Металлоискатель или металлодетектор предназначен для обнаружения предметов, по своим электрическим и/или магнитным свойствам отличающихся от среды, в которой они находятся. Попросту говоря, он позволяет находить металл в земле. Но не только металл, и не только в грунте. Металлодетекторами пользуются службы досмотра, криминалисты, военные, геологи, строители для поиска профилей под обшивкой, арматуры, сверки планов-схем подземных коммуникаций, и люди многих других специальностей.
Металлоискатели своими руками чаще всего делают любители: кладоискатели, краеведы, члены военно-исторических объединений. Им, начинающим, и предназначена в первую очередь данная статья; описанные в ней устройства позволяют найти монету с советский пятак на глубине до 20-30 см или железяку с канализационный люк примерно в 1-1,5 м под поверхностью. Однако этот самодельный приборчик может пригодиться и на хозяйстве при ремонте или на стройке. Наконец, обнаружив в земле центнер-другой брошенной трубы или металлоконструкций и сдав находку в металлолом, можно выручить приличную сумму. А подобных сокровищ в земле российской точно больше, чем пиратских сундуков с дублонами или боярско-разбойничьих кубышек с ефимками.
Примечание: если вы не сведущи в электротехнике с радиоэлектроникой, не пугайтесь схем, формул и специальной терминологии в тексте. Самая суть излагается попросту, и в конце будет описание прибора, который можно сделать за 5 мин на столе, не умея не то что паять, а проводки скрутить. Но он позволит «пощупать» особенности поиска металлов, а возникнет интерес – придут и знания с навыками.
Немного больше внимания по сравнению с остальными будет уделено металлоискателю «Пират», см. рис. Этот прибор достаточно прост для повторения начинающими, но по своим качественным показателям не уступает многим фирменным моделям ценой до $300-400. А главное – он показал отличную повторяемость, т.е. полную работоспособность при изготовлении по описаниям и спецификациям. Схемотехника и принцип действия «Пирата» вполне современны; по его настройке и методике использования имеется достаточно руководств.
Принцип действия
Металлоискатель действует по принципу электромагнитной индукции. В общем схема металлоискателя состоит из передатчика электромагнитных колебаний, передающей катушки, приемной катушки, приемника, схемы выделения полезного сигнала (дискриминатора) и устройства индикации. Отдельные функциональные узлы часто объединяют схемотехнически и конструктивно, напр., приемник и передатчик могут работать на одну катушку, приемная часть сразу выделяет полезный сигнал и т.п.
Катушка создает в среде электромагнитное поле (ЭМП) определенной структуры. Если в зоне его действия оказывается электропроводящий предмет, поз. А на рис., в нем наводятся вихревые токи или токи Фуко, которые создают его собственное ЭМП. В результате структура поля катушки искажается, поз. Б. Если же предмет не электропроводящий, но обладает ферромагнитными свойствами, то он искажает исходное поле за счет экранирования. В том и другом случае приемник улавливает отличие ЭМП от исходного и преобразует его в акустический и/или оптический сигнал.
Примечание: в принципе для металлоискателя не обязательно, чтобы предмет был электропроводящим, грунт – нет. Главное, чтобы их электрические и/или магнитные свойства отличались.
Детектор или сканер?
В коммерческих источниках дорогие высокочувствительные металлодетекторы, напр. Терра-Н, нередко называют геосканерами. Это неверно. Геосканеры действуют по принципу измерения электропроводности грунта по разным направлениям на разной глубине, эта процедура называется боковым каротажем. По данным каротажа компьютер строит на дисплее картинку всего, что в земле, включая различные по свойствам геологические слои.
Разновидности
Общие параметры
Принцип действия металлодетектора возможно воплотить технически разными способами соответственно назначению прибора. Металлоискатели для пляжного золотоискательства и строительно-ремонтного поиска внешне могут быть похожи, но существенно отличаться по схеме и техническим данным. Чтобы правильно сделать металлоискатель, нужно четко представлять себе, каким требованиям он должен удовлетворять для данного рода работы. Исходя из этого, можно выделить следующие параметры поисковых детекторов металла:
- Проницание, или проникающая способность – максимальная глубина, на которую распространяется ЭМП катушки в грунте. Глубже прибор ничего не обнаружит при любом размере и свойствах объекта.
- Величина и размеры зоны поиска – воображаемая область в земле, в которой объект будет обнаружен.
- Чувствительность – способность обнаруживать более или менее мелкие предметы.
- Избирательность – способность сильнее реагировать на желательные находки. Сладкая мечта пляжных старателей – детектор, который пищит только на драгоценные металлы.
- Помехоустойчивость – способность не реагировать на ЭМП посторонних источников: радиостанций, грозовых разрядов, ЛЭП, электротранспорта и др. источников помех.
- Мобильность и оперативность определяются энергопотреблением (на сколько батареек хватит), массогабаритами прибора и размерами зоны поиска (сколько можно «прощупать» за 1 проход).
- Дискриминация, или разрешающая способность – дает оператору или управляющему микроконтроллеру возможность по реакции прибора судить о характере найденного объекта.
Дискриминация, в свою очередь, параметр составной, т.к. на выходе металлоискателя наличествует 1, максимум 2 сигнала, а величин, определяющих свойства и расположение находки, больше. Тем не менее, с учетом изменения реакции прибора во время приближения к объекту, в нем выделяются 3 составляющих:
- Пространственная – свидетельствует о расположении объекта в зоне поиска и глубине его залегания.
- Геометрическая – дает возможность судить о форме и размерах объекта.
- Качественная – позволяет строить предположения о свойствах материала объекта.
Рабочая частота
Все параметры металлоискателя связаны сложным образом и многие взаимосвязи взаимоисключающие. Так, напр., понижение частоты генератора позволяет добиться большего проницания и зоны поиска, но ценой увеличения энергопотребления, и ухудшает чувствительность и мобильность вследствие возрастания размеров катушки. В целом же каждый параметр и их комплексы так или иначе привязаны к частоте генератора. Поэтому первоначальная классификация металлоискателей строится по диапазону рабочих частот:- Сверхнизкочастотные (СНЧ) – до первых сотен Гц. Абсолютно не любительские приборы: энергопотребление от десятков Вт, без компьютерной обработки по сигналу ни о чем судить нельзя, для перемещения нужен автотранспорт.
- Низкочастотные (НЧ) – от сотен Гц до нескольких кГц. Просты схемотехнически и конструктивно, помехоустойчивы, но мало чувствительны, дискриминация плохая. Проницание – до 4-5 м при энергопотреблении от 10 Вт (т. наз. глубинные металлодетекторы) или до 1-1,5 м при питании от батареек. Реагируют острее всего на ферромагнитные материалы (черный металл) или большие массы диамагнитных (бетонные и каменные строительные конструкции), поэтому иногда называются магнитодетекторами. К свойствам грунта мало чувствительны.
- Повышенной частоты (ПЧ) – до нескольких десятков кГц. Сложнее НЧ, но требования к катушке невысоки. Проницание – до 1-1,5 м, помехоустойчивость на троечку, хорошая чувствительность, удовлетворительная дискриминация. Могут быть универсальными при использовании в импульсном режиме, см. ниже. На обводненных или минерализованных грунтах (с обломками или частицами скальных пород, экранирующих ЭМП) работают плохо или вовсе ничего не чуют.
- Высокой, или радиочастоты (ВЧ или РЧ) – типичные металлоискатели «на золото»: отличная дискриминация на глубину до 50-80 см в сухих непроводящих и немагнитных грунтах (пляжный песок и т.п.) Энергопотребление – как в пред. п. Остальное – на грани «неуда». Эффективность прибора во многом зависит от конструкции и качества исполнения катушки (катушек).
Примечание: мобильность металлоискателей по пп. 2-4 хорошая: от одного комплекта солевых элементов («батареек») АА и без переутомления оператора можно работать до 12 час.
Особняком стоят импульсные металлоискатели. У них первичный ток в катушку поступает импульсами. Задав частоту следования импульсов в пределах НЧ, а их длительность, которая определяет спектральный состав сигнала, соответствующей диапазонам ПЧ-ВЧ, можно получить металлодетектор, совмещающий в себе положительные свойства НЧ, ПЧ и ВЧ или перестраиваемый.
