Цифровая электроника
Опубликовано: 27.08.2018
Для поиска металлических предметов, скрытых в земле, кирпичной стене, под снегом, можно использовать прибор, схема которого показана на рис. Принцип его действия как, впрочем, и большинства подобных устройств основан на сравнении частот двух генераторов: один эталонный со стабильной частотой, а второй, частота которого изменяется под влиянием близко расположенных металлических предметов.
Генератор колебаний стабильной частоты собран на элементе DD1.1, благодаря ООС по постоянному току, образованной резистором R1 и кадушкой L1, этот элемент выходит на линейный участок передаточной характеристики, что создает условия для возникновения колебаний на частоте, определяемой контуром C1C2L1C3 (около 100 кГц). Входное сопротивление элемента достаточно высокое, поэтому удается получить удовлетворительную стабильность частоты генератора. Форма колебаний на контуре—синусоидальная, а на выходе элемента DD1.1 —прямоугольная. Частоту генератора в небольших пределах подстраивают конденсатором переменной емкости С2.
Видеокурс для легкого освоения основ цифровой электроники и цифровой схемотехники
Рис. Схема простого металлоискателя
Второй генератор собран на элементе DD1.2 и аналогичен первому. В качестве контурной катушки используется выносная экранированная катушка, заключенная в алюминиевую трубку. На выходе элемента DD1.2 также формируются прямоугольные импульсы с частотой, близкой к частоте первого генератора.
Колебания с обоих генераторов поступают на элемент DD1.3, который работает как смеситель сигналов. На его выходе возникают сигналы как основных частот генераторов, так и сигналы разностных и суммарных частот, в том числе и частот гармонических составляющих. Самым мощным из них является сигнал разностной частоты —он и выделяется фильтром НЧ R3C6. С резистора R4 этот сигнал поступает через гнездо XS1 на высокоомный телефон, который преобразует его в звуковой сигнал.В устройстве применен конденсатор С2 — КП-180, от радиоконструктора «Юность КП 101» или любой другой с максимальной емкостью не менее 150 пФ. Конденсаторы 01, 03 — С5 должны иметь ТКЕ не хуже М750, что повышает термостабильность работы всего устройства, переменный резистор R4—СПЗ-ЗВ с сопротивлением 10...68 кОм. Катушку L1 наматывают на трехсекционном каркасе с подстроечным сердечником (контура ПЧ радиоприемника «Сокол-40») и помещают в броневой магнитопровод диаметром 8,8 мм из феррита 600 НН. Катушка содержит 200 витков провода ПЭВ-2 0,08... 0,09. Контурную катушку L2 второго генератора выполняют следующим образом. В алюминиевую тонкостенную трубку диаметром 6 ... 9 мм и длиной около 950 мм продевают 18 отрезков провода в надежной изоляции. Затем трубку сгибают на оправке диаметром примерно 15 см, а отрезки провода соединяют между собой последовательно. Индуктивность такой катушки должна быть примерно 350 мкГн. Концы трубки оставляют разомкнутыми, но один из них соединяют с общим проводом. В качестве источника питания можно использовать батареи «Крона», «Корунд».
Рис. Монтажная плата простого металлоискателя
Детали металлоискателя, кроме выносной катушки L2, монтируют на печатной плате из фольгированного текстолита . Входы неиспользуемых элементов соединяют с общим проводом. Плату размещают в металлическом, обязательно немагнитном корпусе, просверлив в нем отверстия под оси резисто pa R4 и конденсатора С2. Сверху к корпусу крепится выносная катушка L2, а снизу — полая ручка, внутри которой размещают источник питания.
Приступая к налаживанию металлоискателя, ручку конденсатора устанавливают в положение, соответствующее средней емкости, и, вращая подстроечный сердечник катушки L1, добиваются появления в телефонах нулевых биений. Настройку можно считать правильной, если при малом повороте ручки переменного конденсатора в телефонах будет появляться звуковой сигнал низкой частоты. Проводить настройку следует на расстоянии не менее метра от массивных металлических предметов.
