Радиосхемы бытового применения
Сомов М.П.
Радиоконструктор, 2000 год, №10 , стр 34- 35
Прежде всего хотелось-бы развеять предвзятое мнение окружающих к человеку с металлоискателем в руке. В глазах многих такие люди могут выглядеть и нелепо (вот, дескать, человек клад пытается найти!), а у некоторых и того хуже- человек ассоциируется с "черными копателями" или "осквернителями могил"...
На самом же деле у большинства "искателей кладов" задачи куда чем более приземленные- это или коллекционеры пытающиеся найти какой-нибудь артифакт на развалинах старинного здания или, еще чаще, просто обыкновенный металлолом с целью немного подзаработать в наше нелегкое время...
Как правило большинство металлоискателей построены по одному принципу- два генератора: один с опорной частотой и поисковый. Частота поискового генератора меняется от внешнего воздействия- при приближении поисковой внешней катушки к металлическому предмету.
Частоты генераторов устанавливаются примерно одинаковыми (как правило около 100 кГц). Небольшую расстройку поискового генератора, которая необходима для работы устройства, производят при помощи переменного конденсатора или варикапа.
Срабатывание устройства возникает при несовпадении частот этих двух генераторов- то есть при одинаковой частоте устройство будет молчать. При разнице в частотах хотя- бы в 10 Гц, на устройстве сравнения возникают биения с этой частотою, которые и запускают звуковую сигнализацию детектора. Таким образом чем больше разница между двумя генераторами, тем и сигнал будет сильнее.
Увеличить чувствительность металлоискателя при таком построении схемы можно если увеличить частоту опорного генератора в 10 раз по сравнению с поисковым.
Таким образом возникают биения между колебаниями опорного генератора и 10-й гармоникой колебаний поискового генератора. В результате изменение частоты поискового генератора хотя-бы на 10 Гц даст увеличение частоты разностных пульсаций на 100 Гц, а это уже более заметно.
Применив этот принцип удалось создать металодетектор способный обнаружить копеечную монету на глубине в 100 мм, а более крупный предмет- на глубине 0,6- 0,7 метра. Схема данного металодетектора представлена на рисунке
Как видим опорный генератор (а собран он на элементах D2.1, D2.2 и D2.3) здесь работает на довольно высокой частоте: в его частотозадающей цепи пришлось применить даже кварцевый резонатор.
Поисковый генератор собран на элементах D1.1- D1.3. В его частотозадающей цепи включена поисковая катушка L1. Расстройка частоты поискового генератора выполнена на варикапе VD1- изменения параметров происходят за счет регулировки напряжения переменным резистором R3.
Поисковая катушка изготавливается на каркасе внешним диаметром в 200 мм. Толщина ребра катушки- 15 мм. Мотается проводом ПЭЛШО- 0,27 в количестве 50 витков. При отсутствие данного провода можно применить ПЭЛ-0,27...0,35.
Поверх обмотки наматывается экранирующая фольга, но таким образом чтобы витки фольги не прикасались друг с другом- то есть намотку ведут с шагом 1...5 мм.
После чего поверх наматывается слой изоленты.
Готовую катушку желательно разместить на каркасе для придания ей жесткости. Для этого можно использовать любое диэлектрическое кольцо внешним диаметром 200- 250 мм.
Если Вам интересны подробности и описание устройства- Вы можете прочесть это в журнале-источнике скачав его в нашей бесплатной библиотеке.
Предлагаю схему металлоискателя на биениях. Суть технического решения заключается в том, что поисковый генератор работает на низкой частоте F п (порядка десятков килогерц), а опорный генератор - на высокой частоте F 0 (порядка мегагерц) и стабилизирован кварцем. Цепи питания всех узлов схемы развязаны RC-фильтрами. Выделение частоты биений производится фазовым детектором на D-триггере.
Что это даёт?
1. Низкая частота поисковой катушки обеспечивает уменьшение влияния слабо проводящих сред (сырой земли, цемента). Влияние проводящих сред резко возрастает с увеличением поисковой частоты, что ограничивает чувствительность металлоискателя.
