжению. Синхронные детекторы преобразуют полезный сигнал в медленно меняющиеся напряжения, величина и полярность которых зависит от сдвига отраженного сигнала по фазе относительно сигнала напряжения катушки датчика.

Иными словами, выходные сигналы синхронных детекторов являются не чем иным, как компонентами ортогонального разложения вектора полезного отраженного сигнала по базису векторов основных гармоник опорных сигналов Ф1 и Ф2.

В приемный усилитель неизбежно проникает часть бесполезного сигнала, не скомпенсированного схемой компенсации ввиду ее неидеальности. На выходах синхронных детекторов эта часть сигнала преобразуется в постоянные составляющие. Фильтры высокой частоты (ФВЧ) отсекают бесполезные постоянные составляющие, пропуская и усиливая только изменяющиеся компоненты сигналов, связанные с движением датчика относительно металлических предметов.15(Гц) » 32(кГц) (“часовой кварц”). Цепочка R1C2 препятствует возбуждению генератора на высших гармониках. Через резистор R2 замыкается цепь ООС, через резонатор Q – цепь ПОС. Генератор отличается простотой, малым потребляемым током, надежно работает при напряжении питания 3-15(В), не содержит подстроечных элементов и чересчур высокоомных резисторов. Выходная частота генератора – около 32(кГц).

Рис.26. Принципиальная электрическая схема индукционного металлоискателя. Входная часть.

Кольцевой счетчик (рис.26)

Кольцевой счетчик выполняет две функции. Во- первых, он делит частоту генератора на 4, до частоты 8(кГц) (рекомендации по выбору частоты – см. гл. 1.1). Во-вторых, он формирует два опорных сигнала для синхронных детекторов, сдвинутых друг относительно друга на 90° по фазе.

Кольцевой счетчик представляет собой два D-триггера D2.1 и D2.2, замкнутые в кольцо с инверсией сигнала по кольцу. Тактовый сигнал – общий для обоих триггеров. Любой выходной сигнал первого триггера D2.1 имеет сдвиг по фазе на плюс-минус четверть периода (т.е. на 90°) относительно любого выходного сигнала второго триггера D2.2.

Интеграторы (рис.26)

Собраны на ОУ D3.1 и D3.2. Их постоянные времени определяются цепочками R3C6 и R5C9. Режим по постоянному току поддерживается резисторами R4, R6. Разделительные конденсаторы С 5, С 8 препятствуют накоплению статической погрешности, которая может вывести интеграторы из режима ввиду их большого усиления по постоянному току. Номиналы элементов, входящих в схемы интеграторов выбраны так, чтобы суммарный сдвиг фазы обоих интеграторов на рабочей частоте 8(кГц) составлял ровно 180° с учетом как основных RC-цепочек, так и с учетом влияния разделительных цепей и конечного быстродействия ОУ при выбранной коррекции. Цепи коррекции ОУ интеграторов – стандартные и состоят из конденсаторов емкостью 33(пФ).

Усилитель мощности (рис.26)

Собран на ОУ D4.2 с параллельной ООС по напряжению. Термокомпенсированный токозадающий элемент, состоящий из резисторов R71, R72 и терморезистора R73 (см. рис.29), включен между выходом второго интегратора и инвертирующим входом ОУ D4.2. Нагрузка усилителя, являющаяся одновременно элементом ООС, представляет собой колебательный контур, состоящий из катушки датчика L1 и конденсатора С61.

В нумерации резисторов и конденсаторов по схема рис.26 – рис.29 пропущены некоторые позиции, что связано с многочисленными модификациями схем индукционного металлоискателя и не является ошибкой.

Колебательный контур настроен в резонанс на четверть частоты кварцевого резонатора задающего генератора, то есть на частоту подаваемого на него сигнала. Модуль полного сопротивления колебательного контура на резонансной частоте составляет около 4(к0м). Параметры катушки датчика L1 таковы: число витков – 100, марка провода – ПЭЛ, ПЭВ, ПЭЛШО 0,3-0,5, средний диаметр и диаметр оправки для намотки – 165(мм). Катушка имеет экран из алюминиевой фольги, подключенный к общей шине прибора. Для предотвращения образования короткозамкнутого витка, от экрана свободна небольшая часть, около 1(см), длины окружности обмотки катушки.

Элементы датчика R71 – R73 и L1, С61 подобраны так, чтобы: во-первых, были равны по величине напряжения на входе и на выходе усилителя мощности. Для этого необходимо, чтобы сопротивление цепочки R71 – R73 было равно модулю полного сопротивления колебательного контура L1, С61 на резонансной частоте 8(кГц), а точнее, 8192(Гц). Этот модуль сопротивления составляет, как уже говорилось, около 4(к0м) и его значение должно уточняться для конкретного датчика. Во-вторых, температурный коэффициент сопротивления (ТКС) цепочки R71 – R73 должен совпадать по величине и по знаку с ТКС модуля полного сопротивления колебательного контура L1, С61 на резонансной частоте, что достигается: грубо – путем выбора номинала терморезистора R73, а точно – выбором соотношения R71 – R72 и достигается экспериментально при настройке.

Температурная нестабильность колебательного контура связана с нестабильностью, в первую очередь, омического сопротивления медного провода катушки. При росте температуры это сопротивление возрастает, что увеличивает потери в контуре и уменьшает его добротность. Поэтому модуль его полного сопротивления на резонансной частоте уменьшается.

Резистор R18 не играет в схеме принципиальной роли и служит для поддержания ОУ D4.2 в режиме при отключенной ответной части разъема XI. Цепь коррекции ОУ D4.2 – стандартная и состоит из конденсатора емкостью 33 (пФ).

Схема компенсации (рис.26)

Ее основные элементы, которые реализуют вычитание выходного напряжения второго интегратора из напряжения катушки датчика – это резисторы R15, R17 с одинаковой величиной сопротивления. С их общей точки соединения полезный сигнал поступает на приемный усилитель. Дополнительные элементы, благодаря которым достигается ручная настройка и подстройка прибора – это потенциометры R74, R75 (рис. 29). С этих потенциометров можно снять сигнал, лежащий в диапазоне [-1, +1] от сигнала напряжения датчика (или практически равного ему по амплитуде выходного сигнала второго интегратора). Регулировкой указанных потенциометров достигается минимальный сигнал на входе приемного усилителя и нулевые сигналы на выходах синхронных детекторов.

Через резистор R16 часть выходного сигнала одного потенциометра подмешивается в схему компенсации непосредственно, а с помощью элементов R1 1-R14, С14-С16 – со сдвигом в 90° с выхода другого потенциометра.

ОУ D4.1 является основой компенсатора высших гармоник схемы компенсации. На нем реализован двойной интегратор с инверсией, постоянные времени которого задаются обычной для интегратора цепочкой параллельной ООС по напряжению R7C12, а также конденсатором С 16 со всеми окружающими его резисторами. На вход двойного интегратора поступает меандр с частотой 8(кГц) с выхода элемента D1.5. Через резисторы R8, R10 из меандра вычитается основная гармоника. Суммарное сопротивление этих резисторов составляет около 10(кОм) и подбирается экспериментально при настройке по минимуму сигнала на выходе ОУ D4.1. Оставшиеся на выходе двойного интегратора высшие гармоники поступают на схему компенсации в той же амплитуде, что и высшие гармоники, проникающие через основные интеграторы. Соотношение фаз таково, что на входе приемного усилителя высшие гармоники из указанных двух источников практически компенсируются.

Внимание !!!

Выход усилителя мощности не является дополнительным источником высших гармоник, так как высокая добротность колебательного контура (около 30) обеспечивает высокую степень подавления высших гармоник.

Высшие гармоники, в первом приближении, не влияют на нормальную работу прибора, даже если они многократно превосходят полезный отраженный сигнал. Тем не менее, их необходимо уменьшать, чтобы приемный усилитель не попал в режим ограничения, когда верхушки “коктейля” из высших гармоник на его выходе начинают обрезаться ввиду конечного значения напряжений питания ОУ. Такой переход усилителя в нелинейный режим резко снижает коэффициент усиления по полезному сигналу.

Элементы D1.4 и D1.5 предотвращают образование кольца паразитной ПОС через резистор R7 ввиду ненулевого значения выходного сопротивления выхода триггера D2.1. Попытка подключить резистор R7 напрямую к триггеру приводит к самовозбуждению схемы компенсации на низкой частоте.

Цепь коррекции ОУ D4.2 – стандартная и состоит из конденсатора емкостью 33 (пФ).

Приемный усилитель (рис.26)

Приемный усилитель – двухкаскадный. Его первый каскад выполнен на ОУ D5.1 с параллельной ООС по напряжению. Коэффициент усиления по полезному сигналу составляет: Кu = – R19/R17» -5. Второй каскад выполнен на ОУ D5.2 с последовательной ООС по напряжению. Коэффициент усиления Ku = R21/R22 +1=6. Постоянные времени разделительных цепочек выбраны такими, чтобы на рабочей частоте создаваемый ими набег по фазе компенсировал запаздывание сигнала, обусловленное конечным быстродействием ОУ. Цепи коррекции ОУ D5.1 и D5.2 – стандартные и состоят из конденсаторов емкостью 33 (пФ).

Синхронные детекторы (рис.27)

Синхронные детекторы однотипны и имеют идентичные схемы, поэтому будет рассмотрен только один из них, верхний по схеме. Синхронный детектор состоит из балансного модулятора, интегрирующей цепочки и усилителя постоянных сигналов (УПС). Балансный модулятор реализован на основе интегральной сборки аналоговых ключей D6.1 на полевых транзисторах. С частотой 8(кГц) аналоговые ключи поочередно замыкают на общую шину выходы “треугольника” интегрирующей цепочки, состоящей из резисторов R23 и R24 и конденсатора С23. Сигнал опорной частоты поступает на балансный модулятор с одного из выходов кольцевого счетчика. Этот сигнал является управляющим для аналоговых ключей.

Сигнал на вход “треугольника” интегрирующей цепочки поступает через разделительный конденсатор С21 с выхода приемного усилителя.

Рис.27. Принципиальная электрическая схема индукционного металлоискателя. Синхронные детекторы и фильтры.

Постоянная времени интегрирующей цепочки t»R23·C23 = R24·C23. Более подробно о схеме синхронного детектора можно прочитать в главе 4.1.

ОУ УПС D7 имеет стандартную цепь коррекции, состоящую из конденсатора емкостью 33 (пФ) для ОУ типа К140УД1408. В случае использования ОУ типа К140УД12 (с внутренней коррекцией) конденсатор коррекции не нужен, однако необходим добавочный токозадающий резистор R68 (показан пунктиром).

Фильтры (рис.27)

Фильтры однотипны и имеют идентичные схемы, поэтому будет рассмотрен только один из них, верхний по схеме.

Как уже указывалось выше, по типу фильтр относится к ФВЧ. Кроме того, на него в схеме возложена роль дальнейшего усиления выпрямленного синхронным детектором сигнала. При реализации подобного рода фильтров в металлоискателях возникает специфическая проблема. Суть ее заключается в следующем. Полезные сигналы, поступающие с выходов синхронных детекторов являются сравнительно медленными, поэтому нижняя граничная частота ФВЧ обычно лежит в диапазоне 2-10(Гц). Динамический диапазон сигналов по амплитуде очень велик, он может достигать 60(дБ) на входе фильтра. Это означает, что фильтр очень часто будет работать в нелинейном режиме перегрузки по амплитуде. Выход из нелинейного режима после воздействия таких больших перегрузок по амплитуде для линейного ФВЧ может затянуться на десятки секунд (как и время готовности прибора после включения питания), что делает обычные схемы фильтров непригодными для практики.

Для разрешения указанной проблемы идут на всевозможные ухищрения. Наиболее часто фильтр разбивают на три-четыре каскада со сравнительно небольшим усилением и более-менее равномерным распределением времязадающих цепочек по каскадам. Такое решение ускоряет выход устройства в нормальный режим после перегрузок. Однако, для его реализации требуется большое количество ОУ.

В предлагаемой схеме ФВЧ – однокаскадный. Для уменьшения последствий перегрузок он выполнен нелинейным. Его постоянная времени для больших сигналов приблизительно в 60 раз меньше, чем для сигналов малой амплитуды.

Схемотехнически, ФВЧ представляет собой усилитель напряжения на ОУ D9.1, охваченный цепью ООС через интегратор на ОУ D10. Для малого сигнала, частотные и временные свойства ФВЧ определяются делителем из резистоов R45, R47, постоянной времени интегратора R43ЧC35 и коэффициентом усиления усилителя напряжения на ОУ D9.1. При увеличении выходного напряжения ФВЧ, после определенного порога начинает сказываться влияние цепочки диодов VD1-VD4, которые и являются основным источником нелинейности. Указанная цепочка на больших сигналах шунтирует резистор R45, увеличивая тем самым глубину ООС в ФВЧ и уменьшая постоянную времени ФВЧ.

Коэффициент усиления по полезному сигналу составляет около 200. Для подавления высокочастотных помех в схеме фильтра имеется конденсатор С31. ОУ усилителя напряжения D9.1 имеет стандартную цепь коррекции, состоящую из конденсатора емкостью 33 (пФ). ОУ интегратора D10 имеет цепь коррекции, состоящую из конденсатора емкостью 33 (пФ) для ОУ типа К140УД1408. В случае использования ОУ типа К140УД12 (с внутренней коррекцией) конденсатор коррекции не нужен, однако необходим добавочный токозадающий резистор R70 (показан пунктиром).