Метод поиска
Насчитывается не менее 10 методов поиска предметов с помощью ЭМП. Но такие, как, скажем, метод непосредственной оцифровки ответного сигнала с компьютерной обработкой – удел профессионального применения.
Самодельный металлоискатель схемотехнически строят более всего следующими способами:
- Параметрическим.
- Приемо-передающим.
- С накоплением фазы.
- На биениях.
Без приемника
Параметрические металлоискатели в некотором роде выпадают из определения принципа действия: в них нет ни приемника, ни приемной катушки. Для детекции используется непосредственно влияние объекта на параметры катушки генератора – индуктивность и добротность, а структура ЭМП значения не имеет. Изменение параметров катушки ведет к изменению частоты и амплитуды вырабатываемых колебаний, что фиксируется разными способами: измерением частоты и амплитуды, по изменению тока потребления генератора, измерением напряжения в петле ФАПЧ (системы фазовой автоподстройки частоты, «подтягивающей» ее к заданному значению) и др.
Параметрические металлоискатели просты, дешевы и помехоустойчивы, но пользование ими требует определенных навыков, т.к. частота «плывет» под влиянием внешних условий. Чувствительность у них слабая; более всего используются как магнитодетекторы.
С приемником и передатчиком
Устройство приемопередающего металлоискателя показано на рис. в начале, к пояснению принципа действия; там же описан и принцип работы. Такие приборы позволяют добиться наилучшей эффективности в своем диапазоне частот, но сложны схемотехнически, требуют особо качественной системы катушек. Приемопередающие металлоискатели с одной катушкой называются индукционными. Их повторяемость лучше, т.к. проблема правильного расположения катушек относительно друг друга отпадает, но схемотехника сложнее – нужно выделить слабый вторичный сигнал на фоне сильного первичного.
Примечание: в импульсных приемопередающих металлоискателях от проблемы выделения также удается избавиться. Объясняется это тем, что в качестве вторичного сигнала «ловят» т. наз. «хвост» переизлученного объектом импульса. Первичный импульс вследствие дисперсии при переизлучении расплывается, и часть вторичного импульса оказывается в промежутке между первичными, откуда ее несложно выделить.
До щелчка
Металлоискатели с накоплением фазы, или фазочувствительные, бывают либо однокатушечными импульсными, либо с 2-мя генераторами, работающими каждый на свою катушку. В первом случае используется тот факт, что импульсы при переизлучении не только расплываются, но и задерживаются. Во времени сдвиг фаз нарастает; когда он достигает определенной величины, дискриминатор срабатывает и в наушниках раздается щелчок. По мере приближения к объекту щелчки становятся чаще и сливаются в звук все более высокого тона. Именно на этом принципе построен «Пират».
Во втором случае техника поиска та же, но работают 2 строго симметричных электрически и геометрически генератора, каждый на свою катушку. При этом вследствие взаимодействия их ЭМП происходит взаимная синхронизация: генераторы работают в такт. При искажении общего ЭМП начинаются срывы синхронизации, слышимые как те же щелчки, а затем тон. Двухкатушечные металлоискатели со срывом синхронизации проще импульсных, но менее чувствительны: проницание их в 1,5-2 раза меньше. Дискриминация в обоих случаях близка к отличной.
Фазочувствительные металлодетекторы – любимые инструменты курортных старателей. Асы поиска настраивают свои приборы так, что точно над объектом звук снова пропадает: частота следования щелчков переходит в ультразвуковую область. Таким способом на ракушечном пляже удается находить золотые серьги размером с ноготь на глубине до 40 см. Однако на грунте с мелкими неоднородностями, обводненном и минерализованном, металлоискатели с накоплением фазы уступают прочим, кроме параметрических.
По писку
Биения 2-х электросигналов – сигнал с частотой, равной сумме или разности основных частот исходных сигналов или кратных им – гармоник. Так, напр., если на входы специального устройства – смесителя – подать сигналы с частотами 1 МГц и 1 000 500 Гц или 1,0005 МГц, а к выходу смесителя подключить наушники или динамик, то услышим чистый тон 500 Гц. А если 2-й сигнал будет 200 100 Гц или 200,1 кГц, случится то же самое, т.к. 200 100 х 5 = 1 000 500; мы «поймали» 5-ю гармонику.
В металлоискателе на биениях действуют 2 генератора: опорный и рабочий. Катушка колебательного контура опорного маленькая, защищенная от посторонних влияний, или его частота стабилизирована кварцевым резонатором (попросту – кварцем). Контурная катушка рабочего (поискового) генератора – поисковая, и его частота зависит от наличия предметов в зоне поиска. Перед поиском рабочий генератор настраивают на нулевые биения, т.е. до совпадения частот. Полного нуля звука как правило не добиваются, а настраивают до очень низкого тона или хрипа, так удобнее искать. По изменению тона биений судят о наличии, величине, свойствах и расположении объекта.
Примечание: чаще всего частоту поискового генератора берут в несколько раз ниже опорной и работают на гармониках. Это позволяет, во-первых, избежать вредного в данном случае взаимного влияния генераторов; во-вторых, точнее настроить прибор, в-третьих, вести поиск на оптимальной в данном случае частоте.
Металлоискатели на гармониках в общем сложнее импульсных, однако работают на любом грунте. Правильно изготовленные и настроенные, они не уступают импульсным. Об этом можно судить хотя бы по тому, что золотоискатели-пляжники никак не сойдутся во мнениях, что же лучше: импульсник или на биениях?
Катушка и прочее
Самое распространенное заблуждение начинающих радиолюбителей – абсолютизация схемотехники. Мол, если схема «крутая», то все будет тип-топ. Относительно металлоискателей это вдвойне неверно, т.к. их эксплуатационные достоинства сильнейшим образом зависят от конструкции и качества изготовления поисковой катушки. Как выразился некий курортный старатель: «Находимость детектора должна тянуть карман, а не ноги».
При разработке прибора его схему и параметры катушки подгоняют друг к другу до получения оптимума. Определенная схема с «чужой» катушкой если и заработает, то до заявленных параметров не дотянет. Поэтому, выбирая прототип для повторения, смотрите прежде всего описание катушки. Если оно неполное или неточное – лучше строить другой прибор.
О размерах катушки
Большая (широкая) катушка эффективнее излучает ЭМП и глубже «просветит» грунт. Ее зона поиска шире, что позволяет уменьшить «находимость ногами». Однако, если в зоне поиска окажется крупный ненужный предмет, его сигнал «забьет» слабый от искомой мелочи. Поэтому желательно брать или делать металлодетектор, рассчитанный на работу с катушками разного размера.
Примечание: типичные диаметры катушек 20-90 мм для поиска арматуры и профилей, 130-150 мм «на пляжное золото» и 200-600 мм «на большое железо».
Монопетля
Традиционный тип катушки детектора металла т. наз. тонкая катушка или Mono Loop (одинарная петля): кольцо из многих витков эмалированного медного провода шириной и толщиной раз в 15-20 меньше среднего диаметра кольца. Достоинства катушки-монопетли – слабая зависимость параметров от типа грунта, сужающаяся книзу зона поиска, что позволяет, двигая детектор, точнее определять глубину и расположение находки, и конструктивная простота. Недостатки – малая добротность, отчего в процессе поиска «плывет» настройка, подверженность помехам и расплывчатая реакция на объект: работа с монопетлей требует значительного опыта пользования данным конкретным экземпляром прибора. Самодельные металлоискатели начинающим рекомендуется делать с монопетлей, чтобы без особых проблем получить работоспособную конструкцию и приобрести с ней поисковый опыт.
Индуктивность
При выборе схемы, чтобы убедиться в достоверности обещаний автора, и тем более при самостоятельном конструировании или доработке, нужно знать индуктивность катушки и уметь ее рассчитывать. Даже если вы делаете металлоискатель из покупного набора, индуктивность все равно нужно проверить измерениями или расчетом, чтобы не ломать потом голову: почему, все вот вроде исправно, а не пищит.
Калькуляторы для расчета индуктивности катушек имеются в интернете, но компьютерная программа все случаи практики предусмотреть не может. Поэтому на рис. дана старая, десятилетиями проверенная номограмма для расчета многослойных катушек; тонкая катушка – частный случай многослойной.