2. Высокая опорная частота позволяет достичь высокой чувствительности металлоискателя, поскольку при этом небольшие относительные изменения поисковой частоты вызывают большие изменения частоты биений. Опорная частота стабилизирована, и это позволяет примерно вдвое поднять чувствительность.
3. Хорошая развязка цепей питания в достаточной степени ослабляет взаимную синхронизацию генераторов, как непосредственно, так и через фазовый детектор. Более того, по той же причине не рекомендуется использовать свободные логические элементы микросхем в других частях схемы, поэтому они соединены между собой (DD1.3 и DD1.4, DD2.3 и DD2.4, DD3.2), но выходы незадействованы.
4. Применение D-триггера в качестве детектора позволяет выделять биения при любых целочисленных соотношениях опорной и поисковой частот, а амплитуда выделенного сигнала определяется только логическими уровнями.
Формула для частоты биений F б проста:
F б = F 0 -NF n , F п где F 0 - опорная частота; F п - поисковая частота; N - целая часть величины отклонения частоты, т.е. N = int(F 0 /F п). В схеме я применил Частоты можно применить любые другие, исходя из того, какие чувствительность и стабильность требуются, и какой кварц есть под рукой. На DD1.1 собран поисковый LC-гeнератор. В нём L1 - поисковая катушка. На DD2.1 собран опорный кварцевый генератор. DD3.1 - фазовый детектор. Опорный сигнал стробируется поисковым сигналом по С-входу. Выделенный НЧ-сигнал через фильтр C6-R4 подаётся на головные телефоны или пьезодинамик. Конденсатором С1 устанавливается исходная частота биений (выше или ниже нулевых биений - как удобнее для поиска). Конденсаторы С2, С4 подбираются при настройке генератора поисковой частоты, а С3, С5 подбираются под частоту применённого кварцевого резонатора. Микросхемы DD1, DD2 - типа К561ЛА7 (ЛЕ5). DD3 - К561ТМ2 (или аналогичные). Поисковая катушка может иметь произвольный диаметр - в зависимости от размеров предметов поиска. Она должна быть экранирована немагнитным материалом, причём экран не должен образовывать короткозамкнутый виток в плоскости катушки. Я применил катушку диаметром 55 мм и высотой 10 мм, намотанную на незамкнутом цилиндре из медной фольги. Её индуктивность - 4,5 мГн. Ориентировочно, чувствительность металлоискателя при указанных частотах такова, что позволяет обнаружить диамагнитный предмет диаметром, равным четверти диаметра катушки, на расстоянии полтора...два диаметра от катушки. Схема качественного и чувствительного металлоискателя своими руками с фото
Предлагаемый к сборке металлоискатель является разработкой Юрия Колоколова и Андрея Щедрина. Данный прибор выпускается серийно фирмой Мастер КИТ в виде электронного набора для самостоятельной сборки, но так как для многих начинающих радиолюбителей такие наборы недоступны в силу своей дороговизны или невозможности доставки мы предлагаем собрать этот металлоискатель самостоятельно, основываясь на печатной плате и доработках DesAlex"а
- одного из авторитетных авторов в этой области.
Схема метеллоискателя:
Принцип действия приборов данного типа основан на возбуждении в металлическом объекте импульсных вихревых токов и измерении вторичного электромагнитного поля, которое наводят эти токи.
Сигнал возбуждения передается
в передающую катушку датчика не постоянно, а периодически, в виде импульсов. В проводящих (металлических) объектах наводятся затухающие вихревые токи, которые возбуждают затухающее электромагнитное поле.
Это поле, в свою очередь, наводит в приемной катушке датчика затухающий ток, который и регистрируется приемной частью схемы с последующей индикацией - световой и звуковой. В зависимости от проводящих свойств и размера объекта, сигнал меняет свою форму и длительность. Приборы данного типа имеют свои достоинства и недостатки-малая чуствительность к минерализованному грунту и соленой воде, но при этом плохая селективность по типу металла и большое токопотребление.
Краткие технические характеристики данного металлоискателя:
-чуствительность 18-20см
на монету диаметром 25мм и до 100-150см на крупные металлические объекты В виде датчика
или иначе сказать кольцо может быть обычное кольцо в диаметре 20см как на фотографии первой данной статьи, так же это может быть и более широкий датчик.