Рис.28. Принципиальная электрическая схема индукционного металлоискателя. Дискриминатор и формирователь звукового сигнала

Дискриминатор (рис.28)

Дискриминатор состоит из компараторов на ОУ D12.1, D12.2 и одновибраторов на триггерах D13.1, D13.2. При прохождении датчика металлоискателя над металлическим предметом на выходах фильтров возникает полезный сигнал в виде двух полуволн напряжения противоположной полярности, следующих одна за другой одновременно на каждом выходе. Для небольших предметов из железа сигналы на выходах обоих фильтров будут синфазны: выходное напряжение “качнется” сначала в минус, а затем в плюс и вернется к нулю. Для неферромагнитных металлов и крупных железных предметов отклик будет другой: выходное напряжение только первого (верхнего по схеме фильтра) “качнется” сначала в минус, а затем в плюс. Реакция же на выходе второго фильтра будет противоположной: выходное напряжение “качнется” сначала в плюс, а затем в минус.

Таким образом, определив, полуволна какой полярности на выходе первого фильтра была первой по времени, можно определить, к какому типу относится обнаруженный предмет. Процесс принятия решения дискриминатором протекает следующим образом. Компараторы D12.1, D12.2 формируют на своих выходах прямоугольные импульсы положительной полярности при превышении (по модулю) амплитудой отрицательной полуволны выходного напряжения фильтра некоторого порога. Этот порог задается делителем R51, R52 и составляет около -1 (В).

Выходные импульсы компараторов запускают один из одновибраторов на триггерах D13.1, D13.2. Одновременно одновибраторы запуститься не могут – перекрестная ОС через диоды VD9, VD11 блокирует запуск одновибратора, если другой уже запущен. Длительность импульсов на выходах одновибраторов составляет около 0,5(с) и это в несколько раз больше, чем длительность обоих всплесков полезного сигнала при быстром движении датчика. Поэтому вторые полуволны выходных сигналов фильтров уже не влияют на решение дискриминатора – по первым всплескам полезного сигнала он запускает один из одновибраторов, другой при этом блокируется и такое состояние фиксируется на время 0,5(с).

Чтобы исключить срабатывание компараторов от помех, а также, чтобы задержать по времени выходной сигнал первого фильтра относительно второго, на входах компараторов установлены интегрирующие цепочки R49, С41 и R50, С42. Постоянная времени цепочки R49, С41 в несколько раз больше, поэтому при одновременном приходе двух отрицательных полуволн с выходов фильтров первым сработает компаратор D12.2 и запустится одновибратор на триггере D13.2, выдав управляющий сигнал (“ферро” – железо).

Формирователь звукового сигнала (рис.28)

Формирователь звукового сигнала состоит из двух идентичных управляемых генераторов звуковой частоты на триггерах Шмидта с логикой “И” на входе D14.1, D14.2. Запускается каждый генератор непосредственно выходным сигналом соответствующего одновибратора дискриминатора. Верхний генератор срабатывает по команде “металл” с выхода верхнего одновибратора – неферромагнитная мишень или крупный железный предмет – и выдает тональную посылку с частотой около 2(кГц). Нижний генератор срабатывает по команде “ферро” с выхода нижнего одновибратора – небольшие железные предметы – и выдает тональную посылку с частотой около 500(Гц). Длительности посылок равны длительности импульсов на выходах одновибраторов. Элементом D14.3 осуществляется смешивание сигналов двух тональных генераторов. Элемент D14.4, включенный по схеме инвертора, предназначен для реализации мостовой схемы включения пьезоизлучателя. Резистор R63 ограничивает всплески потребляемого микросхемой D14 тока, вызванные емкостным характером импеданса пьезоизлучателя. Это является профилактической мерой по уменьшению влияния наводок по питанию и предотвращению возможного самовозбуждения усилительного тракта.

Схема внешних соединений (рис.29)

На схеме внешних соединений показаны элементы, не установленные на печатной плате прибора и подключаемые к ней с помощью электрических разъемов. К таким элементам относятся:

• потенциометры настройки и балансировки R74, R75,
• датчик с кабелем и разъемом подключения,
• защитные диоды по питанию VD13, VD14,
• переключатель режимов работы S 1.1 -S 1.6,
• измерительные приборы W1, W2,
• батареи питания,
• пьезоизлучатель Y1.

Назначение перечисленных элементов, в основном, очевидно и не требует дополнительных пояснений.

 

Типы деталей и конструкция

Типы используемых микросхем приведены в таблице.

Рис. 29. Принципиальная электрическая схема индукционного металлоискателя. Схема внешних соединений.

Таблица.

Обозначение по рис.26-рис.28	Тип	Функциональное назначение
D1	К561ЛН2	6 инверторов
D2,D13	К561ТМ2	2 D-триггера
D3-D5,D9,D12	К157УД2	сдвоенный ОУ
D6	КР590КН4	аналоговые ключи
D7-D8,D10-D11	КР140УД1408	точный ОУ
D14	К561ТЛ1	4 эл-та 2И-НЕ с триггерами Шмидта на входе

Вместо микросхем серии К561 возможно использование микросхем серии К 1561. Можно попытаться применить некоторые микросхемы серии К176.

Сдвоенные операционные усилители (ОУ) серии К 15 7 можно заменить любыми сходными по параметрам одиночными ОУ общего назначения (с соответствующими изменениями в цоколевке и цепях коррекции), хотя применение сдвоенных ОУ удобнее (возрастает плотность монтажа). Желательно, чтобы применяемые типы ОУ не уступали рекомендуемым типам по быстродействию. Особенно это касается микросхем D3-D5.

ОУ синхронных детекторов и интеграторов ФВЧ по своим параметрам должны приближаться к прецизионным ОУ. Кроме типа, указанного в таблице, подойдут К140УД14, 140УД14. Возможно применение микромощных ОУ К140УД12, 140УД12, КР140УД1208 в соответствующей схеме включения.

К применяемым в схеме металлоискателя резисторам не предъявляется особых требований. Они лишь должны иметь прочную и миниатюрную конструкцию и быть удобны для монтажа. С целью получения максимальной термостабильности следует испльзовать в схемах датчика, интеграторов и в схеме компенсации только металлопленочные резисторы. Номинал рассеиваемой мощности 0,125- 0,25(Вт).

Терморезистор R73 должен иметь отрицательный ТКС и номинал около 4,7(кОм). Рекомендуемый тип – КМТ- 17вт.

Потенциометры компенсации R74, R75 желательны многооборотные типа СП5-44 или с нониусной подстройкой типа СП5-35. Можно обойтись и обычными потенциометрами любых типов. В этом случае желательно их использовать два. Один – для грубой подстройки, номиналом 10(кОм), включенный в соответствии со схемой. Другой – для точной подстройки, включенный по схеме реостата в разрыв одного из крайних выводов основного потенциометра, номиналом 0,5-1(кОм).

Конденсаторы С45, С49, С51 – электролитические. Рекомендуемые типы – К50-29, К50-35, К53-1, К53-4 и др. малогабаритные. Остальные конденсаторы, за исключением конденсаторов колебательного контура датчика, – керамические типа К 10-7 (до номинала 68(нФ)) и металлопленочные типа К73-17 (номиналы выше 68(нФ)).

Конденсатор контура С61 – особый. К нему предъявляются высокие требования по точности и термостабильности. Конденсатор С61 состоит из нескольких (5…10 шт.) конденсаторов, включенных в параллель. Настройка контура в резонанс осуществляется подбором количества конденсаторов и их номинала. Рекомендуемый тип конденсаторов К10-43. Их группа по термостабильности – МП0 (т.е. приблизительно нулевой ТКЕ). Возможно применение прецизионных конденсаторов и других типов, например, К71-7. В конце концов, можно попытаться использовать старинные термостабильные слюдяные конденсаторы с серебряными обкладками типа КСО или какие-либо полистирольные конденсаторы.

Диоды VD1-VD12 типа КД521, КД522 или аналогичные кремниевые маломощные. В качестве диодов VD1-VD4 и VD5-VD8 удобно также использовать интегральные мостовые диодные сборки типа КД906. Выводы (+) и (-) диодной сборки спаиваются вместе, а выводами (~) она включается в схему вместо четырех диодов. Защитные диоды VD13-VD14 типов КД226, КД243, КД247 и другие малогабаритные на ток от 1(А).

Микроамперметры – любого типа на ток 100(мкА) с нулем посередине шкалы. Удобны малогабаритные микроамперметры, например, типа М4247.

Кварцевый резонатор Q – любой малогабаритный часовой кварц (аналогичные используются также в портативных электронных играх).

Переключатель режимов работы – любого типа малогабаритный поворотный галетный или кулачковый на 5 положений и 6 направлений. Батареи питания – типа 3R12 – по международному обозначению, “квадратные” – по нашему советско-российскому.

Пьезоизлучатель Y1 – может быть типа 3П1…3П18. Хорошие результаты получаются при использовании пьезоизлучателей импортных телефонов (идут в огромных количествах “в отвал” при изготовлении телефонов с определителем номера).

Разъемы XI-ХЗ – стандартные, под пайку на печатную плату, с шагом выводов 2,5 (мм). Подобные разъемы широко применяются в настоящее время в телевизорах и другой бытовой технике. Разъем Х4 должен быть наружного исполнения, с металлическими наружними деталями, желательно – с посеребряными или позолоченными контактами и герметичным выходом на кабель. Рекомендуемый тип – PC 7 или PC 10 с резьбовым или байонетным соединением.

Печатная плата

Конструкция прибора может быть достаточно произвольной. При ее разработке следует учесть рекомендации, изложенные ниже в параграфах, посвященных датчикам и конструкции корпусов. Основная часть элементов принципиальной схемы прибора размещается на печатной плате.

Печатная плата электронной части металлоискателя может быть изготовлена на основе готовой универсальной макетной печатной платы под DIP корпуса микросхем с шагом 2,5 мм. В этом случае монтаж ведут одножильным медным луженьм проводом в изоляции. Такая конструкция удобна для экспериментальной работы.

Более аккуратная и надежная конструкция печатной платы получается при разводке дорожек традиционным способом под заданную схему. Ввиду ее сложности, в этом случае печатная плата должна быть с двухсторонней металлизацией. Использованная автором топология печатных дорожек приведена на рис.30 – сторона печатной платы со стороны установки деталей и на рис.31 – сторона печатной платы со стороны пайки. Рисунок топологии приведен не в натуральную величину.

Рис.30. Топология дорожек печатной платы. Вид со стороны деталей.

Рис.31. Топология дорожек печатной платы. Вид со стороны пайки.

Для удобства изготовления фотошаблона автор приводит размер печатной платы по внешней рамке рисунка – 130 х 144 (мм).

Особенности печатной платы:

• перемычки, без которых разводка печатной платы оказалась невозможной,
• общую шину, которая выполнена в виде сетчатого рисунка максимально возможной площади на плате,
• расположение отверстий по узлам сетки с шагом 2,5 (мм),- минимальное расстояние между центром отверстия и средней линией проводника или между средними линиями двух соседних проводников – 1,77 (мм),
• направление прокладки отдельных проводников печатной платы по углу кратно 45°.

Плотность проводников на печатной плате не слишком высока, что позволяет изготовить рисунок под травление в домашних условиях. Для этого рекомендуется использовать тонкий стеклянный рейсфедер или иглу шприца со спиленным острием в комплекте с пластиковой трубкой.

Рисунок обычно выполняют нитрокраской, кузбасс-лаком, цапон-лаком и т.п. красителями, разбавленньми подходящими растворителями до удобной концентрации. Обычный реагент для травления стандартной печатной платы из стеклотекстолита с медной фольгой 35-50 (мкм) – водный раствор хлорного железа FeCl3.

Расположение деталей на печатной плате приведено на рис.32 (микросхемы, разъемы, диоды и кварцевый резонатор), на рис.33 (резисторы и перемычки) и на рис.34 (конденсаторы).

Рис. 32. Расположение элементов на печатной плате. Разъемы, микросхемы, диоды и кварцевый резонатор.

Рис.33. Расположение элементов на печатной плате. Резисторы.

Рис.34. Расположение элементов на печатной плате. Конденсаторы.

 

Налаживание прибора

Налаживание прибора рекомендуется производить в следующей последовательности.

1. Проверить правильность монтажа по принципиальной схеме. Убедиться в отсутствии коротких замыканий между соседними проводниками печатной платы, соседними ножками микросхем и т.п.

2. Подключить батареи или двуполярный источник питания, строго соблюдая полярность. Включить прибор и измерить потребляемый ток. Он должен составлять около 40(мА) по каждой шине питания. Резкое отклонение измеренных значений от указанной величины свидетельствует о неправильности монтажа или неисправности микросхем.

3. Убедиться в наличии на выходе генератора чистого меандра с частотой около 32(кГц).

4. Убедиться в наличии на выходах триггеров D2 меандра с частотой около 8(кГц).

5. Убедиться в наличии на выходе первого интегратора пилообразного напряжения, а на выходе второго – практически синусоидального с нулевыми постоянными составляющими.

Внимание! Дальнейшую настройку прибора необходимо проводить при отсутствии вблизи катушки датчика металлоискателя крупных металлических предметов, включая измерительные приборы! В противном случае, при перемещении этих предметов или при перемещении датчика относительно них прибор расстроится, а при наличии крупных металлических предметов вблизи датчика настройка будет невозможной.

6. Убедиться в работоспособности усилителя мощности по наличию на его выходе синусоидального напряжения частотой 8 (кГц) с нулевой постоянной составляющей (при подключенном датчике).

7. Настроить колебательный контур датчика в резонанс путем подбора количества конденсаторов колебательного контура и их номинала. Контроль настройки производится грубо – по максимальной амплитуде напряжения контура, точно – по сдвигу фазы в 180° между входным и выходным напряжениями усилителя мощности.

8. Заменить резисторный элемент датчика (резисторы R71- R73) постоянным резистором. Подобрать его величину так, чтобы входное и выходное напряжения усилителя мощности были равны по амплитуде.

9. Убедиться в работоспособности приемного усилителя, для чего проверить режим его ОУ и прохождение сигнала.