Для расчета поисковой монопетли номограммой пользуются следующим образом:
- Берем величину индуктивности L из описания прибора и размеры петли D, l и t оттуда же или по своему выбору; типичные значения: L = 10 мГн, D = 20 см, l = t = 1 см.
- По номограмме определяем количество витков w.
- Задаемся коэффициентом укладки k = 0,5, по размерам l (высота катушки) и t (ширина ее) определяем площадь сечения петли и находим площадь чистой меди в ней как S = klt.
- Поделив S на w, получим сечение обмоточного провода, а по нему – диаметр провода d.
- Если получилось d = (0,5…0,8) мм, все ОК. В противном случае увеличиваем l и t при d>0,8 мм или уменьшаем при d<0,5 мм.
Помехоустойчивость
Монопетля хорошо «ловит» помехи, т.к. устроена точно так же, как рамочная антенна. Увеличить ее помехоустойчивость можно, во-первых, поместив обмотку в т. наз. экран Фарадея (Faraday shield): металлическую трубку, оплетку или обмотку из фольги с разрывом, чтобы не образовался короткозамкнутый виток, который «съест» все ЭМП катушки, см. рис. справа. Если на исходной схеме возле обозначения поисковой катушки есть пунктирная линия (см. схемы далее), то это значит, что катушка данного прибора обязательно должна быть помещена в экран Фарадея.
Также обязательно экран соединяется с общим проводом схемы. Тут таится подвох для новичков: заземляющий проводник нужно подключать к экрану строго симметрично разрезу (см. тот же рис.) и подводить его к схеме также симметрично относительно сигнальных проводов, иначе помехи все-таки «пролезут» в катушку.
Экран поглощает и некоторую долю поискового ЭМП, что снижает чувствительность прибора. Особенно этот эффект заметен в импульсных металлоискателях; их катушки вообще нельзя экранировать. В таком случае увеличения помехозащищенности можно добиться, симметрируя обмотку. Суть в том, что для удаленного источника ЭМП катушка – точечный объект, и э.д.с. помех в ее половинах подавят друг друга. Симметричная катушка может понадобиться и схемно, если генератор двухтактный или индуктивная трехточка.
Однако симметрировать катушку привычным радиолюбителям бифиллярным способом (см. рис.) в данном случае нельзя: при нахождении в поле бифиллярной катушки проводящих и/или ферромагнитных предметов ее симметрия нарушается. Т.е., помехоустойчивость металлоискателя пропадет как раз тогда, когда она больше всего нужна. Поэтому симметрировать катушку-монопетлю нужно перекрестной намоткой, см. тот же рис. Ее симметрия не нарушается ни при каких обстоятельствах, но мотать тонкую катушку с большим количеством витков перекрестным способом – адский труд, и тогда лучше сделать корзиночную катушку.
Корзинка
Корзиночные катушки имеют все достоинства монопетель в еще большей степени. Вдобавок, катушки-корзинки стабильнее, их добротность выше, а то, что катушка плоская – двойной плюс: чувствительность и дискриминация возрастут. К помехам корзиночные катушки менее восприимчивы: вредные э.д.с. в перекрещивающихся проводах гасят друг друга. Единственный минус – для катушек-корзинок нужна точно сделанная жесткая и прочная оправка: общая сила натяжения многих витков достигает больших величин.
Корзиночные катушки конструктивно бывают плоскими и объемными, но электрически объемная «корзинка» эквивалентна плоской, т.е. создает такое же ЭМП. Объемная корзиночная катушка еще менее чувствительна к помехам и, что важно для импульсных металлоискателей, дисперсия импульса в ней минимальна, т.е. легче поймать дисперсию, вызванную объектом. Преимущества оригинального металлоискателя «Пират» во многом обусловлены тем, что его «родная» катушка – объемная корзинка (см. рис.), однако ее намотка сложна и трудоемка.
Новичку самостоятельно лучше мотать плоскую корзинку, см. рис. ниже. Для металлоискателей «на золото» или, скажем, для описанных далее металлоискателя-«бабочки» и простого приемопередающего 2-катушечного хорошей оправкой будут негодные компьютерные диски. Их металлизация не повредит: она очень тонкая и никелевая. Непременное условие: нечетное, и никак иначе, число прорезей. Номограмма для расчета плоской корзинки не требуется; расчет ведут таким образом:
- Задаются диаметром D2, равным внешнему диаметру оправки минус 2-3 мм, и берут D1 = 0,5D2, это оптимальное соотношение для поисковых катушек.
- По формуле (2) на рис. вычисляют количество витков.
- По разности D2 – D1 с учетом коэффициента плоской укладки 0,85 вычисляют диаметр провода в изоляции.
Как не надо и надо мотать корзинки
Некоторые любители берутся самостоятельно мотать объемные корзинки способом, показанным на рис. ниже: делают оправку из изолированных гвоздей (поз. 1) или саморезов, мотают по схеме, поз. 2 (в данном случае, поз. 3, для количества витков, кратного 8; через каждые 8 витков «узор» повторяется), затем запенивают, поз. 4, оправку вытаскивают, а лишнюю пену обрезают. Но вскоре оказывается, что натянутые витки порезали пену и вся работа пошла всмятку. Т.е., чтобы намотать надежно, нужно отрезки прочного пластика вклеить в отверстия основы, и только тогда мотать. И помните: самостоятельный расчет объемной корзиночной катушки без соответствующих компьютерных программ невозможен; методика для плоской корзинки в данном случае неприменима.
ДД катушки
ДД в данном случае значит не дальнодействие, а двойной или дифферециальный детектор; в оригинале – DD (Double Detector). Это катушка из 2-х одинаковых половин (плеч), сложенных с некоторым пересечением. При точном электрическом и геометрическом балансе плеч ДД поисковое ЭМП стягивается в зону пересечения, справа на рис; слева – катушка-монопетля и ее поле. Малейшая неоднородность пространства в зоне поиска вызывает разбаланс, и появляется резкий сильный сигнал. ДД-катушка позволяет неопытному искателю обнаружить мелкий глубокий хорошо проводящий предмет, когда рядом с ним и выше залегла ржавая банка.
Катушки ДД четко ориентированы «на золото»; все металлоискатели с маркировкой GOLD комплектуются ими. Однако на мелко-неоднородных и/или проводящих грунтах они или вовсе отказывают, или часто дают ложные сигналы. Чувствительность ДД катушки очень высока, но дискриминация близка к нулевой: сигнал или предельный, или его вовсе нет. Поэтому металлодетекторы с ДД катушками предпочитают искатели, которых интересует только «находимость на карман».
Примечание: подробнее о ДД катушках можно будет узнать далее в описании соответствующего металлоискателя. Мотают плечи ДД или внавал, как монопетлю, на специальной оправке, см. далее, или корзинками.
Как крепить катушку
Готовые каркасы и оправки для поисковых катушек продаются в широком ассортименте, но с накрутками продавцы не стесняются. Поэтому многие любители делают основу катушки из фанеры, слева на рис.:
Несколько конструкций
Параметрические
Самый простой металлоискатель для поиска арматуры, проводки, профилей и коммуникаций в стенах и перекрытиях можно собрать по рис. Древний транзистор МП40 безо всякого меняется на КТ361 или его аналоги; чтобы применить транзисторы pnp, нужно поменять полярность батарейки.
Этот металлоискатель – магнитодетектор параметрического типа, работающий на НЧ. Тон звука в наушниках можно менять, подбирая емкость С1. Под влиянием объекта тон понижается, в отличие от всех прочих типов, поэтому изначально нужно добиваться «комариного писка», а не хрипа или ворчания. Прибор отличает проводку под током от «пустой», на тон накладывается гул 50 Гц.
Схема – импульсный генератор с индуктивной обратной связью и стабилизацией частоты LC-контуром. Контурная катушка – выходной трансформатор от старого транзисторного приемника или маломощный «базарно-китайский» низковольтный силовой. Очень хорошо подходит трансформатор от негодного источника питания польской антенны, в его же корпусе, срезав сетевую вилку, можно собрать и все устройство, тогда запитать его лучше от литиевой батарейки-таблетки на 3 В. Обмотка II на рис. – первичная или сетевая; I – вторичная или понижающая на 12 В. Именно так, генератор работает с насыщением транзистора, что обеспечивает ничтожное энергопотребление и широкий спектр импульсов, облегчающий поиск.