Или же обьемный
Самый простейший датчик довольно прост в изготовлении. Основа его - катушка из 27 витков одножильного провода в эмалевой изоляции диаметром 0,5-0,8мм намотанная на оправке диаметром 18-25см.
В заключении хочется сказать, что хоть информация о приборе давно удалена с сайта авторов, но он до сих пор пользуется заслуженной популярностью у радиолюбителей и поисковиков как надежный и безотказный помощник.
Особых проблем при самостоятельной сборке в принципе не возникает, даже если это ваше первое устройство с применением МК. Методику настройки почитайте в обсуждении на специальной ветке форума, посвящённой Tracker PI-2. Автор статьи: Электродыч.
Прошивку в формате hex можете скачать по ссылке
Смотрите также еще схемы металлоискателей, о которых писал в
На основе двух взаимосвязанных осцилляторов. Один осциллятор в такой схеме будет являться фиксированным, а другой будет от него зависим и его частота будет меняться в зависимости от того, есть поблизости металлические предметы или нет. В связи с тем, что частота биений осцилляторов составляет менее 100 кГц, эти биения можно услышать в наушниках или динамике. Соответственно если под катушкой будет металлический предмет, звук будет меняться. Все типы металлов по разному меняют частоту, они могут ее поднимать или опускать. Материалы и инструменты для самоделки :
Из инструментов:
Процесс изготовления металлоискателя:
Шаг первый. Изготавливаем печатную плату
Первым делом нужно будет скачать дизайн платы: Далее плату нужно распечатать и протравить на медной плате. Автор для таких целей использовал лазерный принтер, где затем тонер переводится на плату с помощью утюга. В итоге тонер при травлении работает как маска, защищая дорожки металла. Ну и в заключении этого шага нужно впаять шесть резисторов по 10 кОм. Такой резистор имеет цветовую маркировку - коричневый, черный, оранжевый, золотой. Передающая
Каждый провод нужно будет протянуть через перпендикулярное отверстие, а затем один из концов через внутреннее продольное. Когда катушка будет полностью намотана, обмотку нужно зафиксировать изолентой. Также важно не забыть, что провод покрыт лаком и это покрытие нужно снять перед дальнейшей сборкой. Его можно обжечь или счистить наждачкой. Приемная
Рукоятку к держателю нужно крепить деревом или другими материалами не из металла, иначе металодетектор будет все время показывать наличие металла. Данный металлоискатель является усовершенствованным вариантом металлоискателя, основанного на сравнении частот двух генераторов, один из которых опорный, а второй поисковый — изменяет частоту своих колебаний при приближении к металлическим предметам. Устройство может «различать» цветные и черные металлы. Опорный генератор собран на элементе DD1.1, а поисковый — на элементах DD2.1 и DD2.2. Частота колебаний опорного генератора, определяемая данными его контурной катушки L1 и конденсаторов С1 и С2, и при указанных номиналах составляет 100 кГц (рис. 1). Частота поискового генератора, колебательный контур которого образуют выносная катушка L2 и конденсаторы СЗ—С5, близка к частоте опорного генератора. Ее плавно изменяют конденсатором переменной емкости СЗ в пределах одного-двух килогерц. Элемент DD1.2 выполняет функцию каскада, служащего для развязки между генераторами по переменному напряжению. Микросхемы DD1 и DD2 металлоискателя питаются от источника постоянного тока GB1 через развязывающие фильтры R6C8 и R7C9. Элемент DD3.1 — смеситель сигналов генераторов. На его выходе формируются колебания с суммарными и разностными частотами генераторов и их гармоник. Для выделения сигналов разностной, т. е. звуковой частоты предназначен фильтр низких частот (НЧ) R3C6. Такое схемотехническое построение металлоискателя позволяет получить биения генераторов частотой в несколько герц. Чтобы обеспечить прослушивание сигналов столь низких частот на головные телефоны использовано преобразование синусоидального, а точнее — треугольного сигнала в короткие импульсы с удвоенной частотой следования. Достигается это с помощью компаратора напряжения, собранного на элементах DD3.2 — DD3.4. Рис. 1. Принципиальная схема металлоискатель повышенной чувствительности на трех микросхемах K561ЛE5. За один период частоты биений компаратор дважды переключается из одного логического состояния в другое. Формируемые им прямоугольные