10. Убедиться в работоспособности схемы компенсации высших гармоник. Потенциометрами настройки R74, R75 добиться минимума сигнала основной гармоники на выходе приемного усилителя. Подбором дополнительного резистора R8 добиться минимума высших гармоник на выходе приемного усилителя. При этом произойдет некоторый разбаланс по основной гармонике. Устранить его настройкой потенциометрами R74, R75 и вновь добиться минимума высших гармоник с помощью подбора резистора R8 и так несколько раз.

11. Убедиться в работоспособности синхронных детекторов. При правильно настроенном датчике и при правильно настроенной схеме компенсации выходные напряжения синхронных детекторов устанавливаются в ноль приблизительно при среднем положении движков потенциометров R74, R75. Если этого не происходит (при отсутствии ошибок в монтаже), необходимо точнее настроить контур датчика и точнее подобрать его резисторный элемент. Критерием правильной окончательной настройки датчика является балансировка прибора (то есть установка нуля на выходах синхронных детекторов) в среднем положении движков потенциометров R74, R75. При настройке следует убедиться, что вблизи состояния балансировки на движение рукоятки потенциометра R74 реагирует только прибор W1, а на движение рукоятки потенциометра R75 – только прибор W2. Если движение рукоятки одного из потенциометров вблизи состояния балансировки отражается на двух приборах одновременно, то с такой ситуацией следует либо смириться (при этом несколько труднее будет балансировать прибор при каждом включении), либо точнее подобрать номинал конденсатора С 14.

12. Убедиться в работоспособности фильтров. Постоянная составляющая на их выходах не должна превышать 100 (мВ). Если это не так, следует сменить конденсаторы С35, С37 (даже среди пленочных типа К73-17 попадаются бракованные с сопротивлением утечки единицы – десятки мегом). Может потребоваться и замена ОУ D10 и D11. Убедиться в реагировании фильтров на полезный сигнал, который можно сымитировать небольшими поворотами рукояток R74, R75. Наблюдать выходной сигнал фильтров удобно непосредственно с помощью стрелочных приборов W1 и W2. Убедиться в возврате выходного напряжения фильтров в ноль после воздействия сигналов большой амплитуды (не позже, чем через 2 (сек)).

Может так оказаться, что неблагоприятная электромагнитная обстановка затруднит наладку прибора. В этом случае стрелки микроамперметров будут совершать хаотические или периодические колебания при настроенном состоянии прибора в положениях переключателя S1 “Режим 1” и “Режим 2”. Описанное нежелательное явление объясняется наводками высших гармоник сети 50(Гц) на катушку датчика. На значительном удалении от проводов с электричеством колебания стрелок при настроенном приборе должны отсутствовать.

13. Убедиться в работоспособности дискриминатора и схемы формирования звукового сигнала.

14. Произвести термическую компенсацию датчика. Для этого сначала необходимо настроить и отбалансировать металлоискатель с резистором вместо резистивного элемента датчика. Затем – немного нагреть датчик на батарее отопления или охладить в холодильнике. Отметить, в каком положении движка потенциометра “металл” R74 будет достигаться балансировка прибора при изменившейся температуре датчика. Замерить сопротивление резистора, временно установленного в датчике, и заменить его на цепочку R71-R73 с термистором и с резисторами таких номиналов, чтобы суммарное сопротивление цепочки R71-R73 было бы равно сопротивлению заменяемого постоянного резистора. Выдержать датчик при комнатной температуре не менее получаса и повторить эксперимент с изменением температуры. Сравнить полученные результаты. Если точка балансировки по шкале движка R74 смещается в одну сторону, значит, датчик недокомпенсирован и необходимо усилить влияние термистора, ослабив шунтирующее действие резистора R72, для чего увеличить его сопротивление, а сопротивление добавочного резистора R71 – уменьшить (для сохранения величины сопротивления всей цепочки постоянной). Если же точка балансировки для этих двух экспериментов смещается в разные стороны, то датчик перекомпенсирован и необходимо ослабить влияние термистора, усилив шунтирующее действие резистора R72, для чего уменьшить его сопротивление, а сопротивление добавочного резистора R71 – увеличить (для сохранения величины сопротивления всей цепочки постоянной). Проведя несколько экспериментов с подбором резисторов R71 и R72, необходимо добиться, чтобы настроенный и отбалансированный прибор не терял способности для балансировки при изменении температуры на 40°С (охлаждение от комнатной температуры до температуры морозильной камеры холодильника).

При наличии неполадок и отклонений в поведении отдельных узлов схемы металлоискателя следует действовать по общепринятой методике:

• проверить отсутствие самовозбуждения ОУ,
• проверить режимы ОУ по постоянному току,
• сигналы и логические уровни входов/выходов цифровых микросхем, и т.д. и т.п.

   

Возможные модификации

Схема предложенного индукционного металлоискателя не так проста, как схемы металлоискателей, рассмотренных ранее. Поэтому, с одной стороны, актуально ее упрощение для начинающих радиолюбителей. Даже при использовании печатной платы, приведенной в книге, целесообразно начать сборку металлоискателя с упрощенного варианта, и только после его наладки добавить остальные элементы.

С другой стороны, предложенная схема индукционного металлоискателя может послужить удобной “отправной точкой” для более опытных экспериментаторов. Поэтому возможно ее дальнейшее усовершенствование и усложнение. Обе возможности подробнее рассмотрены ниже.

Упрощения. Настройка прибора

Упростить настройку (балансировку) прибора можно до предела, уменьшив коэффициент усиления приемного усилителя. При этом уже не потребуются дорогие и дефицитные потенциометры с нониусной подстройкой, а вполне хватит обычных. Может не потребоваться и температурная компенсация датчика. Все зависит от конкретного значения коэффициента усиления. Для начала можно попробовать выбрать его равным единице, положив R19 = 20(к0м), а каскад на ОУ D5.2 – удалить (или удалить только С20, R22, a R20, R21 – заменить перемычками). Конечно, при этом уменьшится дальность обнаружения прибора – приблизительно в полтора раза. Если не эксплуатировать прибор в широком диапазоне температур, то от настроечных потенциометров R74, R75 можно вообще отказаться. В этом случае они удаляются из схемы вместе с резисторами R13, R16, а балансировка выполняется один раз при изготовлении и наладке прибора. Балансировка достигается настройкой колебательного контура и выбором соотношения сопротивлений резисторов R15 и R17 в небольших пределах около единицы.

Компенсация высших гармоник

Точнее, речь пойдет об ее отсутствии. Упрощение в этом случае достигается за счет удаления каскада на ОУ D4.1. Удаляются также резисторы R7-R10 и конденсаторы С 11-С 13. Вывод резистора R11, подключавшийся ранее к выходу ОУ, следует подключить к общей шине. При использовании описанной выше печатной платы со сдвоенными ОУ возможен другой вариант: удаляются резисторы R7-R10 и конденсаторы C11-C12, ОУ D4.1 остается в схеме. С такими изменениями максимально возможный коэффициент усиления приемного усилителя будет приблизительно в два раза меньше из-за увеличения уровня уровня высших гармоник. Ухудшение потенциальной дальности обнаружения будет незначительно, около 10%.

Если предполагается принять упрощения, описанные параграфом выше, то можно удалить все элементы, относящиеся к схеме компенсации высших гармоник. Кроме уже указанных, можно удалить также следующие элементы: R11,R12,R14,C14 и C16.

Переключатель режимов работы

При отсутствии настроечных потенциометров (см. выше) можно упростить цепи, связанные с переключателем режимов работы. Сам переключатель заменяется тумблером питания на два направления (два контакта на замыкание), а остальные цепи подключаются так, как они подключаются в режимах 1 или 2, по выбору.

Расширение возможностей. Регулятор порога дискриминатора

Как уже отмечалось, порог срабатывания компараторов дискриминатора D12.1 и D12.2 определяется делителем из резисторов R51, R52 и является величиной постоянной. Можно ввести в конструкцию прибора регулятор “Чувствительность”, который представляет собой переменный резистор, шунтирующий резистор делителя напряжения R52. Его рекомендуемая величина – 51(кОм). Для его подключения в конструкции печатной платы прибора предусмотрен вывод с резистора R52 на контакт 5 разъема ХЗ. При максимальной величине сопротивления внешнего переменного резистора чувствительность прибора минимальна. Уменьшая сопротивление этого резистора, будем увеличивать чувствительность прибора.

Необходимо отметить, что увеличение чувствительности связано с увеличением риска ложных срабатываний прибора и поэтому не может быть рекомендовано для всех случаев. Кроме того, желательно включить последовательно с указанным переменным резистором резистор постоянной величины номиналом 5,1(кОм). Эта мера не даст возможности порогам срабатывания компараторов дискриминатора проближаться к нулю.

Фильтры

Для улучшения селективности по отдельным типам обнаруживаемых мишеней возможна следующая модификация: на входы фильтров подаются не сигналы с выходов синхронных детекторов, а линейные комбинации выходных сигналов синхронных детекторов. Схемотехнически это реализуется следующим образом: между выходами синхронных детекторов включаются два подстроенных потенциометра, а сигнал на входы фильтров поступает с движков этих потенциометров. Регулировкой потенциометров добиваются, чтобы в режиме 1 прибор выдавал звуковой сигнал только на объекты из определенного металла. Обычно, к металлам “повышенного интереса” относят медь, серебро, золото и их сплавы. Отсечь же с помощью дискриминатора стремятся, в первую очередь, железо, ржавчину, алюминий и природные минералы.

Настройка дискриминатора металлоискателя в данном случае является делом кропотливым, требующим проведения массы экспериментов. Конкретные рекомендации привести сложно, так как настройка зависит как от характера материала предполагаемых объектов для поиска, так и от точности настройки колебательного контура датчика. Дополнительно можно лишь рекомендовать поэкспериментировать с подключением одного из выводов подстроечных потенциометров к выходу синхронного детектора через инвертор (усилитель с коэффициентом усиления минус 1).

Схема металлоискателя на биениях

Предлагаемый металлоискатель предназначен для “ближнего” поиска предметов. Он собран по простейшей схеме. Прибор компактен и несложен в изготовлении. Глубина обнаружения составляет:

• монета 0,25мм…………5 (см)
• пистолет………………..10 (см)
• каска……………………..20 (см)

 

Структурная схема

Структурная схема изображена на рис.21. Она состоит из нескольких функциональных блоков. Кварцевый генератор является источником прямоугольных импульсов стабильной частоты. К измерительному генератору подключен колебательный контур, в состав которого входит датчик – катушка индуктивности. Выходные сигналы обоих генераторов поступают на входы синхронного детектора, который на своем выходе формирует сигнал разностной частоты. Этот сигнал имеет приблизительно пилообразную форму. Для удобства дальнейшей обработки сигнал синхронного детектора преобразуется с помощью триггера Шмидта в сигнал прямоугольной формы. Устройство индикации предназначено для формирования звукового сигнала разностной частоты с помощью пьезоизлучателя и для визуального отображения величины этой частоты с помощью светодиодного индикатора.

Рис.21. Структурная схема металлоискателя на биениях

Принципиальная схема разработанного автором металлоискателя на биениях изображена на рис.22.

Кварцевый генератор

Имеет схему, аналогичную со схемой генератора металлоискателя по принципу “передача-прием”, но реализованную на инверторах D1.l5(Гц) » 32(кГц) (“часовой кварц”). Цепочка R1C2 препятствует возбуждению генератора на высших гармониках. Через резистор R2 замыкается цепь ООС, через резонатор Q – цепь ПОС. Генератор отличается простотой, малым потребляемым током от источника питания, надежно работает при напряжении питания 3-15 (В), не содержит подстроечных элементов и чересчур высокоомных резисторов.

Рис.22. Принципиальная электрическая схема металлоискателя на биениях.

Выходная частота генератора около 32(кГц). Дополнительный счетный триггер D2.1 необходим для формирования сигнала со скважностью, в точности равной 2, что требуется для последующей схемы синхронного детектора.

Измерительный генератор

Непосредственно генератор реализован на дифференциальном каскаде на транзисторах VT1, VT2. Цепь ПОС реализована гальванически, что упрощает схему. Нагрузкой дифференциального каскада является колебательный контур L1C1. Частота генерации зависит от резонансной частоты колебательного контура и, в некоторой степени, от режимного тока дифференциального каскада. Этот ток задается резисторами R3 и R3′. Подстройка частоты измерительного генератора при настройке прибора осуществляется грубо – подбором емкости С1 и плавно – регулировкой потенциометром R3′.

Для преобразования низковольтного выходного сигнала дифференциального каскада к стандартным логическим уровням цифровых КМОП – микросхем служит каскад по схеме с общим эмиттером на транзисторе VT3. Формирователь с триггером Шмидта на входе на элементе D3.1 обеспечивает крутые фронты импульсов для нормальной работы последующего счетного триггера.

Дополнительный счетный триггер D2.2 необходим для формирования сигнала со скважностью, в точности равной 2, что требуется для последующей схемы синхронного детектора.

Синхронный детектор

Состоит из перемножителя, реализованного на элементе D4.1 “Исключающее ИЛИ” и интегрирующей цепочки R6C4. Его выходной сигнал близок по форме к пилообразному, а частота этого сигнала равна разности частот кварцевого генератора и измерительного генератора.

Триггер Шмидта

Реализован на элементе D3.2 и формирует прямоугольные импульсы из пилообразного напряжения синхронного детектора.

Устройство индикации

Является просто мощным буферным инвертором, реализованным на трех оставшихся инверторах D1.4-D1.6, включенных в параллель для увеличения нагрузочной способности. Нагрузкой устройства индикации являются светодиод и пьезоизлучатель. Типы деталей и конструкция

Типы используемых микросхем приведены в таблице.