Чтобы превратить трансформатор в датчик, его магнитопровод нужно разомкнуть: снять каркас с обмотками, убрать прямые перемычки сердечника – ярма – а Ш-образные пластины сложить в одну сторону, как справа на рис., затем надеть обмотки обратно. При исправных деталях прибор начинает работать сразу; если нет – нужно поменять местами концы любой из обмоток.
Параметрическая схема посложнее – на рис. справа. L с конденсаторами С4, С5 и С6 настраивается на 5, 12,5 и 50 кГц, а кварц пропускает на измеритель амплитуды 10-ю, 4-ю гармоники и основной тон соответственно. Схемка более на любителя попаять на столе: возни с настройкой много, а «чутье», как говорят, никакое. Приводится только для примера.
Приемопередающий
Гораздо чувствительнее приемопередающий металлоискатель с ДД катушкой, который можно без особого труда сделать в домашних условиях, см. рис. Слева – передатчик; справа – приемник. Там же описаны свойства разных типов ДД.
Этот металлоискатель – НЧ; поисковая частота около 2 кГц. Глубина обнаружения: советский пятак – 9 см, консервная жестянка – 25 см, канализационный люк – 0,6 м. Параметры «троечные», но можно освоить методику работы с ДД, прежде чем переходить к более сложным конструкциям.
Катушки содержат по 80 витков провода ПЭ 0,6-0,8 мм, намотанных внавал на оправку толщиной 12 мм, чертеж которой показан на рис. слева. Вообще прибор к параметрам катушек не критичен, были бы точно одинаковы и расположены строго симметрично. В целом, хороший и дешевый тренажер для тех, кто хочет освоить любую технику поиска, в т.ч. «на золото». Хотя чувствительность этого металлоискателя и невысока, но дискриминация очень хорошая несмотря на использование ДД.
Для налаживания прибора сначала вместо L1 передатчика включают наушники и по тону в них убеждаются, что генератор работает. Затем закорачивают L1 приемника и подбором R1 и R3 устанавливают на коллекторах VT1 и VT2 соответственно напряжение, равное примерно половине напряжения питания. Далее R5 выставляют ток коллектора VT3 в пределах 5..8 мА, размыкают L1 приемника и все, можно искать.
С накоплением фазы
Конструкции в этом разделе показывают все преимущества метода накопления фазы. Первый металлоискатель преимущественно строительного назначения обойдется очень недорого, т.к. его самые трудоемкие части сделаны… из картона, см. рис.:
Наладки прибор не требует; интегральный таймер 555 – аналог отечественной ИМС (интегральной микросхемы) К1006ВИ1. Все преобразования сигнала происходят в ней; способ поиска – импульсный. Единственное условие – динамик нужен пьезоэлектрический (кристаллический), обычный динамик или наушники перегрузят ИМС и она скоро выйдет из строя.
Индуктивность катушки – около 10 мГн; рабочая частота – в пределах 100-200 кГц. При толщине оправки в 4 мм (1 слой картона) катушка диаметром 90 мм содержит 250 витков провода ПЭ 0,25, а 70-мм – 290 витков.
Металлоискатель «Бабочка», см. рис. справа, по своим параметрам уже близок к профессиональным приборам: советский пятак находит на глубине 15-22 см в зависимости от грунта; канализационный люк – на глубине до 1 м. Действует на срывах синхронизации; схема, плата и вид монтажа – на рис. ниже. Учтите, здесь 2 отдельные катушки диаметром 120-150 мм, а не ДД! Пересекаться они не должны! Оба динамика – пьезоэлектрические, как и в пред. случае. Конденсаторы – термостабильные, слюдяные или высокочастотные керамические.
Свойства «Бабочки» улучшатся, а настроить ее будет проще, если, во-первых, намотать катушки плоскими корзинками; индуктивность определяется по заданной рабочей частоте (до 200 кГц) и емкостям контурных конденсаторов (по 10 000 пФ на схеме). Диаметр провода – от 0,1 до 1 мм, чем больше, тем лучше. Отвод в каждой катушке делается от трети витков считая от холодного (нижнего по схеме) конца. Во-вторых, если отдельные транзисторы заменить 2-х транзисторной сборкой для схем дифусилителей К159НТ1 или ее аналогами; выращенная на одном кристалле пара транзисторов имеет совершенно одинаковые параметры, что важно для схем со срывом синхронизации.
Для налаживания «Бабочки» нужно точно подогнать индуктивности катушек. Автор конструкции рекомендует раздвигать-сдвигать витки или подстраивать катушки ферритом, но с точки зрения электромагнитной и геометрической симметрии лучше будет подключить параллельно емкостям по 10 000 пФ подстроечные конденсаторы на 100-150 пФ и крутить их при настройке в разные стороны.
Собственно налаживание несложно: только что собранный прибор пищит. Поочередно подносим к катушкам алюминиевую кастрюльку или пивную банку. К одной – писк становится выше и громче; к другой – ниже и тише или вовсе замолкает. Здесь чуть-чуть добавляем емкости подстроечника, а в противоположном плече убираем. За 3-4 цикла можно добиться полной тишины в динамиках – прибор готов к поиску.
Еще о «Пирате»
Вернемся к прославленному «Пирату»; он импульсный приемопередающий с накоплением фазы. Схема (см. рис.) очень прозрачна и может считаться классикой для данного случая.
Передатчик состоит из задающего генератора (ЗГ) на том же 555-м таймере и мощного ключа на Т1 и Т2. Слева – вариант ЗГ без ИМС; в нем придется выставить по осциллографу частоту следования импульсов 120-150 Гц R1 и длительность импульса 130-150 мкс R2. Катушка L – общая. Ограничитель на диодах D1 и D2 на ток от 0,5 А спасает усилитель приемника QP1 от перегрузки. На QP2 собран дискриминатор; вместе они составляют сдвоенный операционный усилитель К157УД2. Собственно «хвостики» переизлученных импульсов накапливаются в емкости С5; когда «резервуар переполняется», на выходе QP2 проскакивает импульс, который усиливается Т3 и дает щелчок в динамике. Резистором R13 регулируется скорость заполнения «резервуара» и, следовательно, чувствительность прибора. Еще о «Пирате» можно узнать из видео:
Видео: металлоискатель “Пират”
а об особенностях его настройки – из следующего ролика:
Видео: настройка порога металлоискателя “Пират”
На биениях
Желающие ощутить все прелести процесса поиска на биениях со сменными катушками могут собрать металлоискатель по схеме на рис. Его особенность, во-первых, экономичность: вся схема собрана на КМОП-логике и в отсутствие объекта потребляет очень маленький ток. Второе – прибор работает на гармониках. Опорный генератор на DD2.1-DD2.3 стабилизирован кварцем ZQ1 на 1 МГц, а поисковый на DD1.1-DD1.3 работает на частоте около 200 кГц. При настройке прибора перед поиском нужную гармонику «ловят» варикапом VD1. Смешение рабочего и опорного сигналов происходит в DD1.4. Третье – этот металлоискатель пригоден для работы со сменными катушками.
ИМС 176-й серии лучше заменить на такие же 561-й, ток потребления уменьшится, а чувствительность прибора возрастет. Заменять старые советские высокоомные наушники ТОН-1 (лучше ТОН-2) на низкоомные от плеера просто так нельзя: они перегрузят DD1.4. Нужно либо поставить усилитель вроде «пиратского» (C7, R16, R17, T3 и динамик на схеме «Пирата»), либо использовать пьезодинамик.
Настройки после сборки этот металлоискатель не требует. Катушки – монопетли. Их данные на оправке толщиной 10 мм:
- Диаметр 25 мм – 150 витков ПЭВ-1 0,1 мм.
- Диаметр 75 мм – 80 витков ПЭВ-1 0,2 мм.
- Диаметр 200 мм – 50 витков ПЭВ-1 0,3 мм.