импульсы дифференции-руюгся цепью C7R8. Поэтому на телефоны, подключенные к разъему Х2, поступают короткие импульсы напряжения и громкость звукового сигнала мало зависит от его частоты. В телефонах, которые могут быть как высокоомными, так и низкоомными, слышатся «щелчки». Громкость их регулируют переменным резистором R8 (он совмещен с выключателем питания SA1). Все детали, кроме разъемов и контурной катушки поискового генератора, нужно разместить на печатной плате из двустороннего фольгированного материала (рис. 2). Монтаж односторонний — со стороны печатных проводников. Фольга другой стороны, которую по краям платы соединяется с общим проводом питания, выполняет роль экрана. Монтажную плату и источник питания (батарея «Корунд») лучше разместить в металлическом корпусе подходящих размеров, например, спаянном из пластин фольгированного текстолита. Если корпусом будет служить пластмассовая коробка, то по краям платы, а также в местах, обозначенных на рис. 1 штриховыми линиями, надо припаять вертикально полоски медной фольги шириной 7—10 мм. Микросхемы K561ЛE5 можно заменить на K176ЛE5, К176ЛА7, К561ЛА7. Конденсатор СЗ — КП-180 или другой, с максимальной емкостью 180—240 пФ. Конденсаторы С8—С10 — оксидные К50-6 или серий К52, К53, остальные—КМ, КЛС. Рис 2. Печатная плата для металлоискателя повышенной чувствительности на микросхемах K561ЛE5. Резистор R8 — СПЗ-Зв, остальные — ВС, MЛT. Разъемы X1 и Х2 — любые малогабаритные. Для повышения термостабильности конденсаторы С1, С2, С4 и С5 надо использовать с ТКЕ не хуже MI500. Катушка L1, содержащая 300 витков провода ПЭВ-2 0,08, должна быть намотана на каркасе контура ПЧ радиоприемника «Альпинист-407». Выносную катушку L2 поискового генератора (рис. 3) рекомендуется выполнить в такой последовательности: Рис. 3. Выносная катушка поискового генератора металлоискателя. Налаживание металлоискателя следует начинать с настройки опорного генератора и проверки работоспособности компаратора напряжения. Для этого ротор конденсатора С3 установить в положение средней емкости и подстроечником катушки L1 изменять частоту опорного генератора до появления в телефоне звукового сигнала. Затем этим же подстроечником следует добиться «нулевых биений» — «щелчков» в телефоне, следующих с частотой в несколько герц. Бывает, что достигнуть этого не удается. Причиной тому могут быть неполадки в компараторе. В таком случае надо проверить работоспособность остальной части устройства — к выходу элемента DD3.1 подключить высокоомный телефон (на пример, ТОН-2) и тем же подстроечником катушки L1 добиться звукового сигнала. В противном случае придется искать ошибку в монтаже генераторов или неисправные детали. Настройка компаратора заключается в подборе резистора R9, показанного на рис. 1 штриховыми линиями. Его сопротивление может быть в пределах 300 кОм...1 МОм. Если на выходе компаратора (выводы 10, 11 микросхемы DD3) напряжение высокого уровня, то этот резистор включают между выводами 5 и 6 элемента DD3.2 и общим проводом. После настройки опорного генератора подстроечник катушки L1 необходимо зафиксировать в каркасе каплей клея. Для удобства работы с металлоискателем его выносную катушку лучше всего снабдить деревянной или пластмассовой ручкой. Можно, кроме того, сделать несколько выносных катушек разного диаметра.
F0 = 1000 кГц;
Fп = 50 кГц+11 кГц;
-питание от 9 до 15 вольт, при токопотреблении до 100мА
-очень простой датчик, не требующий никаких специфических настроек Приступая к сборке прибора, прежде всего изготавливаем печатную плату прошивка и рисунок платы от DesAlex"а в формате LAY находится в архиве). Вторым важным этапом при сборке является прошивка микроконтроллера ATtiny2313, который является аналогом устаревшего AT90S2313, снятого с производства. Сделать это можно с помощью простого программатора при посредстве программы PonyProg. При прошивке микроконтроллера фьюз биты нужно выставить следующим образом: поставить галочки в окошечках SUT 1, CKSEL 1, CKSEL 0 - в остальных окошечках галочки не ставить. Дальнейшая сборка прибора производится согласно схемы. Настройка схемы также не вызывает затруднений-достаточно выставить максимальную чуствительность резистором R7, учитывая при этом воздействие грунта и ложные сработки при внешних помехах. Прибор может работать с несколькими датчиками различных конструкций.