Обозначение по рис.22	Тип	Функциональное назначение
D1	К561ЛН2	6 инверторов
D2	К561ТМ2	2 D-триггера
D3	К561ТЛ1	4 эл-та 2И-НЕ с триг. Шмидта на входах
D4	К561ЛП2	4 эл-та “Исключающее или”

Вместо микросхем серии К561 возможно использование микросхем серии К1561. Можно попытаться применить некоторые микросхемы серии К 176. Входы неиспользуемых элементов цифровых микросхем нельзя оставлять неподключенными! Их следует соединить либо с общей шиной, либо с шиной питания.

Транзисторы VT1, VT2 являются элементами интегральной транзисторной сборки типа К159НТ1 с любой буквой. Их можно заменить на дискретные транзисторы с npn проводимостью типов КТ315, КТ312 и т.п. Транзистор VT3 – типа КТ361 с любой буквой или аналогичного типа с pnp проводимостью.

К применяемьш в схеме металлоискателя резисторам не предъявляется особых требований. Они лишь должны иметь прочную конструкцию и быть удобны для монтажа. Номинал рассеиваемой мощности 0,125-0,25(Вт).

Потенциометр компенсации R3′ желателен многооборотный типа СП5-44 или с нониусной подстройкой типа СП5-35. Можно обойтись и обычными потенциометрами любых типов. В этом случае желательно их использовать два последовательно включенных. Один – для грубой подстройки, номиналом 1(кОм). Другой – для точной подстройки, номиналом 100(Ом).

Катушка индуктивности L1 имеет внутренний диаметр намотки 1б0(мм), содержит 100 витков провода. Тип провода – ПЭЛ, ПЭВ, ПЭЛШО и т.п. Диаметр провода 0,2- 0,5(мм). О конструкции катушки см. отдельный параграф ниже.

Конденсатор С3 – электролитический. Рекомендуемые типы – К50-29, К50-35, К53-1, К53-4 и др. малогабаритные. Остальные конденсаторы, за исключением конденсатора колебательного контура катушки измерительного генератора, – керамические типа К10-7 и т.п. Конденсатор контура С1 особый. К нему предъявляются высокие требования по точности и термостабильности. Конденсатор состоит из нескольких (5…10 шт.) отдельных конденсаторов, включенных в параллель. Грубая настройка контура на частоту кварцевого генератора осуществляется подбором количества конденсаторов и их номинала. Рекомендуемый тип конденсаторов К 10-43. Их группа по термостабильности – МП0 (т.е. приблизительно нулевой ТКЕ). Возможно применение прецизионных конденсаторов и других типов, например, К71-7. В конце концов, можно попытаться использовать термостабильные слюдяные конденсаторы с серебряными обкладками типа КСО или полистирольные конденсаторы.

Светодиод VD1 типа АЛ336 или аналогичный с высоким КПД. Подойдет и любой другой светодиод видимого диапазона излучения. Кварцевый резонатор Q – любой малогабаритный часовой кварц (аналогичные используются также в портативных электронных играх).

Пьезоизлучатель Y1 – может быть типа 3П1…3П18. Хорошие результаты получаются при использовании пьезоизлучателей импортных телефонов (идут в огромных количествах “в отвал” при изготовлении телефонов с определителем номера).

Конструкция прибора может быть достаточно произвольной. При ее разработке желательно учесть рекомендации, изложенные ниже в параграфах, посвященных датчикам и конструкции корпусов.

Печатная плата электронной части металлоискателя может быть изготовлена любым из традиционных способов, удобно также использовать готовые макетные печатные платы под DIP корпуса микросхем (шаг 2,5 мм).

 

Налаживание прибора

Налаживание прибора рекомендуется производить в следующей последовательности.

1. Проверить правильность монтажа по принципиальной схеме. Убедиться в отсутствии коротких замыканий между соседними проводниками печатной платы, соседними ножками микросхем и т.п.

2. Подключить батарею или источник питания 9(В), строго соблюдая полярность. Включить прибор и измерить потребляемый ток. Он должен составлять около 10(мА). Резкое отклонение от указанной величины свидетельствует о неправильности монтажа или неисправности микросхем.

3. Убедиться в наличии на выходе кварцевого генератора и на выходе элемента D3.1 чистого меандра с частотой около 32(кГц).

4. Убедиться в наличии на выходах триггеров D2.1 и D2.2 сигналов с частотами около 16(кГц).

5. Убедиться в наличии на входе элемента D3.2 пилообразного напряжения разностной частоты, а на его выходе- прямоугольных импульсов.

6. Убедиться в работоспособности устройства индикации – визуально и на слух.

 

Возможные модификации

Схема прибора предельно проста и поэтому речь может идти только о дальнейших усовершенствованиях. К ним можно отнести:

1. Добавление дополнительного светодиодного логарифмического индикатора частоты.

2. Использование трансформаторного датчика в измерительном генераторе.

Рассмотрим эти модификации подробнее.

 

Логарифмический индикатор частоты

Представляет собой усовершенствованный светодиодный индикатор. Его шкала состоит из восьми отдельных светодиодов. При достижении измеряемой частотой некоторого порога, на шкале загорается соответствующий светодиод, остальные семь – не горят. Особенность индикатора заключается в том, что пороги срабатывания по частоте для соседних светодиодов отличаются друг от друга в два раза. Иными словами, шкала индикатора имеет логарифмическую градуировку, что очень удобно для такого прибора, как металлоискатель на биениях. Принципиальная схема логарифмического индикатора частоты приведена на рис.23. Несмотря на то, что схема этого индикатора была разработана автором самостоятельно, она не претендует на оригинальность, так как проведенный патентный поиск показал, что подобные схемы известны. Тем не менее, как сама схема индикатора, так и ее реализация на отечественной элементной базе представляет, по мнению автора, определенный интерес.

Рис.23. Принципиальная электрическая схема логарифмического индикатора.

Работает логарифмический индикатор следующим образом. На вход индикатора поступает сигнал с выхода триггера Шмидта схемы металлоискателя на биениях (см. рис.22). Этот сигнал является входным для двоичных счетчиков D5.1-D5.2 (нумерация продолжает нумерацию по схеме рис.22). Указанные счетчики периодически обнуляются по сигналу высокого уровня вспомогательного генератора на триггере Шмидта D3.3 с частотой около 10(Гц). По переднему фронту сигнала вспомогательного генератора происходит также запись состояния счетчиков в параллельные четырехразрядные регистры D6 и D7. Таким образом, на выходах регистров D6 и D7 присутствует цифровой код частоты сигнала биений. Преобразовать этот код в логарифмическую шкалу возможно достаточно просто (и в этом “изюминка” данной схемы), если зажигание соответствующего светодиода шкалы поставить в соответствие появлению единицы в определенном разряде кода частоты при всех нулях в более старших разрядах кода.

Очевидно, что данную задачу должна выполнять комбинационная схема. Самая простая реализация такой схемы представляет собой периодически повторяющиеся звенья из элементов “ИЛИ”. В практической схеме использованы элементы “ИЛИ-НЕ” D8, D9 совместно с мощными буферными инверторами D10, D11. На выходе схемы получается логический сигнал управления светодиодами шкалы в виде “волны единиц”. С точки зрения экономии батареи питания, конечно, более целесообразно организовать шкалу не в виде светящегося столбика светодиодов (до 8 шт. одновременно), а в виде перемещающейся точки из одного светящегося светодиода. Для этого светодиоды индикаторной линейки включены между выходами комбинационной схемы.

Для очень низких значений частоты, по-прежнему, более пригодна индикация в виде мигающего светодиода. В предлагаемой схеме он совмещен с началом светодиодной шкалы и гаснет, как только загорится следующий ее сегмент. Выбором элементов R8, С5 можно менять значение частоты вспомогательного генератора, изменяя таким образом предел шкалы по частоте.

 

Типы деталей и конструкция

Типы используемых микросхем приведены в таблице.

Обозначение по рис.23	Тип	Функциональное назначение
D3	К561ТЛ1	4 эл-та 2И-НЕ с триг. Шмидта на входах
D5	К561ИЕ10	2 Двоичн. счетчика
D6,D7	К561ИР9	4-х разрядный регистр
D8,D9	К561ЛЕ5	4 эл-та 2ИЛИ-НЕ
D10,D11	К561ЛН2	6 инверторов

Вместо микросхем серии К561 возможно использование микросхем серии К 1561. Можно попытаться применить некоторые микросхемы серии К 176. Разводка цепей питания и нумерация выводов для микросхем D8-D11 для простоты условно не показана.

Светодиоды VD2- VD9 типа АЛЗЗб или аналогичные с высоким КПД. Их токозадающие резисторы R9-R17 имеют одинаковый номинал 1,0…5,1(к0м). Чем меньше сопротивление указанных резисторов, тем ярче будут светиться светодиоды. Однако, при этом может не хватить нагрузочной способности микросхем К561ЛН2. В данном случае рекомендуется использовать параллельно включенные выходные инверторы в схеме индикатора. Удобнее всего организовать это параллельное включение путем простого припаивания дополнительных однотипных корпусов микросхем (до 4-х штук) поверх каждой из установленных в схему микросхем К561ЛН2.

Дальнейшие усовершенствования с индикатором частоты

Предложенный выше логарифмический индикатор частоты является по сути некоторой разновидностью цифрового частотомера. Перспективное направление усовершенствования металлоискателей на биениях, подсказанное одним из читателей книги, связано с использованием частотомера для регистрации небольших отклонений частоты. Если идти в данном направлении, то общая схема предложенного металлоискателя на биениях претерпит существенные изменения. Отпадает надобность в формировании разностного сигнала двух частот. Достаточно от схемы (рис. 22) оставить только измерительный генератор, выходной сигнал которого подавать на вход логарифмического индикатора. В данном случае индикатор оценивает значение младших разрядов двоичного кода частоты измерительного генератора.

Важная особенность данного способа построения металлоискателя на биениях заключается в отсутствии опорного генератора, частота которого близка к частоте измерительного генератора. Иными словами, в гораздо меньшей степени проявляется явление паразитной автосинхронизации. Следовательно, можно повысить чувствительность прибора.

Определенным неудобством металлоискателей на биениях является постоянная необходимость подстройки измерительного генератора вследствие изменения параметров датчика и влияния других дестабилизирующих факторов. Следующим прогрессивным усовершенствованием рассматриваемых приборов может являться применение системы медленной автоматической подстройки частоты (АПЧ). АПЧ должна быть настолько медленной, чтобы быстрые изменения частоты измерительного генератора, вызванные движением датчика относительно мишени, приводили к появлению полезного сигнала на индикаторе. Медленный же температурный дрейф частоты данной системой АПЧ должен полностью компенсироваться. Описание принципов построения систем АПЧ выходит за рамки настоящей книги, поэтому данный вопрос предлагается заинтересованному читателю для самостоятельного изучения.

 

Трансформаторный датчик

Идея трансформаторного датчика для металлоискателей проста и изящна. Она известна давно и возникла из-за стремления упростить конструкцию катушки датчика металлоискателя. Обычным недостатком типового датчика металлоискателя любой конструкции является большое (более 100) количество витков катушки. Вследствие этого получается недостаточная жесткость конструкции датчика, что требует принятия специальных мер типа дополнительных каркасов, заливки эпоксидной смолой и т.д. Кроме того, паразитная емкость такой катушки велика и для устранения ложных сигналов из-за емкостной связи катушки (катушек) с землей и телом оператора обязательно экранирование обмоток.

Путь устранения перечисленных недостатков прост и очевиден – необходимо использовать катушку, состоящую из минимального количества витков – из одного витка! Естественно, “в лоб” такое решение не проходит, так как ничтожная индуктивность одного витка потребовала бы гигантских по величине емкости конденсаторов колебательных контуров, генераторов сигналов с огромным выходным током и специальных ухищрений по обеспечению высокой добротности. И здесь самое время вспомнить о существовании устройства, предназначенного для согласования импедансов, для преобразования переменных сигналов большого напряжения с малым током в сигналы малого напряжения с большим током и наоборот – о трансформаторе.

В самом деле, возьмем трансформатор с коэффициентом трансформации около сотни и подключим его понижающую обмотку к одному витку, являющемуся датчиком металлоискателя, а повышающую обмотку – в схему металлоискателя вместо катушки индуктивности. Конструктивно один виток такого трансформаторного датчика может быть выполнен самыми различными способами.2 для алюминия. Удобны для использования внутренние жилы силовых кабелей. Можно для уменьшения массы и увеличения жесткости изготовить виток из металлической трубки. Возможно изготовление витка из фольги путем наклейки на листовой материал и даже из обычного фольгированного стеклотекстолита. В любом удобном месте виток заземляется путем подключения к общей шине прибора, чем обеспечивается компенсация паразитных емкостных связей. Влияние этих связей при данной конструкции датчика на несколько порядков меньше ввиду меньшего значения модуля полного сопротивления одного витка.

Трансформаторный датчик позволяет реализовать складную конструкцию компактного металлоискателя на биениях. Ее эскиз изображен на рис.24.

Рис.24. Конструкция металлоискателя на биениях со складывающейся рамкой датчика.

Трансформатор датчика выполнен на тороидальном сердечнике, установленном непосредственно на плате металлоискателя, размещенной в пластмассовом корпусе. Понижающая обмотка трансформатора и виток датчика конструктивно представляют собой единое целое в виде прямоугольной рамки из медного изолированного одножильного провода сечением 6 мм^2, замкнутого с помощью пайки. Указанная рамка имеет возможность вращаться. В сложенном положении она расположена по периметру корпуса прибора и не занимает лишнего места. В рабочем положении она разворачивается на 180°. Для того, чтобы рамка фиксировалась в установленном положении, используются уплотняющие втулки из резины.