Проще не бывает
Теперь выполним данное вначале обещание: расскажем, как сделать, ничегошеньки не смысля в радиотехнике, металлодетектор, который ищет. Металлоискатель «проще простого» собирается из радиоприемника, калькулятора, картонной или пластиковой коробки с откидной крышкой и отрезков двухстороннего скотча.
Металлоискатель «из радио» импульсный, однако для обнаружения объектов используется не дисперсия и не запаздывание с накоплением фазы, а поворот магнитного вектора ЭМП при переизлучении. На форумах об этом устройстве пишут разное, от «супер» до «отстой», «разводка» и слов, которые на письме употреблять не принято. Так вот, чтобы получилось если не «супер», но хотя бы вполне работоспособное устройство, его составные части – приемник и калькулятор – должны удовлетворять определенным требованиям.
Калькулятор нужен самый раздрянной и дешевый, «альтернативный». Делают такие в оффшорных подвальчиках. О нормах на электромагнитную совместимость бытовой техники там понятия не имеют, а если о чем-то таком и слыхали, то чхать хотели от души и свысока. Поэтому тамошние изделия являются довольно мощными источниками импульсных радиопомех; их дает тактовый генератор калькулятора. В данном случае его строб-импульсы в эфире используются для зондирования пространства.
Приемник нужен тоже дешевый, от подобных производителей, без всяких средств повышения помехоустойчивости. В нем должен быть АМ диапазон и, что абсолютно необходимо, магнитная антенна. Поскольку приемники с приемом коротких волн (КВ, SW) на магнитную антенну редко продаются и стоят дорого, придется ограничиться средними волнами (СВ, MW), но зато это облегчит настройку.
- Разворачиваем коробку с крышкой в книжку.
- На тыльные стороны калькулятора и радио наклеиваем полоски скотча и закрепляем оба устройства в коробке, см. рис. справа. Приемник – желательно в крышке, чтобы был доступ к органам управления.
- Включаем приемник, ищем настройкой на максимальной громкости вверху АМ диапазона (диапазонов) участок, свободный от радиостанций и как можно более чистый от эфирных шумов. Для СВ это будет в районе 200 м или 1500 кГц (1,5 МГц).
- Включаем калькулятор: приемник должен загудеть, захрипеть, зарычать; в общем, дать тон. Громкость не убираем!
- Если тона нет, осторожно и плавно подстраиваемся, пока не появится; это мы поймали какую-то из гармоник строб-генератора калькулятора.
- Потихоньку складываем «книжку», пока тон не ослабеет, не станет более музыкальным или вовсе не пропадет. Скорее всего это случится при развороте крышки около 90 градусов. Таким образом мы нашли положение, в котором магнитный вектор первичных импульсов ориентирован перпендикулярно оси ферритового стержня магнитной антенны и она их не принимает.
- Фиксируем крышку в найденном положении пенопластовым вкладышем и резинкой или подпорками.
Примечание: в зависимости от конструкции приемника возможен обратный вариант – для настройки на гармонику приемник кладут на включенный калькулятор, а затем, раскладывая «книжечку», добиваются смягчения или пропадания тона. В таком случае приемник будет ловить отраженные от объекта импульсы.
А что же дальше? Если вблизи раскрыва «книжки» окажется электропроводящий или ферромагнитный предмет, он станет переизлучать зондирующие импульсы, но их магнитный вектор повернется. Магнитная антенна их «почует», приемник опять даст тон. Т.е., мы уже что-то нашли.
Нечто странное напоследок
Есть сообщения еще об одном металлоискателе «для полных чайников» с калькулятором, только вместо радио нужны якобы 2 компьютерных диска, CD и DVD. Еще – пьезонаушники (именно пьезо, по уверениям авторов) и батарейка «Крона». Откровенно говоря, выглядит данное творение техномифом, вроде приснопамятной ртутной антенны. Но – чем черт не шутит. Вот вам видео:
попробуйте, если желаете, авось что-то там и отыщется, и в предметном и в научно-техническом смысле. Удачи!
В качестве приложения
Схем и конструкций металлоискателей насчитываются сотни, если не тысячи. Поэтому в приложение к материалу даем еще список моделей, кроме упомянутых в тесте, имеющих, как говорится, хождение в РФ, не чрезмерно дорогих и доступных для повторения или самосборки:
- Клон. 8 оценок, среднее: 4,88 из 5)
Чтобы повысить глубину и чувствительность металлодетектора применяйте разные катушки!
Итак, у вас уже есть металлодетектор и первый азарт поискового хобби поутих. Вы освоили прибор и встал вопрос: как же повысить его эффективность, глубину обнаружения и чувствительность? Что делать, купить более мощный металлодетектор или вообще второй прибор для разных задач? Не удивляйтесь, этим вопросом задаются все поисковики без исключения.
На различных кладоискательских форумах в основном советуют купить ту или иную новую модель взамен старого металлоискателя или второй в пару к старому. При этом, особо не обращая внимания на детектор, которым человек уже пользуется. Если у вас уже и так современный металлодетектор, например X-Terra 505, но вы хотите более эффективно искать мелкие цели, что делать? Воспользоваться советом и купить второй специфический металлоискатель для поиска мелких целей, например Tejon или XP Gold Maxx. Нет. Имея хороший детектор, не нужно приобретать второй, эффективней и дешевле оснастить его новыми катушками.
Чтобы повысить глубину и чувствительность металлодетектора применяйте разные катушки!
Чтобы повысить глубину обнаружения установите катушку большего диаметра 15-18”.
- Чтобы повысить чувствительность установите катушку высокой частоты 18,75 кГц, используйте моно катушки, установите катушку маленького диаметра 6-8”.
Как повысить глубину обнаружения.
а) установите катушку большего диаметра. Например, 15 дюймов. Сейчас такие катушки есть практически ко всем моделям металлоискателей. Большая катушка увеличивает глубину обнаружения на 10-30% в зависимости от размера цели. Приобретая катушку большого диаметра, убедитесь, что ваш детектор имеет отстройку от грунта ручную или автоматическую. Без этой функции, в зависимости от минерализации почвы, вы не получите заявленный прирост глубины, а возможно, наоборот, эффективность поиска понизится. Такой детектор желательно поменять на более современный и не тратить деньги на покупку большой катушки. При правильной замене детектора, вы уже получите искомый прирост глубины обнаружения.
Например, модель ACE250 стоимостью 12 250 руб. имеет максимальную глубина, примерно 0,5 метра. Большая 15” катушка к нему стоит 7300 руб. По заявлениям продавцов большая катушка даст прирост глубины 30%, итого 65 см., за комплект в 19 600 руб. В тоже время, современная модель X-Terra 305 стоимостью 16 900 руб имеет глубину обнаружения со штатной катушкой около 1 метра.
Для моделей серии GPX 4800 и 5000 чтобы повысить глубину обнаружения применяют катушки значительно большего диаметра 20” и даже 40” (почти метр). С такой катушкой металлодетектор превращается уже в настоящий глубинный прибор. Чем больше катушка, тем выше будет глубина обнаружения.
Чем больше диаметр катушки, тем больше глубина обнаружения, но стоит помнить, что чем глубже расположена цель, тем сложнее металлодетектору распознать тип металла.
б) Применение монокатушек так же позволяет немного повысить глубину. Сигнал этих катушек в самом центре имеет глубину обнаружения выше чем, катушки DoubleD. Но монокатушки имеют меньший захват и более чувствительны к минерализации почвы. Применять моно катушки целесообразно для добора или тщательного обследования богатых участков.
Как повысить чувствительность
а) Чувствительность – это как хорошо металлоискатель обнаруживает мелкие цели. И тут возникает противоречие, так как технически чрезвычайно сложно создать детектор, который искал бы глубоко и в тоже время мог находить мелкие цели. (Прим. автора: Я знаю только одну такую модель GPX.) Эти два критерия поиска зависят от частоты обнаружения металлодетектора. Высокая частота 18 кГц позволяет улавливать мелкие предметы размером 1-2 мм. Однако высокочастотный сигнал быстрее затухает в почве, поэтому глубина обнаружения предметов несколько меньше. Низкая частота 3 кГц хуже выявляет мелкие предметы, но при этом электромагнитные волны проникают глубже в почву, соответственно глубина обнаружения предметов становится выше. Чем ниже рабочая частота, тем глубже детектор может обнаружить цель.
