Металлоискатели
27.08.2018
МЕТАЛЛОИСКАТЕЛИ
На этой страничке рассмотрим схемы простых металлоискателей.
Первая схема - прибор для поиска скрытой проводки и арматуры в стенах помещения. Приборчик обнаруживает металл в бетонной стене на глубине до 15 сантиметров.
Прибор представляет собой ВЧ генератор с частотой около 200 килогерц, собранный на транзисторе Т1. На транзисторах Т2 и Т3 собран ждущий мультивибратор. Диоды VD1,VD2 служат для детектирования ВЧ колебаний. Пока вблизи поисковой катушки нет металлических предметов - генератор ВЧ развивает на нагрузке (диоды) напряжение, недостаточное для открывания транзистора VT2. При приближении поисковой катушки к металлическому предмету, постоянное напряжение на базе VT2 увеличивается, что вызывает приоткрывание этого транзистора. Мультивибратор начинает генерировать импульсы, светодиод индицирует этот процесс вспышками. Если металлический предмет находится близко к поисковой катушке - частота вспышек светодиода увеличивается вплоть до непрерывного горения. Резистор R4 служит для предварительной настройки чувствительности прибора. Катушки намотаны на П-образном ферритовом сердечнике от выходного трансформатора строчной развертки черно-белого лампового телевизора. Количество витков обмоток показано на рисунке 2. На принципиальной схеме точками показаны начала обмоток катушек трансформатора. Если во время наладки ВЧ генератор на работает - попробуйте поменять выводы одной из обмоток местами.
Советы по выбору металлоискателя
Вторая схема металлоискателя обладает высокой чувствительностью и позволяет обнаруживать массивные металлические предметы (типа ведра) на глубине 55-60 сантиметров.
Высокая чувствительность металлоискателя достигнута за счет применения в качестве активного элемента кварцевого резонатора. Кварцевый резонатор эффективно пропускает сигналы радиочастоты только вблизи резонансной. При малейших отклонениях частоты поискового генератора показания стрелочного прибора будут неминуемо уменьшаться. При помощи конденсатора С4 можно так настроить прибор, что можно будет (при известном навыке) определять тип металла найденного предмета - сталь или, например, медь... Переменным резистором R8 регулируют чувствительность прибора.
Принцип работы прибора основан на следующем: радиочастотный генератор на транзисторе VT1 работает на частоте резонанса колебательного контура L1,C4. Поисковая катушка конструктивно выполнена в виде рамки больших размеров. Приближение к катушке металлического предмета изменяет ее собственную индуктивность, что в свою очередь изменяет частоту колебаний поискового генератора. Через конденсатор С5 (малой емкости) выходная частота подается на вход кварцевого фильтра. Так как кварцевый резонатор обладает очень высокой добротностью, через него проходит только сигнал, равный частоте последовательного резонанса. Изменение входной частоты на несколько десятков герц приводит к уменьшению напряжения на затворе полевого транзистора VT2. Уменьшение напряжения на затворе приводит к изменению тока через транзистор. Изменение тока фиксируется стрелочным измерительным прибором.
Резонансная частота кварца может быть другой (например 455 килогерц - от импортного радиоприемника), но это потребует коррекции частоты генератора (изменением числа витков катушки, либо емкости конденсатора С4).