Сечение проводника, из которого изготовлен виток трансформаторного датчика, должно быть не меньше, чем суммарное сечение всех витков, составляющих обычную катушку датчика металлоискателя. Это необходимо не только для придания конструкции необходимой прочности и жесткости, но и для того, чтобы получить не слишком низкую добротность у колебательного контура с таким трансформаторным аналогом катушки индуктивности (кстати, при использовании такого витка в качестве излучающей катушки, ток в нем может достигать десятков ампер!). По той же причине, необходим должный выбор сечения провода понижающей обмотки трансформатора. Он может иметь меньшее сечение, чем сечение проводника витка, но его омическое сопротивление должно быть не больше омического сопротивления витка.

Для уменьшения потерь за счет омического сопротивления необходимо очень тщательно выполнить соединение витка с понижающей обмоткой трансформатора. Рекомендуемый способ соединения – пайка (для медного витка) и сварка в среде инертного газа (для алюминиевого).

К трансформатору предъявляются следующие требования. Во-первых, он должен работать с малыми потерями на требуемой частоте. На практике это означает, что его сердечник должен быть сделан из низкочастотного феррита. Во-вторых, его обмотки не должны вносить заметного вклада в импеданс датчика. На практике это означает, что индуктивность понижающей обмотки должна быть заметно больше индуктивности витка. Для тороидальных ферритовых сердечников с магнитной проницаемостью m=2000 и диаметром более 30(мм) это справедливо даже для одного витка понижающей обмотки. В-третьих, коэффициент трансформации должен быть таким, чтобы индуктивность повышающей обмотки при подключенном к понижающей обмотке витке датчика была бы приблизительно такой же, как и у обычной катушки типового датчика.

К сожалению, преимущества трансформаторного датчика заметно превосходят его недостатки только для металлоискателей на биениях. Для более чувствительных приборов такой датчик неприменим из-за достаточно высокой чувствительности к механическим деформациям, что приводит к ложным сигналам, появляющимся при движении. Вот почему трансформаторный датчик рассматривается только в главе, посвященной металлоискателю на биениях.

Выбираем металлоискатель

Все современные металлоискатели основаны на микропроцессорной обработке алгоритмов разработанных, проверенных и отлаженных в 60 годах прошлого столетия. Технические возможности разных типов схем приблизительно равные по своим максимальным показателям и доведены до теоретического предела еще тогда.
С применением микроконтроллеров улучшаются все характеристики схемы, упрощается конструкция и повышается надежность. Но это единоразово, уже от современности микроконтроллеров характеристики прибора не изменяются (имеется в виду что ранее был применен микроконтроллер с функциональными возможностями, позволяющими в полной мере реализовать возможности схемы).

Отличия современных металлоискателей проявляются в

-количестве сервисных возможностей,

-эргономике, в удобстве использования,

-добавлением некоторых современных патентных доработок, незначительно повышающих технические характеристики,

-весе и т. д., то есть, во второстепенных параметрах, не влияющих на максимальные показатели.

Добавка лишних 5-10 сантиметров неуверенного обнаружения объекта очень значительным усложнением и удорожанием прибора на общий результат поиска особого влияния не оказывает. Максимальные показатели достигаются точными настройками прибора, а в процессе поиска они сбиваются, человек утомляется постоянно следить за настройками и все сводится к 20-25 сантиметрам на пятак СССР в лучшем случае.

При выборе прибора нужно учитывать

-наличие и надобность дискриминации,

-количество сервисных функций,

-возможность подводного поиска,

-ночного поиска,

-скорость и динамику реакции прибора на мишень,

-вес, эргономику,

-стабильность характеристик, ширину диапазона влияющих факторов на заявленную стабильность характеристик прибора,

-удобство пользования,

-комплектацию комплекта,

-время непрерывной работы до разряда элементов питания,

-соответствие заявленных характеристик действительности и по какой цене вам предлагают выбранный прибор.

При наличии дискриминации в пользователя есть возможность в ущерб максимальной чувствительности отстроиться от реакции прибора на черный металл.

Количество сервисных функций и их надобность расширяет диапазон настроек, а значит и возможностей прибора.

Возможность подводного поиска это гарантия герметичности, повышенной прочности и надежности датчика, потому что для подводного поиска к датчику предъявляются повышенные требования.

Возможность ночного поиска расширяет возможности прибора (без доработок).

Скорость реакции определяет время срабатывания на мишень.

Динамика это время отработки мишени (законченный процесс от реакции прибора на мишень до индикации результатов), плюс минимальное время, через которое прибор будет готов отработать следующую мишень. От этого зависит скорость поиска и настроение оператора.

Эргономика это главный фактор, влияющий на результаты поиска. Чем приятней и легче работать с прибором, тем больше находок вы сделаете с меньшей усталостью.

Стабильность характеристик датчика – величина изменений характеристик датчика под влиянием внешних факторов на протяжении рабочего времени, чем стабильней датчик, тем реже нужно подстраивать прибор в процессе поиска, тем быстрее вы будете работать.

Ширина диапазона влияющих факторов на заявленную стабильность характеристик. Например, для одного прибора гарантируется нормальная работа от -30, до +40 градусов, а для другого, только от 0 до +30.

Комплектация комплекта – как минимум должны быть сумка, зарядное устройство, желательно наличие защитных чехлов.

Совершенство схемы и качество настройки.

Схему можно упростить для удешевления конструкции. Качество настройки требует высоко квалифицированных и высоко оплачиваемых специалистов, приборов, времени, условий, все это выливается в себестоимость прибора. И только это влияет на максимальные показатели металлоискателей, а не его принцип работы. Еще раз повторюсь, приборы всех имеющихся типов приблизительно на одном уровне по своим техническим возможностям.

Металлоискатели универсальными быть не могут. Поэтому их нужно выбирать для конкретных задач поиска.

Например, для «войны», для археологии, для поиска металлических конструкций в бетоне, осколков в древесине, металлических предметов в животе животных (в ветеринарии) и т. д. дискриминация металлов не нужна. А так, как она работает, она не нужна вовсе.

По неприхотливости датчика металлоискатели можно разделить на импульсные и все остальные.

Датчики этих приборов самые неприхотливые в эксплуатации, самые легкие и надежные. Работают практически с любыми параметрами и самые простые в изготовлении. При горе, намотал витков 30 через локоть, обвязал, придал форму, подключил и пошел дальше работать. Не чувствительные к механическим деформациям, ими во время поиска можно косить траву, на результат поиска это не сказывается. В добавок к сказанному импульсные приборы не чувствительны к индустриальным помехам. Но они самые не экономичные из всех типов приборов.

Во всех остальных приборах датчик на порядок нежней и чувствительней ко всему, что можно придумать. Вдобавок к сказанному плохая взаимозаменяемость и изготовить его может только специалист имеющий опыт изготовления таких датчиков в лабораторных условиях. Их достоинство в наличии дискриминации металлов.

По принципиальным особенностям схем, металлоискатели можно разделить на следующие категории.

BFO — beat frequency oscillation (метод биений). Измеряемым параметром металлоискателя является частота LC-генератора контролируемая методом биений. Самый простой тип приборов и самый не стабильный.

TR/VLF — transmitter-reciver / very low frequency (передатчик-приемник / очень низкая частота). Поисковую головку металлоискателя образуют две катушки, расположенных в одной плоскости и сфазированные так, что при подаче сигнала в передающую катушку на выходах приемной присутствует минимальный сигнал. Измеряемым параметром является амплитуда сигнала на приемной катушке и фазовый сдвиг между переданным и принятым синусоидальными сигналами. На них можно делать приборы с разнесенными катушками.

RF — radio frequency (радио частота) — высокочастотный вариант металлоискателя, где передающая и приемная катушки образуют не плоский трансформатор, а разнесены в пространстве и расположены перпендикулярно друг к другу. Приемная катушка принимает отраженный от металлической поверхности сигнал, излучаемый передающей катушкой. Этот метод используется в глубинных приборах. Характеризуется нечувствительностью к мелким объектам и отсутствием дискриминации. Их удобно применять только в комплекте с третьим, компенсационным, датчиком. Тогда, за счет частичной компенсации влияния передающего сигнала на приемную катушку можно добиться большей глубины обнаружения.

OR — off resonance (срыв резонанса). Анализируемым параметром металлоискателя является амплитуда сигнала на катушке колебательного контура, настроенного близко к резонансу с подаваемым на него сигналом от генератора. Появление металла в поле катушки вызывает или достижение резонанса или уход от него, в зависимости от вида металла, что приводит к увеличению или уменьшению амплитуды колебаний на катушке. Плохая стабильность работы. Применяется редко.

PI — pulse induction (импульсная индукция). В металлоискателях этого типа катушка поисковой головки не является частью колебательного контура. В нее от запускающего генератора подается импульсный сигнал. Анализируемым параметром является время окончания переходного процесса (положение заднего фронта импульса напряжения).Этот метод зачастую применяется в водных металлоискателях и металлоискателях с разнесенными катушками. Самый стабильный, самый простой и самый надежный металлоискатель из всех известных типов. Недостаток – нет дискриминации.

Так что в выборе металлоискателя сложного ничего нет и какой выбирать решать вам.

Схема строительного металлоискателя » Паятель.Ру

Сфера применения металлоискателей не ограничивается поиском кладов или оружия. Такой прибор будет полезным и при ремонте или отделке помещений. С его помощью можно обнаружить электропроводку, замурованные в стену трубы и даже гвоздик под обоями. Глубина действия его не велика, – гвоздик он найдет, если слой обоев или штукатурки над ним не более 5 мм, водопроводную трубу на глубине до 200 мм, а электропроводку на глубине до 20-30 мм.

Состав схемы металлоискателя

Металлоискатель состоит из генератора высокой частоты на транзисторе VT1, работающего на частоте около 100 кГц, детектора этого ВЧ напряжения на транзисторе VT2 и схемы индикации на транзисторах VT3-VT4 и светодиоде HL1.

Катушки генератора ВЧ намотаны на ферритовом стержне (как для магнитной антенны АМ-приемника). Режим работы генератора устанавливают на краю срыва, но так, чтобы при наличии всех металлических предметов, которые входят в состав металлоискателя, он работал. При этом, транзистор VT2 под действием ВЧ напряжения, поступающего на его базу, открыт и напряжение на его коллекторе мало на столько, что транзисторы VT3 и VT4 закрыты и светодиод HL1 не горит.

При приближении к магнитной антенне металлического предмета начинается понижение амплитуды генерации ВЧ-генератора с его дальнейшим срывом. ВЧ напряжение на базе VT2 снижается или перестает поступать и транзистор VT2 закрывается. Постоянное напряжение на его коллекторе возрастает (через резистор R4) и достигает такого уровня, при котором происходит открывание транзисторов VT3 и VT4 и загорается светодиод HL1.

Таким образом, перемещения прибора относительно металлического предмета будут индицироваться миганиями этого светодиода, и более того, малые перемещения будут так же влиять и на яркость свечения светодиода.

Но, это, разумеется, будет возможно только при точной настройке прибора, которую нужно время от времени повторять (для этого есть два подстроечных резистора, валы которых сделаны под шлиц и выведены на верхнюю панель пластмассового корпуса).

Катушки L1 и L2 намотаны на ферритовом стержне диаметром 8 мм и длиной около 100 мм. Они расположены рядом. L1 содержит 120 витков, a L2 – 45 витков. Провод типа ПЭВТЛ 0,35.

Питается металлоискатель от импортного аналога батареи Крона.

Настройка

Расположив прибор вдали от металлических предметов (снимите часы с руки) подстраивают резисторы R3 и R5 (методом последовательного приближения) так, чтобы прибор был на грани срыва генерации (светодиод светит, но пониженной яркостью и неравномерно).

Затем, оставив в покое R5 продолжают подстройку R3, так чтобы светодиод погас. Далее, испытывают прибор на пятирублевую моменту, добиваясь подстройкой R3 и R5 наибольшей чувствительности.

Металлоискатель Фортуна (Fortuna) своими руками – Мир искателей

Фортуна это селективный металлоискатель с широким диапазоном рабочих частот от 4,5 до 19,5 кГц, с индикацией VDI, 3 профилями и массой других функций присущих профессиональным металлодетекторам. Фортуна это более совершенная версия металлоискателя Соха 3, и является продолжением этого проекта.

Металлоискатель Фортуна, имеет средний уровень сложности для самостоятельного изготовления, и содержит 2 программируемых микроконтроллера. Здесь собранны все необходимые материалы для самостоятельного изготовления металлоискателя Фортуна. За что большое спасибо его автору (Сайт автора — http://alltech.at.ua) .

Функции и характеристики металлоискателя Фортуна:

1. Питани – от 6 до 12 вольт.
2. Рабочая частота – от 4,5 до 19,5 кГц, зависит от датчика.
3. Отображение VDI – шкала и цифровая индикация.
4. Балансировка грунта – ручная.
5. Режимы ВСЕ металлы, или дискриминация.
6. Регулировка чувствительности.
7. 3 профиля для сохранения различных настроек.
8. Регулировка звука.
9. 5 Фильтров, для устранения помех (0 – фильтры отключены, 5 – максимальный фильтр).
10. Возможность установки FM модуля и соответствующее меню настроек, для использования беспроводных наушников.
11. Меню для настройки датчиков, а также индикация разбалансировки датчика.

Схема металлоискателя Фортуна:

Схема металлоискателя Фортуна в формате pdf — Схема металлодтектора Fortuna

Печатная плата металлоискателя Фортуна:

Файлы для изготовления печатной платы, металлоискателя Фортуна:

Также, для тех у кого нет возможности изготовить или приобрести двухстороннюю плату, есть односторонний вариант платы, для металлоискателя Фортуна:

Прошивки для металлоискателя Фортуна

Металлоискатель содержит два программируемых микроконтроллера, ниже прошивки для них в архиве — Прошивка для металлоискателя Фортуна

Подробное описание настройки и функций металлоискателя FORTUNA от его разработчиков — Описание металлоискателя Фортуна (VER_05).

Изготовление катушки для металлоискателя Фортуна

Металлоискатель Фортуна, может работать с катушками от металлоискателя Соха и от Фортуна М.