Фирма Minelab выпускает профессиональные многочастотные модели X-Terra с меняющейся частотой обнаружения. В зависимости от установленной катушки меняется и частота от 3 до 18,75 кГц. Нужно искать мелкие цели - ставь высокочастотную катушку 18,75 кГц, нужно клады -3 кГц.
б) Тип катушки. Моно-катушки, имея конусообразную форму сигнала, более чувствительны к мелким целям, чем катушки DoubleD с широким лезвиеобразным сигналом.
в) Чем меньше диаметр катушки, тем лучше детектор обнаруживает мелкие цели. Самые маленькие катушки 6 дюймов.
г) Чем меньше катушка, тем лучше металлодетектор распознает тип металла.
Если ваш металлодетектор технически не устарел и имеет настройку на почву и несколько частот обнаружения, не торопитесь его менять. Небольшие дополнения к нему, позволят повысить и глубину обнаружения и чувствительность.
Рудольф Кавчик (rudolf)
Клуб «Кладоискатель и Золотодобытчик»
Металл под землей и в пресноводных водоемах, в перекрытиях зданий и в толще бетона, поможет обнаружить специализированный электронный прибор — металлоискатель.
Несложную схему по силам собрать своими руками практически любому, кто хоть раз держал в руках паяльник. Вот как она работает:
Рис.1 Структурная схема металлоискателя.
Эталонный генератор ЭГ вырабатывает синусоидальное напряжение частотой 50 кГц. Контурная катушка, определяющая частоту генерации, является датчиком Д прибора. Сигнал синусоидальной формы через разделительный конденсатор Ср поступает на кварцевый фильтр КФ.
Если частота генератора и собственная резонансная частота КФ совпадают, сигнал попадает на пороговое устройство ПУ. Оно регистрирует переменное напряжение на входе, выделяет из него постоянную составляющую и подает ее на стрелочный индикатор И.
Приближение к металлическому предмету вызывает изменение частоты ЭГ. Поскольку она теперь отличается от резонансной частоты КФ, напряжение на входе ПУ уменьшается, и стрелка отклоняется к началу шкалы на угол, пропорциональный габаритам предмета и обратно пропорционально расстоянию до него.
У нашего металлоискателя есть особенность - пороговое устройство, благодаря которому чувствительность схемы резко повышается. Вот как оно действует.
Рис.2 Форма сигнала на входе и выходе порогового устройства.
Синусоидальный сигнал, поступающий на вход ПУ, ограничивается снизу (рис. 2), и на индикаторе появляются импульсы напряжения:
Ин = Ио - Ип,
где Ио—уровень входного сигнала в состоянии покоя, Ип — задаваемое напряжение порога.
Чувствительность прибора выражается отношением:
s=DИ / Ии = DИ / (Ио-Ии),
где DИ — изменение синусоидального напряжения при расстройке ЭГ, зависящее от размеров предмета и расстояния до него. Фактически s показывает, на какую величину отклоняется стрелка индикатора при расстройке датчика-контура.
Следовательно, подбирая величину Ип, можно добиться максимального отклонения стрелки прибора при сколь угодно малом изменении Ио. Но в реальных устройствах приходится учитывать нестабильность элементов схемы и частоты эталонного генератора.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА
Эталонный генератор собран по схеме емкостной трехточки на транзисторе T1 (рис. 3). Контурная катушка L1 является датчиком прибора. Конденсаторы С3 — С6 предназначены для настройки генератора на частоту 50 кГц. 
Рис.3 Принципиальная схема металлоискателя.
Через разделительный конденсатор С7 синусоидальное напряжение с генератора поступает на кварцевый фильтр. Емкость С7 выбрана небольшой — 5 пФ. Тем самым влияние последующих каскадов на работу генератора практически исключено.
Пороговое устройство собрано на полевом транзисторе Т2. Напряжение порога Ип задается делителем R5 — R7.
Конденсатор С8 сглаживает пульсации на индикаторе ИП1. Фильтр R4, С1 осуществляет развязку по переменному току между пороговым и задающим генераторами.
КОНСТРУКЦИЯ
Прибор из двух блоков: измерительного (с датчиком) и питания. Первый включает в себя монтажную плату, индикатор, органы управления и регулировки. Датчик — жесткий кольцевой каркас, выполненный из оргстекла, на котором намотано 65 витков прохода ПЭЛ 0,2. Обмотка заключена в экран из алюминиевой фольги и залита эпоксидной смолой. Датчик связан с измерительным блоком коаксиальным кабелем РК-75.
Блок питания содержит пять серебряно-цинковых аккумуляторов. Напряжение каждого элемента 1,25В, емкость 2А-ч. Особое внимание нужно уделить рамке металлоискателя. Она должна иметь небольшой вес, быть жесткой и упругой. Иначе даже при легких ударах, неизбежных при работе с прибором в полевых условиях, частота генератора «уходит» — металлоискатель расстраивается.
Основанием рамки служит кольцевой каркас из оргстекла или полистирола d=300 мм. Обмотку экранируют алюминиевой фольгой толщиной 0,05 мм. Но соединять между собой концы экрана нельзя (образуется короткозамкнутый виток).
Выводы обмотки подключают к кабелю РК-75 длиной 0,3—1 м (с оплеткой кабеля соединяют также и экран катушки). Это место заливают эпоксидной смолой. Соединение датчика с блоком электроники неразъемное.
Металлоискатель имеет высокую чувствительность. Стрелка индикатора отклоняется на одно деление, когда рамка прибора приближается к диску d=13 см на расстояние 80 см.
Прибор практически одинаково реагирует на любой металл. Так, например, стальной, алюминиевый и латунный диски дают на равных расстояниях одинаковые отклонения стрелки. Они не зависят и от того, сплошной предмет или пустотелый.
При работе с металлоискателем необходимо учитывать фоновые помехи. Песчаный и торфяной грунты, чернозем, дерево, вода фонового сигнала не дают. Поэтому прибор хорошо действует в пресных водоемах, в деревянных зданиях и на не каменистых почвах. Сильный фон дает кирпич (обожженная глина обладает магнитными свойствами) и некоторые минералы.
На показания прибора влияют и изменения температуры. Поэтому рамку лучше поместить в футляр из теплоизолятора, например пенопласта.
Для работы под водой металлоискатель сначала надо подержать 10—15 минут в воде и после этого настроить.
На земле поиски лучше проводить в пасмурную погоду или вечером, чтобы избежать попадания на прибор прямых солнечных лучей.
Схема данного металлодетектора простая, из активных элементов одна микросхема, транзистор и несколько диодов. Несмотря на простоту схемы металлодетектор, способен среагировать на приближение медной монеты (диаметром 2,5 см) к катушке на расстоянии около 10 см, а крупные предметы из цветных металлов, на расстоянии более 1 метра!
Из за малого количества деталей у прибора очень малое потребление энергии (около 5 мА от батарейки 9В «Крона»), простоту настройки и отсутствие проблем с какими-либо наводками.
Принципиальная схема простого металлодетектора
Его чувствительным элементом является колебательный контур генератора, собранного по классической схеме на транзисторе VТ1. При этом с помощью резистора R1, от которого зависит глубина обратной связи, генератор установлен в особый режим, очень чувствительный к добротности колебательного контура. Последняя, в свою очередь, зависит от среды, в которой находится контур.
Глубина возбуждения генератора определяет постоянное напряжение в точке «А».
Поскольку это напряжение зависит не от частоты, а лишь от глубины возбуждения генератора, это, к сожалению, не дает возможности дифференцировать обнаруживаемые металлы по их магнитным свойствам, но благодаря этому к катушке не предъявляется высоких требований по жесткости и другим параметрам для достижения требуемой чувствительности.
Постоянное напряжение, снимаемое с точки «А», через экранированный провод (любой марки) поступает на двухкаскадный усилитель, собранный на двух ОУ, входящих в состав микросхемы DA1.
Конденсатор С4 желательно подключить не к общему проводу, а именно так, как показано на схеме — к плюсу питания для исключения положительной обратной связи.