Несколько слов о конструкции поисковой катушки:
От качества изготовления этой детали зависит стабильность работы прибора! Описанные ниже правила справедливы и для катушек других конструкций металлоискателей. Первое условие - обеспечение жесткости катушки. "Хлипкая" катушка приведет к нестабильности показаний прибора и вам очень быстро надоест копать там, где нет ничего существенного... Катушка намотана на кольцевой рамке из оргстекла, диаметром 300 миллиметров. Толщина оргстекла должна быть не менее 7 миллиметров. По торцу рамки пропиливается канавка, в которую плотно укладывается 15 витков обмоточного провода в эмалевой изоляции, диаметром 0,2-0,25 миллиметра. Рамка может быть и квадратной... Можно склеить рамку из трех слоев тонкого (2 миллиметра) оргстекла. Для этого выпиливаем 3 кольца с внешними диаметрами 300 (2 штуки) и 290 миллиметров. Внутренний диаметр всех колец равен примерно 200 миллиметров. К рамке прикрепляется штанга из неметаллической трубы, длиной около 120 сантиметров под углом примерно 60 градусов к плоскости рамки. Конденсатор С4 располагается также на рамке. Поисковая катушка соединяется с генератором при помощи отрезка коаксиального (телевизионного антенного) кабеля. После изготовления рамку следует обернуть одним слоем фольги (электростатический экран). Между началом и концом намотки экрана необходимо оставить промежуток не менее 10 миллиметров - иначе катушка работать не будет! Экран соединяется с общим (минусовым) проводом прибора - то есть с оплеткой коаксиального кабеля. Катушку полезно залить эпоксидной смолой. Размеры рамки могут быть и меньше - но это снизит чувствительность прибора и потребует изменения числа витков катушки. Этот металлоискатель описан в Л.1
Малогабаритный металлоискатель - приставка к карманному радиоприемнику:
Если у вас имеется карманный супергетеродинный приемник ДВ-СВ диапазонов - вы можете изготовить несложную приставку для поиска предметов на небольшой (до 20-30 сантиметров) глубине. Приставка представляет собой высокочастотный генератор на 465 килогерц и питается от 1 элемента типа АА или ААА (можно приспособить и "Часовой" типа G11-G13). Поисковая катушка наматывается на каркас из фольгированного гетинакса или текстолита, толщиной примерно 1-1,5 миллиметра. Фольга, за исключением двух контактных площадок, удаляется. Намотка ведется так называемым "корзиночным" методом. Провод укладывается в пазы, пропиленные в каркасе согласно нумерации. Намотка производится так: начало обмотки припаиваем к верхней контактной площадке. Далее пропускаем провод в паз 1, в паз 3,паз 5, паз 7, паз 9, паз11, паз2, паз4 и т.д. Намотка ведется до заполнения каркаса, проводом ПЭВ - 0,1 мм. Конец обмотки припаивается к нижней контактной площадке. Верхняя контактная площадка припаивается в цепь коллектора транзистора, нижняя в точку соединения R1,C2,SA1. Поверх всей катушки по короткой стороне каркаса наматывается электростатический экран 50 витков обмоточного провода, диаметром 0,2 миллиметра с небольшим шагом. Начало экранирующей катушки соединяется с нижней контактной площадкой. Все устройство монтируется в небольшой коробочке. Настройка сводится к установке частоты работы генератора вблизи промежуточной (около 465 килогерц), чтобы в громкоговорителе приемника прослушивался сигнал, частотой около 1 килогерца. Частота генератора подгоняется конденсаторами С1 и С2. Металлоискатель-приставка был описан в Л.2.
Металлоискатель можно собрать и с применением цифровых микросхем:
Этот металлоискатель собран на двух микросхемах К561ЛА7. На микросхеме D1 собран поисковый генератор и смеситель частоты. На микросхеме D2 - кварцевый генератор опорной частоты.
Частоту поискового генератора можно плавно изменять при помощи варикапа CD1, изменением напряжения смещения на его переходе. Для этого служит резистор R2. Частота поискового генератора выбирается такой, чтобы в телефонах прослушивалась частота "биения" - около 1 килогерца. Эта частота является разностной от смешивания частот поискового и опорного генераторов. Если вблизи поисковой катушки появляется металлический предмет - частота поискового генератора изменяется, что приводит к изменению в телефонах частоты биений. В данной конструкции нужно обязательно применять высокоомные головные телефоны с сопротивлением звуковых катушек не менее 2 килоом!
Данные поисковой катушки зависят от частоты используемого кварцевого резонатора.
Литература по теме:
Л.1 - А.Захаров, В.Кишкин "Если металл невидим..." ж. Моделист-конструктор 1977-11-37.
Л.2 - А.Ковалев "Приставка для обнаружения металлических предметов" Ж. "Радио" 1969-10-48
Книжки А.И.Щедрина "Металлоискатели для поиска кладов и реликвий" можно скачать здесь (первая книга) , либо здесь (вторая книга).