Вот описание и данные для изготовления катушки в вот такой корпус

Краткое описание — Изгтовление датчика пару слов

Видео работы и настройки металлоискателя Фортуна:

Заключение: Металлоискатель Фортуна, имеет хороший набор функций, и отработанную схему. Его даже изготавливают на продажу! Поэтому, если вы чувствуете в себе силы его собрать, то прибор вас не разочарует! Особое внимание при его изготовлении, следует уделить катушке, поэтому рекомендуем также изучить форум автора проекта.

Форум автора металлоискателя Фортуна — http://alltech.at.ua

Намотка катушки металлоискателя своими руками

При изготовлении металлоискателя можно убедиться, что основным элементом такой конструкции является катушка. Как правило, эта деталь состоит из медного провода. С помощью специальных импульсов, исходящих катушки, в грунте различной плотности можно идентифицировать металлические предметы.

Катушка металлоискателя представляет собой довольно простой элемент, поэтому сделать ее намотку самостоятельно будет не сложно. В качестве основы для работы можно взять детектор металлов «Малыш FM2». Катушка этого прибора должна быть намотана довольно точно. Опытные люди смогут сделать подобную работу самостоятельно. Новичку же лучше воспользоваться специализированным программным обеспечением. Для  этого необходимо скачать, размещенный в конце статьи, файл программы Coil32.

Индуктивность катушки металлоискателя измеряется в единицах микрогенри. По схеме детектора это значение должно составлять 2290 mkH. Существует и инструкция по подбору толщины провода в зависимости от диаметра элемента.

В случае, если в наличии есть только провод с определенным сечением, а размер катушки нужен больше (или меньше), тогда на помощь приходит специальная программа. При запуске Coil32 должно появиться окно, которое показано на следующем рисунке:

В окне запущенной программы нужно нажать кнопку «PLUGINS», в открывшемся меню выбирают параметр «Multi loop». В этом подразделе должны отображаться необходимые для работы катушки. Если все выполнено последовательно, то на экране компьютера должно появиться окно:

В этом окне подробно изложено, какой диаметр провода подходит для определенного каркаса. Тут также можно найти значения параметра «Индуктивность».

Перед началом работ нужно выставить в ячейках необходимые параметры:

• индуктивность – 2290 mkH;
• толщина провода – 0,4 мм;
• оправа катушки – 111 мм.

После ввода этих параметров в окне программы потребуется нажать соответствующую кнопку для вычислений. Нужная информация появится справа, и будет иметь вид как на следующем рисунке:

Самостоятельный расчет параметров для намотки катушки металлоискателя с помощью соответствующего программного обеспечения покажется довольно легко. Программа сама определит для каждого диаметра и значений индуктивности оптимально подходящие сечение провода. Программа Coil32 доступна для скачивания в архивном файле.

Прикрепленные файлы : АРХИВ

---

 

Как сделать схему металлоискателя?

Металлоискатель – это обычное устройство, которое используется для проверки людей, багажа или мешков в торговых центрах, жилых помещениях, кинокорилах и т. Д., Чтобы гарантировать, что человек не будет перевозить какие-либо металлы или запрещенные предметы, такие как оружие, бомбы и т. Д. на. Металлоискатели определяют близость металлов. На рынке можно увидеть много типов металлоискателей. К ним относятся портативные металлоискатели, проходные металлоискатели, металлоискатели наземного поиска и т. Д.

Схема металлоискателя

Простая схема металлоискателя может быть изготовлена ​​дома в небольшом масштабе. В этом проекте мы собираемся сделать простую схему металлоискателя с использованием датчика приближения. Все используемые компоненты очень просты и легко доступны на рынке.

Как разработать схему металлоискателя с использованием TDA0161?

Теперь, когда мы знаем, что мы собираемся делать в этом проекте, давайте начнем собирать дополнительную информацию, составив полный список компонентов и проведя в первую очередь краткое исследование.

Шаг 1: Сбор компонентов

Лучший способ начать любой проект – это составить список компонентов и провести их краткое изучение, потому что никто не захочет оставаться в середине проекта только из-за недостающий компонент. Список компонентов, которые мы собираемся использовать в этом проекте, приведен ниже:

Шаг 2: Изучение компонентов

Поскольку мы теперь знаем основную концепцию этого проекта, и у нас также есть полный список компонентов, мы переходим к следующему шагу. сделайте шаг вперед и кратко изучите некоторые основные компоненты, которые будут использоваться при создании схемы.

TDA0161 Датчик приближения IC – это датчик приближения Ic. Производится STMicroelectronics. Используется для обнаружения металлических предметов. Он выполняет эту задачу, обнаруживая небольшие изменения потерь на высокочастотные вихревые токи. С помощью вечно настроенной схемы микросхема TDA0161 действует как генератор. Выходной сигнал определяется изменением тока питания. Это означает, что ток будет высоким, когда металлический объект будет находиться рядом с катушкой, и ток будет низким, если рядом с катушкой нет металлического объекта.Микросхема TDA0161 состоит из 8 выводов. Эта ИС поставляется в двухрядных корпусах.

TDA0161

2N2222 Транзистор: Это самый известный NPN-транзистор с биполярным переходом. Этот транзистор в основном используется для коммутации и усиления. Основная причина его известности заключается в низкой стоимости, небольшом размере и способности выдерживать большой ток по сравнению с аналогичными небольшими транзисторами. Обычно этот транзистор может выдерживать большой ток до 800 мА. Этот транзистор изготовлен из кремния или германия.В процессе усиления входной аналоговый сигнал подается на его коллектор, а выходной усиленный сигнал отправляется на базу. этот аналоговый сигнал может быть голосовым сигналом.

2N2222

Veroboard – хороший выбор для создания схемы, потому что единственная головная боль – это разместить компоненты на плате Vero, просто припаять их и проверить целостность с помощью цифрового мультиметра. Как только схема будет известна, отрежьте плату до нужного размера. Для этого поместите доску на коврик для резки и, используя острое лезвие (надежно) и соблюдая все меры безопасности, несколько раз надрежьте груз сверху и снизу вдоль прямой кромки (5 или несколько раз), переезжая проемы.После этого поместите компоненты на плату вплотную, чтобы сформировать компактную схему, и припаяйте контакты в соответствии с подключениями схемы. В случае ошибки попробуйте распаять соединения и снова припаять их. Наконец, проверьте целостность. Выполните следующие шаги, чтобы создать хорошую схему на Veroboard.

Veroboard

Зуммер – это своего рода электронный звуковой коллектор с согласованной структурой. Обычно он используется в качестве голосового гаджета в электронных устройствах, таких как ПК, принтеры, реплицирующие машины, механическая сборка предупреждений, электронные игрушки, автоэлектронные гаджеты, телефоны и т. Д.. В этом проекте мы собираемся использовать зуммер, чтобы подавать сигнал тревоги, когда вывод выводится из основной цепи.

Зуммер

Шаг 3: Блок-схема

Блок-схема

Три основных элемента цепи металлоискателя: LC Circuit , Датчик приближения , выход Зуммер и светодиод. LC-цепь образуется путем параллельного соединения конденсатора и катушки с медным проводом.

Когда катушка обнаружит металл у своей поверхности, она активирует датчик приближения, который затем отправит сигнал на выходную цепь, и она включит светодиод и подаст звуковой сигнал.Так что в основном в цепи LC , когда материал той же частоты приближается к медной катушке, он начинает резонировать. Это начнет заряжать конденсатор. Конденсатор и катушка индуктивности будут заряжаться поочередно в LC-цепи. Когда конденсатор будет заряжен полностью, заряд будет передан на катушку индуктивности, и когда заряд на конденсаторе почти приблизится к нулю, он будет получать заряд из катушки индуктивности. Этот процесс повторяется снова и снова.

Датчик приближения – это датчик, который используется для обнаружения n объектов без какого-либо физического контакта.Принцип работы ИК-датчика и датчика приближения одинаков. Он также излучает сигнал и ничего не показывает на выходе, пока не произойдет какое-либо изменение отраженного сигнала. На рынке доступно так много типов датчиков приближения, что мы используем тот, который будет посылать выходной сигнал при обнаружении металлического объекта.

Шаг 4: Работа схемы

Поскольку теперь у нас есть вся необходимая информация об используемых компонентах и ​​работе схемы, давайте сделаем шаг вперед и начнем понимать основные принципы работы схемы металлоискателя.

Основной частью схемы металлоискателя является параллельная конфигурация конденсатора и катушки индуктивности. Эта LC-цепь помогает датчику приближения колебаться с определенной частотой. Когда какой-либо металлический объект с любой резонирующей частотой приближается к катушке индуктивности, из-за закона электромагнитной индукции в катушке будет индуцированный ток за счет взаимной индукции. Это изменит сигнал, проходящий через катушку к датчику приближения.

Потенциометр – это переменный резистор, значение которого можно изменять.Он используется в этой схеме для изменения значения LC-цепи. Следует иметь в виду, что значение датчика приближения следует проверять, когда рядом с катушкой нет металлических предметов. Если рядом с катушкой находится металлический объект, значение датчика приближения изменится, поскольку в цепи LC будет другой сигнал.

Теперь измененный сигнал в катушке отправляется на датчик приближения. этот датчик исследует этот сигнал и соответствующим образом отреагирует. Если сигнал составляет около 1 мА, это означает, что рядом с катушкой нет металлических предметов.Если ток почти больше 8 мА, это означает, что рядом с катушкой есть металлический предмет.

Итак, когда на выходном контакте датчика приближения высокий уровень, на транзистор будет подано положительное напряжение, и он отправит сигнал на включение светодиода и зуммера.

Шаг 5: Сборка компонентов

Теперь, когда мы знаем основную работу, а также полную схему нашего проекта, давайте продвинемся вперед и приступим к созданию аппаратной части нашего проекта. Следует помнить об одном: схема должна быть компактной, а компоненты должны располагаться так близко.

1. Возьмите Veroboard и протрите его сторону с медным покрытием скребком.
2. Теперь аккуратно разместите компоненты и достаточно близко, чтобы размер схемы не стал очень большим.
3. Осторожно выполните соединения, используя паяльник. Если при соединении допущена какая-либо ошибка, попробуйте распаять соединение и снова припаять соединение должным образом, но в конце концов соединение должно быть плотным.
4. После того, как все подключения выполнены, выполните проверку целостности.В электронике проверка целостности цепи – это проверка электрической цепи, чтобы проверить, течет ли ток по желаемому пути (что, несомненно, это полная цепь). Проверка целостности выполняется путем установки небольшого напряжения (соединенного вместе со светодиодом или элементом, создающим волнение, например, пьезоэлектрическим динамиком) по выбранному пути.
5. Если проверка на непрерывность прошла успешно, это означает, что схема выполнена надлежащим образом. Теперь он готов к тестированию.

Схема будет выглядеть, как на изображении ниже:

Принципиальная схема

Преимущества

Поскольку каждый проект имеет свои плюсы и минусы, некоторые преимущества и недостатки этой схемы металлоискателя перечислены ниже.

1. Схема металлоискателя на основе микросхемы датчика приближения TDA0161 – это очень простой и небольшой проект, который можно очень легко реализовать дома. Таким образом, его можно использовать в домах, офисах, на рабочих местах и ​​т. Д. Для поиска небольших металлических предметов, например, железных гвоздей, серебряных или золотых украшений и т. Д.
2. Поскольку этот датчик приближения работает должным образом, нет необходимости использовать какой-либо тип. микроконтроллера.

Недостатки

Поскольку это небольшая самодельная схема металлоискателя, основным недостатком этой схемы является проблема с ее диапазоном обнаружения.Для этой схемы расстояние металлического объекта должно быть не менее 10 мм от катушки схемы металлоискателя.

Приложения

Есть несколько приложений металлоискателя. Некоторые из них перечислены ниже.

1. Металлоискатели используются при входе в места, где необходима безопасность. Это будет использоваться для обнаружения любого вредоносного оружия.
2. Металлоискатели используются для обнаружения серебра, железа, золота и т. Д.
3. Поскольку этот проект выполнен в небольшом масштабе, его можно использовать в домах для обнаружения мелких металлических предметов, таких как железные гвозди и т. Д.

Датчик металлоискателя – Основное объяснение и применение

Датчик металлоискателя

Под датчиком металлоискателя понимается специальный датчик или инструменты, используемые в металлоискателях.

, который содержит специально разработанные схемы для обнаружения металлических предметов под землей.

Датчик металлоискателя может быть поисковой катушкой, как в электромагнитных металлоискателях,

или обратитесь к специальной цепи, содержащейся в поисковом зонде в более сложных металлоискателях

устройств, таких как устройства для создания 3D-изображений.

В этой статье мы расскажем все подробности о датчике металлоискателя и его применении

.

в металлоискателях плюс принцип металлоискателя и его использование в поиске сокровищ

и другие приложения.

Металлоискатели

Металлоискатели – электронное устройство, специально разработанное для обнаружения подземных кладовых

металлических предметов, таких как золотые сокровища, археологические сокровища древних цивилизаций

и различные виды драгоценных и недрагоценных металлов.

Металлоискатели могут быть использованы старателями и кладоискателями.

Они помогают обнаруживать любой металлический объект под землей на различной глубине в зависимости от

по типу и технологии устройства.

Принцип металлоискателя

Объяснить, как работают металлоискатели, может быть сложно,

принцип их работы довольно прост:

Металлоискатели

передают электромагнитное поле к земле и затем анализируют

отраженное магнитное поле – результат удара металлического предмета, например монеты

– поскольку он возвращается из области, в которую сигнал был первоначально передан (земля).

В электромагнитных детекторах например две медные катушки в поиске

головка [поисковая катушка] металлоискателя. Одна катушка действует как передатчик, а другая –

. Катушка

действует как приемник. Первый передает магнитное поле, которое создается

за счет электричества, проходящего через катушку. Это магнитное поле, которое передается

вызовет прохождение электричества к металлическим предметам, с которыми он соприкасается.