Диоды VD1 и VD2 — кремниевые, с малым обратным током. Они необходимы для быстрого восстановления режимов усилителя при обнаружении больших металлических предметов.
На ОУ DA1.3 собран генератор звуковой частоты, возбуждение которого происходит при уменьшении разности потенциалов на инвертирующем и неинвертирующем входах.
С помощью диодов VD3 и VD4 напряжение на входах ограничивается, и достигается эффект управления частотой. Это весьма полезное свойство, т. к. при наличии некоторого навыка изменение частоты помогает не только определить местонахождение предмета, но и оценить его величину. Диоды VD3 и VD4 должны иметь минимальное падение напряжения в прямом включении (например, можно использовать КД419).
На элементе DA1.4 собран инвертор, служащий для увеличения громкости звучания пьезоизлучателя.
Настройка генератора
Настройка генератора производится следующим образом. Вместо постоянного резистора R1 устанавливается переменный резистор сопротивлением 10 кОм, и движок его выводится в положение, соответствующее максимальному сопротивлению.
При уменьшении его сопротивления напряжение в точке «А» тоже будет уменьшаться, как показано на рис. слева. В какой-то момент оно прекратит уменьшаться и начнет увеличиваться. Необходимо зафиксировать момент, когда напряжение в точке «А» станет минимальным, измерить соответствующее ему сопротивление переменного резистора и обязательно заменить его на постоянный с тем же сопротивлением.
Генератор располагается на отдельной маленькой плате в непосредственной близости с катушкой. Все детали генератора должны быть прецизионными.
Транзистор может быть практически любым структуры p–n–p, даже германиевым с малым усилением.
Конденсатор С1 желательно будет подобрать с емкостью в пределах 5–20 нФ (502 — 203) по максимальной чувствительности контура. Иногда хороший результат бывает при подключении С1 не к обмотке II, которая является базовой, а к общему проводу. Конденсаторы С1 и С2 желательно пленочные с малым ТКЕ.
Катушка контура имеет диаметр 14–16 см, на ней намотано 260 витков провода диаметром 0,2–0,5 мм в лаковой изоляции с отводом от сто шестидесятого витка. Если катушка собрана добросовестно, то чувствительность прибора окажется заметно выше (до 15–20 см для монеты).
Очень простым и достаточно жестким получается каркас катушки изготовленный из трех кружков гофрированного картона. Средний кружок должен быть несколько меньшего диаметра, чем крайние. Кроме жесткости, гофрированный картон обладает неплохими теплоизоляционными свойствами, что можно использовать для повышения стабильности работы устройства.
Так, если генератор собран на чип-элементах (смд), его можно легко разместить между слоями картона, что резко снизит воздействие на него перепадов и изменений температуры. Экранировать или теплоизолировать остальную часть устройства не обязательно.
Устройство должно питаться от стабилизированного источника. Один из вариант стабилизатора приведен на рис. выше. В качестве стабилизатора можно использовать импортную микросхему L7808 со стабилизацией на 8 В или отечественный аналог.
Вариант Печатной платы со стороны дорожек.
П О П У Л Я Р Н О Е:
Набор радиодеталей и печатная плата для самостоятельной сборки импульсного металлоискателя «ПИРАТ»
Металлоискатель ПИРАТ — один из популярных простых импульсных металлоискателей с хорошей чувствительностью. Его может собрать даже начинающий радиолюбитель.
Если всё спаяно правильно, катушка сделана без ошибок, детали все исправные — то схема начинает работать сразу. Из основных настроек только один переменный резистор.
МАЛОГАБАРИТНЫЙ СИГНАЛИЗАТОР РАДИАЦИОННОЙ ОПАСНОСТИ СО СВЕТОВОЙ ИНДИКАЦИЕЙ.
Прибор реагирует на изменение ионизирующего излучения в окружающем человека
пространстве путем увеличения или уменьшения числа световых вспышек в единицу времени, например в минуту. Он чувствителен к космическому радиационному фону, предупреждает человека об изменении радиационной обстановки в данной местности и может найти применение, например в качестве индикатора уровня концентрации радиоактивных элементов, содержащихся в материалах. Может быть полезен геологам, командирам штабов гражданской обороны, обслуживающему персоналу в радиологических учреждениях, при производстве работ, связанных с неразрушающим контролем качества материалов при помощи источников ионизирующего излучения в условиях повышенного шума, когда звуковые сигнализаторы малоэффективны. Полезен и тем, кто занимается изучением и охраной природы.
Принцип работы кондиционера
Сплит-система (кондиционер) есть сейчас почти в каждом доме. Давайте разберемся — как же работает сплит-система (кондиционер)?
Металлоискатель представляет собой относительно простое устройство, электронная схема которого обеспечивает хорошую чувствительность и стабильность работы.
Отличительной особенностью такого устройства является его низкая рабочая частота. Катушки индуктивности металлоискателя работают на частоте 3 кГц. Это обеспечивает:
- с одной стороны, слабую реакцию на нежелательные сигналы (например, сигналы, возникающие при наличии мокрого песка, мелких кусочков металла и т. д.);
- с другой стороны, хорошую чувствительность при поиске скрытых водопроводных труб и трасс центрального отопления, монет и других металлических предметов.
Генератор металлоискателя возбуждает колебания в передающей катушке на частоте около 3 кГц, создавая в ней переменное магнитное поле. Приемная катушка расположена перпендикулярно передающей катушке таким образом, что проходящие через нее магнитные силовые линии создадут малую ЭДС. На выходе приемной катушки сигнал либо отсутствует, либо очень мал.
Металлический предмет, попадая в поле катушки, изменяет значение индуктивности. При этом на выходе появляется электрический сигнал, который затем усиливается, выпрямляется и фильтруется.
Таким образом, на выходе системы имеется сигнал постоянного напряжения, значение которого слегка возрастает при приближении катушки к металлическому предмету.
Этот сигнал поступает на один из входов схемы сравнения, где сравнивается с опорным напряжением, которое прикладывается к его второму входу. Уровень опорного напряжения отрегулирован таким образом, что даже небольшое увеличение напряжения сигнала приводит к изменению состояния на выходе схемы сравнения.
Это, в свою очередь, приводит в действие электронный переключатель. В результате этого процесса на выходные усилительные каскады поступает звуковой сигнал, оповещающий оператора о присутствии металлического предмета.
Принципиальная электрическая схема металлоискателя представлена на рис. 3.38.
Передатчик, состоящий из транзистора VT1 и связанных с ним элементов, возбуждает колебания в катушке L1. Сигналы, поступающие на катушку L2, затем усиливаются микросхемой D1 и выпрямляются микросхемой D2, включенной по схеме амплитудного детектора.
Сигнал с детектора поступает на конденсатор С9 и сглаживается фильтром низких частот, который состоит из резисторов R14, R15 и конденсаторов С10 и С11.
Затем сигнал поступает на вход схемы сравнения D3, где сравнивается с опорным напряжением, устанавливаемым переменными резисторами RP3 и RP4. Переменный резистор RP4 служит для быстрой и грубой настройки, a RP3 обеспечивает точную регулировку опорного напряжения.
Рис. 3.38. Принципиальная схема металлоискателя с низкой рабочей частотой.
Генератор, собранный на транзисторе с одним переходом VT2, работает в непрерывном режиме. Однако сигнал, вырабатываемый им, поступает на базу транзистора VT4 только тогда, когда закроется транзистор ѴТЗ. Ведь находясь в открытом состоянии, этот транзистор шунтирует выход генератора.
При поступлении сигнала на вход микросхемы D3 напряжение на ее выходе уменьшается, закрывается транзистор ѴТЗ, и сигнал от транзистора ѴТ2 через транзистор ѴТ4 и регулятор громкости RP5 поступает на выходной каскад и громкоговоритель.
В схеме используется два источника питания, что устраняет возможность возникновения любой обратной связи выхода схемы к ее чувствительному входу.
Основная схема питается от батареи напряжением 18 В, которое с помощью микросхемы D4 понижается до стабильного напряжения 12 В. При этом снижение напряжения батареи во время работы схемы не вызывает изменения настройки прибора.