- односторонняя медная многослойная печатная плата размерами 114,3 мм х 155,6 мм;
- пять конденсаторов 0.1μF;
- пять конденсаторов 0.01μF;
- два электролитических конденсатора 220μF;
- провод типа ПЭЛ диаметром 0.4 мм;
- разъем под наушники и наушники;
- батарея на 9В;
- разъем для установки батареи;
- переключатель;
- шесть транзисторов типа NPN, 2N3904;
- провод типа 22 AWG или сечением - 0,3250 мм 2 для подключения датчика;
- проводной динамик;
- небольшой динамик 8 Ом;
- резьбовая ПВХ труба диаметром 1/2;
- деревянный дюбель размером 1/4;
- деревянный дюбель 3/4′;
- деревянный дюбель 1/2′;
- эпоксидка;
- фанера 1/4′;
- столярный клей.
- сверло размера 3/4″ для резки отверстий;
- дрель со сверлами;
- электрический утюг;
- ножовка;
- лазерный принтер;
- осциллограф или мультиметер с частотомером;
- наждачка и другое.
Шаг второй. Сборка. Установка транзисторов и электролитических конденсаторов
Автор начал сборку схемы с установки транзисторов и электролитических конденсаторов. Сперва нужно припаять шесть NPN транзисторов. Тут важно не перепутать и проследить, чтобы ножки транзистора были на своих местах. Базовая ножка находится почти всегда посередине. Впоследствии нужно припаять два конденсатора электролитического типа емкостью в 220μF. 
Шаг третий. Полиэфирные конденсаторы и резисторы
На следующем шаге идет установка резисторов и полиэфирных конденсаторов. Всего нужно впаять пять полиэфирных конденсаторов емкостью 0.1μF в местах, указанных на картинке. Потом можно впаять еще 5 конденсаторов емкостью 0.01μF. В связи с тем, что полиэфирные конденсаторы не имеют полярности, их можно впаивать как угодно. 
Шаг четвертый. Завершающий этап сборки схемы
Наполнение схемы электронными элементами подходит к завершению. На этом этапе нужно установить один резистор на 2.2 мОм (маркировка - красный, красный, зеленый, золотой) и два на 39 кОм (маркировка - оранжевый, белый, оранжевый, золотой). Ну а теперь осталось впаять последний резистор на 1 кОм, он имеет маркировку - коричневый, черный, красный, золото. 
В заключении сборки платы к ней припаиваются все необходимые провода. Для простоты лучше всего использовать провода разного цвета. Для питания использовалась пара красный/черный, для аудио-выхода пара зеленого цвета, для эталонной катушки черные, а для катушки-детектора желтые. 
Шаг пятый. Собираем катушки
Всего катушки в металлоискателе две, начать сборку нужно с эталонной катушки. Для этих целей понадобится провод толщиной 0.4 мм. Для основы понадобится кусок дюбеля около 13 мм в диаметре и 50 мм в длину. В дюбеле нужно будет проделать три отверстия, одно во всю длину, а два другие по краям поперек. Через эти отверстия будет проходить провод.
Теперь можно наматывать провод. Его нужно намотать столько, сколько влезет на дюбель в один слой. На каждом конце нужно оставить запас древесины по 3-4 мм. По мнению автора, правильно намотать провод, оборачивая его вокруг дюбеля, не выйдет. Нужно держать провод в руке, а дюбель вращать, так провод максимально ровно ляжет на дюбель.
Для поисковой катушки будет нужна фанера толщиной 6-7 мм, из такой фанеры делается основа, корпус для будущей катушки. Изготовив основу, нужно намотать в паз 10 витков провода сечением 0.4 мм. У автора диаметр катушки составляет 152 мм. Принципиальная схема
Детали и конструкция металлоискателя
Налаживание прибора
Загрузка...