Вторая катушка, приемник, определяет разницу в магнитном поле, которое

создается, когда закопанный металл поглощает его, и через него начинает течь электричество.

При обнаружении изменения вторая катушка отправляет предупреждение на блок управления

через прилагаемый кабель, и вы услышите сигнал из динамиков или наушников.

Чем слабее возвращающееся магнитное поле, тем слабее сигнал тревоги.

Другими словами: одна катушка отправляет, другая принимает, обнаруживает изменения и позволяет блоку управления

знать и обрабатывать разницу сигналов и преобразовывать ее в цифровой сигнал, который может быть отображен

как число (идентификатор цели) или как звуковой сигнал

Узнайте больше здесь: Принцип металлоискателя

Использование металлоискателя

• Найдите закопанные золотые сокровища, такие как: золотые сундуки, древние монеты, золотые украшения
• Обнаружение цветных металлов, таких как серебро, бронза, медь.
• Разведка предметов из природного золота, таких как золотые самородки, золотые жилы.
• Обнаружение каверн (в некоторых устройствах), таких как: туннели, камеры, землянки, бункеры
• Обнаружение черных металлов: чугун, сталь, сплавы железа

Типы металлоискателей

Металлоискатели очень разнообразны. Есть много типов металлоискателей

.

, которые классифицируются по разным классификациям.

Металлоискатели можно классифицировать по их применению или согласно поисковой системе

и технологии в устройстве или в соответствии с другими факторами.

Но чаще всего используется классификация по технологии поиска устройства,

, в котором металлоискатели подразделяются на несколько типов, будет рассмотрен в следующем параграфе

.

Металлоискатели электромагнитные

Эти устройства имеют ограниченную глубину и относительно дешевую цену и являются наиболее распространенными.

устройств в мире, потому что они просты в изготовлении и надежны для хобби и новичков.

Примеры: Impact Pro

Металлоискатели с 3D-изображением

Детекторы 3D-изображения

характеризуются высокой точностью и охватом широкого поля сканирования

и множество функций, обеспечивающих точные результаты для изыскателей и профессиональных искателей.

Примеры: OKM EXP 6000

Металлоискатели дальнего действия

Металлоискатели дальнего действия используют поисковые антенны для удаленного приема сигналов целей, находящихся под землей.

Эти устройства характеризуются очень широким полем сканирования и огромной глубиной поиска по сравнению с другими типами металлоискателей

Примеры: Mega Scan Pro

Многосистемные металлоискатели

Есть несколько металлоискателей, которые могут содержать более одной поисковой системы

, которые используют разные технологии в одном устройстве, и это дает изыскателю

несколько вариантов поиска, которые можно использовать для различных приложений или для подтверждения результатов других поисковых систем.

Пример: COBRA GX 8000

Металлический датчик

Металлоискатель может использовать так называемые индуктивные датчики приближения, которые могут обнаруживать только металлические цели.

Они не обнаруживают неметаллические цели, такие как пластик, дерево, бумага и керамика.

Источник: Здесь

Схема датчика металлоискателя

Электронная схема датчика металлоискателя может быть очень сложной и состоит из

десятки электронных компонентов, которые обычно присутствуют в электронных схемах

различных электронных устройств.

На следующем изображении показана принципиальная электрическая схема металлоискателя своими руками (DIY).

По электронной принципиальной схеме можно заметить наличие различных электрических элементов

, такие как резисторы – конденсаторы – датчики – интегральные схемы и другие, которые спроектированы в соответствии с

.

на конкретную принципиальную схему для достижения рабочего механизма, обеспечивающего генерацию и прием

магнитных полей, обработки и анализа сигналов.

Источник: ElectronicsHub.org

Подробнее: https://orientdetectors.com/gold-detector-circuit/

Датчик металлоискателя Arduino

Arduino – разработчик оборудования и программного обеспечения с открытым исходным кодом, проект и сообщество пользователей

, которая разрабатывает и производит одноплатные микроконтроллеры и комплекты микроконтроллеров для создания цифровых устройств.

В платах

Arduino используются различные микропроцессоры и контроллеры.

Платы оснащены наборами цифровых и аналоговых контактов ввода / вывода (I / O), которые могут быть подключены к различным модулям расширения.

платы («щиты») или макеты (для прототипирования) и другие схемы.Платы имеют интерфейсы последовательной связи,

, включая универсальную последовательную шину (USB) на некоторых моделях, которые также используются для загрузки программ с персональных компьютеров.

Источник: Википедия

Платы

Arduino могут использоваться в проектах по производству металлоискателей, где электронные

Схема

используется для обработки и интерпретации сигналов.

Вы можете обратиться к следующей статье за ​​практическим примером металлоискателя, который использует схему Arduino.

Источник: Instructables

Чувствительность металлоискателя

Чувствительность металлоискателя – это мера способности металлоискателя обнаруживать определенный тип и размер.

металлических примесей. Чем лучше чувствительность металлоискателя, тем меньше штук

металла неправильной формы, которое он может обнаружить. Производительность обычно выражается диаметром

.

испытательный шар, сделанный из металла определенного типа, такого как черный, цветной, алюминий или нержавеющая сталь.

Чем выше чувствительность металлоискателя, тем меньше металлических предметов он может обнаружить.

Это очевидный идеал, но он осложняется рядом факторов.

Источник: MT

Принцип металлодетектора, используемого в фармацевтической промышленности

Металлодетекторы, используемые в фармацевтической промышленности, работают по разным принципам, например:

Металлоискатель со сбалансированной катушкой – Металлоискатель с магнитным полем – Металлоискатель с импульсной индукцией

Принцип действия всех этих технологий, используемых в фармацевтической промышленности, аналогичен принципу

действия любого металлоискателя, ранее объясненного отличиями и доработкой

механизма, относящихся к фармацевтической сфере.

Подробную информацию по теме вы можете найти в следующей статье.

Источник: Pharmabiz

Подробнее читайте в следующей статье: Промышленный металлоискатель

Проект металлоискателя

Arduino с кодом и принципиальной схемой

Металлоискатель

– это устройство безопасности, которое используется для обнаружения металлов, которые могут быть опасными, в различных местах, таких как аэропорты, торговые центры, кинотеатры и т. Д. Ранее мы сделали очень простой металл. детектор без микроконтроллера, теперь мы строим металлоискатель с использованием Arduino .В этом проекте мы собираемся использовать катушку и конденсатор, которые будут отвечать за обнаружение металлов. Здесь мы использовали Arduino Nano для создания металлоискателя проекта . Это очень интересный проект для всех любителей электроники. Когда этот детектор обнаруживает рядом с собой какой-либо металл, зуммер начинает очень быстро пищать.

Требуемые компоненты:

Ниже приведены компоненты, которые вам понадобятся для создания простого металлоискателя DIY с использованием Arduino .Все эти компоненты должны быть легко доступны в вашем местном магазине оборудования.

1. Arduino (любая)
2. Катушка
3. Конденсатор 10 нФ
4. Зуммер
5. Резистор 1к
6. Резистор 330 Ом
7. светодиод
8. 1N4148 диод
9. Макетная плата или печатная плата
10. Соединительная перемычка
11. Аккумулятор 9 В

Как работает металлоискатель?

Всякий раз, когда через катушку проходит ток, вокруг нее создается магнитное поле.А изменение магнитного поля создает электрическое поле. Теперь, согласно закону Фарадея, из-за этого электрического поля на катушке возникает напряжение, которое противодействует изменению магнитного поля, и именно так катушка развивает индуктивность , что означает, что генерируемое напряжение противодействует увеличению тока. Единица измерения индуктивности – Генри, а формула для измерения индуктивности:

.

  L = (μ  ο  * N  2  * A) / l 

Где,
L- Индуктивность по Генри
μο- проницаемость, ее 4π * 10 -7  для воздуха
N- количество витков
A- Внутренняя площадь активной зоны (πr  2 ), м  2 
l- Длина катушки в метрах 

Когда какой-либо металл приближается к катушке, катушка меняет свою индуктивность.Это изменение индуктивности зависит от типа металла. Он уменьшается для немагнитных металлов и увеличивается для ферромагнитных материалов, таких как железо.

В зависимости от сердечника катушки значение индуктивности сильно меняется. На рисунке ниже вы можете видеть индукторы с воздушным сердечником, в этих индукторах не будет сплошного сердечника . По сути, это катушки, оставленные в воздухе. Средой потока магнитного поля, создаваемого индуктором, является ничто или воздух. Эти катушки индуктивности имеют очень меньшую индуктивность.

Эти катушки индуктивности используются, когда нужны значения в несколько микрогенри. Для значений, превышающих несколько миллигенри, они не подходят. На рисунке ниже вы можете увидеть индуктор с ферритовым сердечником . Эти индукторы с ферритовым сердечником имеют очень большое значение индуктивности.

Помните, что здесь намотана катушка с воздушным сердечником, поэтому, когда металлический предмет приближается к катушке, он действует как сердечник для индуктора с воздушным сердечником.Благодаря этому металлу, действующему в качестве сердечника, индуктивность катушки изменяется или значительно увеличивается. При таком внезапном увеличении индуктивности катушки общее реактивное сопротивление или импеданс LC-цепи изменяется на значительную величину по сравнению с отсутствием металлической детали.

Итак, здесь, в этом проекте Arduino Metal Detector , мы должны найти индуктивность катушки для обнаружения металлов. Для этого мы использовали схему LR (схема резистора-индуктора), о которой мы уже говорили.В этой схеме мы использовали катушку с 20 витками или обмотку диаметром 10 см. Мы использовали пустой рулон ленты и намотали на него проволоку, чтобы получилась катушка .

Принципиальная схема:

Мы использовали Arduino Nano для управления всем этим металлоискателем Project . Светодиод и зуммер используются в качестве индикатора обнаружения металла. Катушка и конденсатор используются для обнаружения металлов. Сигнальный диод также используется для понижения напряжения.И резистор для ограничения тока на вывод Arduino.

Рабочее пояснение:

Работа с металлоискателем Arduino немного сложна. Здесь мы передаем блокирующую волну или импульс, сгенерированный Arduino, на фильтр верхних частот LR. Из-за этого катушка будет генерировать короткие всплески при каждом переходе. Длина импульса генерируемых пиков пропорциональна индуктивности катушки. Таким образом, с помощью этих импульсов Spike мы можем измерить индуктивность катушки.Но здесь трудно точно измерить индуктивность с помощью этих всплесков, потому что эти всплески имеют очень короткую продолжительность (примерно 0,5 микросекунды), и их очень трудно измерить с помощью Arduino.

Итак, вместо этого мы использовали конденсатор, который заряжается нарастающим импульсом или всплеском. И потребовалось несколько импульсов, чтобы зарядить конденсатор до точки, где его напряжение может быть считано аналоговым выводом A5 Arduino. Затем Arduino считывает напряжение этого конденсатора с помощью АЦП.После считывания напряжения конденсатор быстро разрядился, сделав вывод capPin выходным и установив его на низкий уровень. Весь этот процесс занимает около 200 микросекунд. Для лучшего результата мы повторяем измерения и усредняли результаты. Вот как мы можем измерить примерную индуктивность катушки , . После получения результата мы передаем результаты на светодиод и зуммер для определения наличия металла. Проверьте полный код , приведенный в конце этой статьи, чтобы понять, как работает.

Полный код Arduino приведен в конце этой статьи. В программной части этого проекта мы использовали два вывода Arduino: один для генерации блочных волн, подаваемых на катушку, а второй аналоговый вывод для считывания напряжения конденсатора. Помимо этих двух контактов, мы использовали еще два контакта Arduino для подключения светодиода и зуммера.

Вы можете проверить полный код и демонстрационное видео детектора металла Arduino ниже. Вы можете видеть, что всякий раз, когда он обнаруживает какой-либо металл, светодиод и зуммер начинают очень быстро мигать.

Важность принципиальной схемы металлоискателя

Важность принципиальной схемы Металлоискатель

В наши дни металлоискатели являются одними из самых важных инструментов для сотрудников службы безопасности. В связи с последними террористическими актами крайне важно, чтобы они были у каждого предприятия. Металлоискатели предназначены не только для охранных функций. Вы также можете использовать их как способ найти некоторые из ваших ценностей или ценных вещей, спрятанных под землей.

Тем не менее, малый бизнес не может управлять большинством металлоискателей.Не все металлоискатели доступны по цене. Некоторые могут стоить действительно дорого. Поэтому, если у вас нет средств на покупку металлоискателя, почему бы вам не получить принципиальную схему металлоискателя?

Итак, что такое принципиальная схема металлоискателя? Какое значение имеет принципиальная схема?

Принципиальная схема металлоискателя – это графическое изображение электрических цепей датчика. Принципиальная схема может показаться не слишком значительной, но, тем не менее, это действительно так.Здесь раскрываются и упрощаются электрические компоненты, например резисторы, конденсаторы, светодиоды и т. Д. Большинство металлоискателей включают в себя принципиальные схемы, но есть и такие.

Принципиальная схема – отличный инструмент для создания собственного металлоискателя. Он предоставляет вам информацию о том, какой тип светодиода, конденсатора и резисторов вы должны использовать и где вам нужно их подключить. Хотя очень важно учитывать, что соединения на схеме, а также размещение компонентов датчика, как правило, не соответствуют их реальным местам.

Если вы также приобрели металлоискатель и долгое время он ломался, вы можете использовать принципиальную схему металлоискателя, чтобы помочь вам или направить вас в его ремонте. Принципиальная схема может не давать пользователю указаний о том, как лучше всего соединить каждую часть вместе с другой, но они могут предлагать информацию о том, где пользователю следует подключить каждую часть. Это поможет вам найти потенциальную причину неправильной работы вашего датчика.