Выходные каскады питаются от отдельного источника питания напряжением 9 В. Требования по потреблению мощности довольно низкие, поэтому для питания устройства можно использовать три аккумуляторные батареи. Батарея питания выходного каскада не требует специального выключателя, так как в отсутствие сигнала выходной каскад практически не потребляет тока.
Прежде всего в полосках нужно сделать 64 разреза и высверлить три установочных отверстия.
Затем на обратной стороне платы необходимо установить:
- 20 перемычек;
- штыри для внешних соединений;
- два штыря для конденсатора С5.
Затем можно установить конденсаторы С16, СЛ7 и микросхему D4. Эти элементы образуют источник питания с напряжением 12 В.
Проверка этого каскада осуществляется путем временного подключения батареи напряжением 18 В. При этом напряжение на конденсаторе С16 должно составлять 12 ±0,5 В.
После этого можно перейти к монтажу элементов выходного каскада: — резисторов R23—R26;
- конденсаторов С14 и С15;
- транзисторов VT4—VT6.
Корпус транзистора VT6 соединен с его коллектором, поэтому контакт корпуса с соседними элементами и перемычками недопустим.
Так как выходной каскад при отсутствии сигнала не потребляет тока, его достаточно проверить временным подсоединением громкоговорителя, переменного резистора RP5 и батареи напряжением 9 В.
Затем нужно установить резисторы R20—R22 и транзистор VT2, образующие генератор звуковых сигналов.
Рис. 3.39. Печатная плата и расположение элементов.
При подключении двух источников питания в динамике прослушивается звуковой фон, меняющийся с изменением положения ручки регулятора громкости.
После этого на плате необходимо смонтировать резисторы R16—R19, конденсатор С12, транзистор ѴТЗ и микросхему D3.
Работа схемы сравнения проверяется следующим образом. К измерительному входу D3 нужно подключить переменные резисторы RP3 и RP4. Этот вход образуется с помощью двух резисторов сопротивлением 10 кОм, один из которых подключается к положительной шине питания +12 В, а другой — к нулевой шине.
Вторые выводы резисторов подсоединить к выводу 2 микросхемы D3. Перемычка от этого вывода служит временной точкой соединения.
При грубой настройке (включены обе батареи), которая осуществляется переменным резистором RP4, в определенном его положении происходит срыв звукового сигнала, в то время как при точной настройке переменным резистором RP3 должно осуществляться плавное изменение сигнала вблизи этого положения.
При выполнении этих условий можно приступить к установке резисторов R6—R15, конденсаторов С6—С11, диода VD3 и микросхем D1 и D2.
Включив источник питания, сначала нужно проверить наличие сигнала на выходе микросхемы D1 (вывод 6). Он не должен превышать половины значения источника питания (приблизительно 6 В).
Напряжение на конденсаторе С9 не должно отличаться от напряжения выходного сигнала этой микросхемы, хотя наводки от сети переменного тока могут вызвать небольшое увеличение этого напряжения.
Касание пальцем входа микросхемы (основания конденсатора С6) вызывает увеличение напряжения из-за повышения уровня шумов.
Если регуляторы настройки находятся в положении, при котором звуковой сигнал отсутствует, касание пальцем конденсатора Сб приводит к появлению и исчезновению звукового сигнала.
На этом предварительная проверка работоспособности каскадов заканчивается.
Окончательная проверка и настройка металлоискателя проводятся после изготовления катушек индуктивности. После предварительной проверки каскадов схемы на плате можно установить остальные элементы, за исключением конденсатора С5.
Переменный резистор RP2 временно установить в среднее положение. Плату прикрепить к L-образному алюминиевому шасси через пластмассовые шайбы (для устранения возможности короткого замыкания) с помощью трех винтов.
Шасси закрепляется в корпусе пульта управления двумя болтами, удерживающими два зажима, которые предназначены для крепления корпуса пульта к штанге искателя.
Боковая сторона шасси обеспечивает фиксацию источников питания в корпусе.
При сборке пульта следует убедиться, что выводы переключателя на обратной стороне переменного резистора RP5 не касаются элементов платы.
После высверливания прямоугольного отверстия приклеить динамик. Штанга и соединительные части, образующие держатель головки искателя можно изготавить из пластмассовых трубок диаметром 19 мм.
Сама головка искателя представляет собой тарелку диаметром 25 см, изготовленную из прочной пластмассы. Внутренняя ее часть должна быть тщательно зачищена наждачной бумагой, что обеспечивает хорошее склеивание с эпоксидной смолой.
Изготовление передающей катушки. Основные характеристики металлоискателя во многом зависят от применяемых катушек, поэтому их изготовление требует особого отношения.
Катушки, имеющие одинаковую форму и размеры, следует наматывать па D-образный контур, который создается из штырей, закрепленных па подходящем куске платы. Каждая катушка должна состоять из 180 витков эмалированного медного провода 0,27 мм с отводом от 90-го витка.
Рис, 3.40. Катушки металлоискателя: а — способ намотки катушек; 6—схемамонтажа готовых катушек.
Прежде чем снять катушки со штырей, их в нескольких местах нужно перевязать, как показано на рис. 3.40, а.
Затем каждую катушку нужно обмотать прочной нитью, чтобы витки плотно прилегали друг к другу. На этом изготовление передающей катушки заканчивается.
Изготовление приемной катушки. Приемная катушка должна быть снабжена экраном. Экранирование катушки обеспечивается следующим образом. Сначала ее нужно обмотать проволокой, а затем обернуть слоем алюминиевой фольги, которую снова нужно обмотать проволокой.
Такая двойная обмотка гарантирует хороший контакт с алюминиевой фольгой. В обмотках проволоки и в фольге должен быть предусмотрен небольшой разрыв или зазор, как показано на рис. 3.40, 6, препятствующий образованию замкнутого витка по окружности катушки.
Изготовленные таким образом катушки нужно закрепить с помощью зажимов по краям пластмассовой тарелки и подсоединить к блоку управления при помощи четырехжильного экранированного кабеля.
Два центральных отвода и экран приемной катушки подсоединить к нулевой шине через экранирующие провода.
Если включить металлоискатель и радиоприемник, расположенный недалеко от катушки, можно услышать высокотональный свист (на частоте металлоискателя), обусловленный наводкой звукового сигнала в радиоприемнике. Это указывает на исправность генератора металлоискателя.
В данном случае не важно, на какой диапазон настроен радиоприемник, поэтому для проверки вместо него можно использовать любой кассетный магнитофон.
Место рабочего положения катушек определяется:
- либо по выходному сигналу металлоискателя, который должен быть минимальным;
- либо ио показаниям поискового прибора (вольтметра), подключенного непосредственно к конденсатору С9.
Второй вариант для подгонки катушек значительно проще.
Напряжение на конденсаторе должно составлять приблизительно 6 В. После этого внешние части катушек можно приклеивать эпоксидной смолой, а внутренние, проходящие через центр, нужно оствать незакрепленными, что позволяет провести окончательную настройку.
Окончательная настройка состоит в установке незакрепленных частей катушек в такое положение, при котором предметы из цветного металла, например, монеты, вызывают быстрое увеличение выходного сигнала, а остальные предметы — его незначительное уменьшение.
Если требуемый результат не достигается, необходимо поменять местами концы одной из катушек.
Следует помнить, что окончательная настройка или подгонка катушек должна проводиться при отсутствии металлических предметов.
После установки и прочного закрепления катушки нужно покрыть слоем эпоксидной смолы, затем на них наложить стеклоткань и все это загерметизировать эпоксидной смолой.
После изготовления головки искателя следует провести такие действия:
- в схему встроить конденсатор С5;
- переменный резистор RP1 установить в среднее положение;
- переменный резистор RP2 настроить на минимум выходного сигнала.
При этом по одну сторону среднего положения переменный резистор RP1 обеспечивает распознавание стальных предметов, а по другую сторону — предметов из цветного металла.
При каждом изменении номинального значения сопротивления переменного резистора RP1 необходимо проводить повторную настройку устройства.
На практике металлоискатель представляет собой легкое, хорошо сбалансированное, чувствительное устройство. В течении первых нескольких минут после включения устройства может быть разбаланс нулевого уровня, однако через некоторое время он исчезает или становится незначительным.