Это также поможет вам повысить эффективность подержанного устройства обнаружения металла, если вы его приобрели.Некоторые диаграммы могут выявить потенциальные изменения, которые вы сможете внести в свой собственный металлоискатель, чтобы позволить им заниматься поисками способностей глубже в земле.

Как работает металлоискатель? полностью объяснено »Hackatronic»

Введение:

Металлоискатель – это устройство, которое может обнаруживать металл, который нельзя увидеть напрямую. Самый простой вид металлоискателя может быть сделан с использованием генератора, двух катушек индуктивности и детектора или индикатора. Здесь мы поговорим о том, как работает металлоискатель, о применении в строительстве и о важности металлоискателей в нашей нормальной жизни.

Для лучшего понимания можно посмотреть это видео?

Необходимые компоненты:

1- Транзистор BC 547

2- Транзистор S9012 × 2
3- Электролитический конденсатор 100 мкФ
4- Резистор 200к
5- Резистор 2к
6- Резистор 470 Ом
7- Конденсатор 104
8- Конденсатор 222х2
9-1 потенциометр 1к
10- Светодиод
11- ЗУММЕР
12- Батарея
13- Катушка L1 и L2

Конструкция:

Как показано на принципиальной схеме, два транзистора Q1 и Q2 образуют схему генератора, а другой транзистор bc 547 образует индикаторную часть, катушка L2 действует как детектор.

Принципиальная схема:

На печатной плате

как работает металлоискатель?

Принцип работы:

Генератор вырабатывает переменный ток, который при прохождении через катушку создает переменное магнитное поле. Если кусок металла поднести близко к катушке, в металле индуцируется вихревой ток, который приводит к изменению магнитного поля, связанного с металлом.Это изменяющееся магнитное поле можно обнаружить с помощью другой катушки.

Схема работы: – как работает металлоискатель:

1.] Схема генератора снабжена источником постоянного тока, так что он может генерировать переменный ток. Для генерации переменного тока вы можете использовать комбинацию таймера 555 ⏲️ и конденсаторного резистора.

2.] Переменный ток подается на катушку L1, которая создает переменное магнитное поле. Катушки L1 и L2 расположены близко друг к другу.

3.], когда металлический объект приближается к катушке, в металле индуцируется вихревой ток, который создает магнитное поле, связанное с металлом.

4.] Вторичная катушка L2, которая действует как датчик, испытывает магнитное поле металла и создает в нем ток.

5.] Этот ток очень мал и требует усиления. После усиления он подается на зуммер и светодиод, который начинает светиться при обнаружении металла.

6.] Есть два транзистора PNP, которые используются для генерации сигнала переменного тока.Другой транзистор bc 547 используется для усиления выхода вторичной катушки L2.
7.] Потенциометр используется для регулировки сопротивления.

Применение металлоискателей:

Металлоискатели были впервые разработаны в 1960-х годах для промышленных и горнодобывающих целей.

1. Промышленное использование – Используется в различных отраслях промышленности для обнаружения металлических предметов.
2. Служба безопасности аэропорта – для проверки людей перед тем, как разрешить им доступ в зону посадки и самолет.
3. Безопасность здания – проверка людей перед входом в конкретное здание, такое как школа, офис или тюрьма.
4. Безопасность событий – проверка того, есть ли у человека опасные бедра при входе на спортивное мероприятие, концерт или другое большое скопление людей.
5. поиск Предметы – для поиска потерянного предмета, например ювелирного изделия.
6. Археологические исследования – Чтобы найти металлические предметы, имеющие историческое значение.
7. Геологические исследования – Для определения металлического состава почвы или горных пород.

Заключение-:

После проектирования, моделирования, сборки, пайки и тестирования схемы
мы пришли к выводу, что наша схема металлоискателя
работает удовлетворительно и имеет незначительное количество неожиданных функций
.

металл% 20 детектор% 20 техническое описание датчика и примечания по применению

Система MIL-STD-681 1 Аннотация: MIL-STD-681 M22759 / 33 Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	5-1589н, MIL-STD-681, 28AWG M22759 / 33 MIL-STD-681 система 1 MIL-STD-681
16149 Аннотация: 00829 Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	E202784 0779A 0789A 0799A 0809A 16149 00829
шнурок Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF
Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF
41-контактный разъем Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Сканирование OCR	PDF	ДЛ1-156П ДЛМ1-156П DLD1-156P DL2-96P ДЛМ2-96П DLD2-96P DLM6-360RC 41-контактный разъем
1999 – Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	ДЛ4-624,
2000 – К04А Аннотация: KA15A KC02A KA04B K08A H06C K02C K02B K02A H08A Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	О-3/5/8/18/39/46/52/72) MS101115 KC02A K04A KA15A KC02A KA04B K08A H06C K02C K02B K02A H08A
2009-FF34H Аннотация: FF460 FF60MH FF60M FF312HH FF60MHC FF32H Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	FF415M FF430M FF460M FF46H FF60MC FF60MHC FF34H FF460 FF60MH FF60M FF312HH FF60MHC FF32H
Сириус 3SB3 Абстракция: 3SB350 3sb3 3SB3001-0BA41 3SB3501-0AA21 3SB3001-0AA61 3SB3000-0AA61 3SB3500-0BA61 3SB300 3SB3001-0BA51 Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	702405AA21 3SB3001-0AA41 3SB3001-0AA51 3SB3001-0AA61 3SB3001-0DA21 3SB3001-0DA41 3SB3001-0DA51 3SB3001-0DA61 3SB3001-0BA21 3SB3001-0BA41 Сириус 3SB3 3SB350 3сб3 3SB3501-0AA21 3SB3000-0AA61 3SB3500-0BA61 3SB300 3SB3001-0BA51
Доска HASL Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	ru / упаковка / папки / lqa56a LQA56A Доска HASL
Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF
ГРМ конденсатор Аннотация: 1802M Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	K23E5 AC250V 200 / 500В.178 мм 330 мм Конденсатор ГРМ 1802M
Таблица высоты обжима tyco Аннотация: 1588153-X Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	С-5973 550465плекс таблица высоты обжима tyco 1588153-X
2002-а88 w02 Резюме: MURATA GRP Murata GJ6 1802M murata ga3 Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	200 / 500В.178 мм 330 мм a88 w02 MURATA GRP Мурата GJ6 1802M murata ga3
2010 – phoenix contact mvstb Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	08-ЛА CL-2005) 5/23-СТ-5 phoenix contact mvstb
5822030-3 Аннотация: 822032-4 Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	07мая08 20шт 10 труб / ряд) 10 ТРУБ) QR-ME-030B 5822030-3 822032-4
2010 – Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	55-поз.CL-2005)
2010 – Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	08-ЛА CL-2005) 5/24-СТ-5
2008 – КМОП 0,18 мкм Аннотация: Параметр варакторного диода семейства процессов КМОП “X-Fab” 0,18 мкм Процесс КМОП rpp1k1 XC-01 imd4 imdt 40 ne3 MOS3ST Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	XC018 IMD35 0.18 мкм CMOS Семейство процессов CMOS параметр варакторного диода “X-Fab” 0,18 мкм CMOS процесс rpp1k1 XC-01 imd4 imdt 40 ne3 MOS3ST
2005 – штекер 3,5мм розетка Абстракция: 0280130 040 h40мм 5046 Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF
2010 – Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF
2004 – таблица высоты обжима tyco Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	С-5973 GR-326 таблица высоты обжима tyco
Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	com / упаковка / папки / sqf48a
Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF
2012 – мурата нпо Аннотация: Мурата Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	PRD1366 ADP1850 мурата нпо Мурата

Металлоискатель с таймером 555 в Proteus

Здравствуйте, ученики! Приветствую вас на доске.Я надеюсь, ты впорядке. В сегодняшнем руководстве мы разработаем проект металлоискателя с использованием таймера 555 в Proteus ISIS. Все мы сталкиваемся с ситуациями, когда в общественных местах, например в аэропортах или торговых центрах, где запрещено использование острых металлических предметов, таких как нож, незаконное оружие или даже гвоздодер, есть проходные ворота у каждого входа, чтобы любой человек с запрещенным материалом при прохождении через ворота автоматически включается тревожный зуммер. Это произошло потому, что в проходных воротах есть цепь металлоискателя, которая срабатывает немедленно, когда возникает такая ситуация.

На этом занятии мы узнаем:

1. Что такое металлоискатели?
2. Как таймер 555 взаимодействует со схемой металлоискателя?
3. Как работает схема металлоискателя с таймером 555?
4. Как реализовать схему металлоискателя с таймером 555 в Proteus?

Кроме того, у вас также будет некоторая полезная информация в разделе ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ, что разделы .

NE555 Металлоискатели с таймером

Металлоискатели стали одним из необходимых устройств для многих общественных мест, будь то парк или банк, аэропорт или любой супермаркет.Это потому, что они играют жизненно важную роль в поддержании безопасности. Большинство металлоискателей Мы определяем металлоискатель как:

«Металлоискатели – это специализированные устройства с таймером NE555, которые обнаруживают присутствие металлов, когда они попадают в зону действия цепей металлоискателей».

Металлоискатели с таймером NE555 используются не только в области безопасности, но и в различных ситуациях.Металлоискатель NE555 с таймером можно разделить на три основных семейства:

1. Детекторы сверхнизкой частоты.
2. Детекторы импульсной индукции.
3. Металлоискатели специального назначения.

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ ??????????????????????

«1960 год был годом, когда был создан первый металлоискатель с использованием простых устройств в промышленных и полезных ископаемых. «

Существует много видов металлоискателей с таймером NE555, которые используются для различных операций, некоторые из них перечислены ниже:

1. Диагностические цели.
2. Обнаружение множества посторонних предметов.
3. Обнаружение наличия пуль.
4. Обнаружение внутриглазных металлических фрагментов.
5. Поиск проглоченных монет.

Работа металлоискателя с таймером NE555

Когда мы говорим о работе металлоискателя с таймером NE555, мы должны иметь четкое представление о следующих концепциях:

1. Индуктивность
2. NE555 Операционная система таймера

Индуктивность в металлоискателе с таймером NE555

Давайте вспомним идею индуктивности, которую мы усвоили на уроках физики:

«Индуктивность в электромагнетизме и электронике – это способность проводник электричества, чтобы свести на нет изменение электрического тока, протекающего через него.Этот поток электрического тока создает вокруг этого электрического проводника магнитное поле ».

В схеме металлоискателя с таймером NE555 мы используем индуктор, который определяет присутствие металла рядом с ним. Чем ближе к нему металлодетектор, тем больше линий электрического поля создается, и, следовательно, динамик издает звук более громко, указывая расстояние между металлоискателем с таймером NE555 и расстоянием до металла.

Обозначим индуктивность через “L”. Следовательно, формулу для определения индуктивности через любой проводник можно найти по следующей формуле:

Индуктивность = магнитный поток тока / тока.

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ ???

«Есть несколько металлоискателей, которые используются для поиска сокровищ или древних металлов под землей. Они настолько мощны, что могут обнаружить Металл на расстоянии многих футов. Таким образом, благодаря этим полезным инструментам у многих людей есть поиск, который меняет жизнь ».

Таймер NE555

Таймеры NE555 относятся к семейству интегральных схем таймеров 555.Это в высшей степени утилитарные схемы, которые считаются одними из наиболее часто используемых интегральных схем в мире электроники. Мы представляем таймер NE555 как:

« NE555 Timer Circuit – это широко используемая интегральная схема с 8 контактами, которая используется для получения выходных сигналов с однородными импульсами, которые можно настроить в соответствии с потребностями».

Таймеры 555 используются для получения различных импульсов, которые зависят от расположения устройств, подключенных к их контактам.Существует три типа режимов таймера NE555:

1. Моностабильный режим.
2. Астабильный режим.
3. Бистабильный режим.

Операции в цепи металлоискателя с таймером NE555

• Когда мы исследуем цепь металлоискателя с таймером NE555, мы обнаруживаем следующие операции:
• Питание всех компонентов – это постоянный ток, обеспечиваемый аккумулятором.
• Эта мощность поступает в схему таймера NE555, которая выдает на своем выходном контакте равномерный импульс, основанный на таймере.
• Этот импульс поступает на резистор, контролирующий прохождение тока через основную цепь металлоискателя.
• Резистор передает этот ток на индуктор. Индуктивность катушки индуктивности является основным критерием измерения расстояния.
• Как и в Proteus, невозможно показать движение металла, поэтому значение индуктивности представляет собой количество линий электрического поля вокруг цепи металлоискателя с таймером NE555. Больше индуктивность, большее количество линий, проходящих через катушку индуктивности, и, следовательно, предполагается, что металл ближе к цепи.
• Затем постоянный ток проходит через динамик в соответствии с силой силовых линий электрического поля, и, следовательно, мы обнаружили слабый или жесткий звук.

[PostWiidget4]

Схема металлоискателя с таймером 555 в Proteus

• Включите программное обеспечение Proteus.
• Выберите следующие компоненты с помощью кнопки «Выбрать библиотеку» «P».

Необходимые компоненты

1. NE555 Таймер
2. Индуктор
3. Конденсатор
4. Резистор
5. Динамик

• Возьмите все компоненты из левой части и расположите их все на рабочем экране в соответствии с приведенной ниже диаграммой:

• Теперь измените значения некоторых компонентов по одному после другое, дважды щелкнув компоненты.
• Индуктор = 150 мГн, конденсатор 1 = 2,2 мкФ, конденсатор 2 = 2,2 мкФ, конденсатор 3 10 мкФ, резистор = 47 кОм, батарея = 9 В.
• Соедините компоненты схемы с помощью соединительного провода, чтобы наша схема выглядела так:

• Как только схема моделируется нажатием кнопки Play, пользователь улавливает звук или зуммер из схемы.
• Если вы слышали то круто, а то посмотрите на свою схему еще раз.

Задача

Измените значение индуктивности на 300 мкФ и более, чтобы слышать более громкий звук.