Пользуются металлоискателем так. Конденсатором С2 устанавливают возможно меньшую частоту биений, чем она меньше, тем больше чувствительность устройства. При приближении катушки L2 к металлическому предмету ее индуктивность, а значит, и частота второго генератора изменяется, при этом изменяется и разностная частота, т. е. тональность сигнала в телефонах. По характеру изменения тона сигнала судят о размерах обнаруженного предмета и его магнитных свойствах.
Если предмет из магнитного материала (железо, феррит, никель и т. д.), то индуктивность выносной катушки увеличивается, а частота второго генератора уменьшается. Но если предмет из немагнитного материала (медь, алюминий, латунь и т. д.), то индуктивность уменьшается, а частота генератора увеличивается.
При поиске предметов из магнитных материалов частоту эталонного (первого) генератора следует устанавливать выше частоты второго генератора, тогда при приближении к такому предмету катушки L2 тональность звукового сигнала будет увеличиваться. При поиске предметов из немагнитного материала частоту эталонного генератора следует устанавливать ниже частоты второго генератора. Но можно сразу установить частоту звукового сигнала примерно 300... 500 Гц (частота первого генератора при этом должна быть ниже), тогда повышение тональности звукового сигнала свидетельствует о на личии предмета из немагнитного материала, а при ее понижении —о наличии предмета из магнитного материала.
Одним из недостатков описанного простого металлоискателя является невозможность работы на частоте биений, составляющей несколько герц. Этот недостаток обусловлен тем, что столь низкие частоты практически не воспроизводятся головными телефонами, а во-вторых, при столь близких частотах двух генераторов возможен «захват» частоты и их взаимная синхронизация, что делает работу с металлоискателем неудобной. Второе объясняется тем, что оба генератора собраны на одной микросхеме и даже на одном кристалле и между ними неизбежно возникают паразитные связи, которые устранить практически невозможно. Эти недостатки и вынуждают использовать в металлоискателе частоту биений более 100 ...200 Гц, что снижает его чувствительность.
Металлоискатель, схема которого приведена на рис, свободен от подобных недостатков. Он содержит большее число деталей, но все же относится к простым в изготовлении и налаживании. Эталонный генератор собран на элементах DD1.1 и DD1.2, а перестраиваемый — на элементах DD2,1 и DD2.2. В генераторах работают разные микросхемы, которые имеют развязку по питанию, что значительно уменьшает паразитные связи между ними и позволяет пользоваться металлоискателем на низкой частоте биений.
Рис. Схема улучшенного варианта металлоискателя
В смесителе сигналов работает элемент DD3.1, на выходе которого установлен фильтр низкой частоты R3G8. Чтобы обеспечить прослушивание биений с частотой несколько герц, используют преобразователь синусоидального напряжения в короткие импульсы, собранный на элементах DD3.2 — DD3.4. За время одного периода синусоидального колебания преобразователь переключается дважды, а так как время переключения мало, то в головных телефонах при этом прослушивают щелчки, причем достаточно громкие, несмотря на низкую частоту их следования
Телефон BF1 можно встроить в корпус металлоискателя или подключать его к гнезду XS1. Уровень громкости звучания телефона регулируют резистором R6, совмещенным с выключателем питания.
Рис. Монтажная плата улучшенного варианта металлоискателя
Для монтажной платы металлоискателя желательно использовать двусторонний фольгированный текстолит. Фольгу на одной стороне используют для печатных проводников и монтажа деталей, фольгу второй стороны соединяют с общим проводом и она работает как электростатический экран.
Конструкция этого варианта металлоискателя и контурных катушек генераторов такие же, как у предыдущего, и налаживание проводится аналогично. Для удобства использования металлоискателей в различных условиях катушки (выносные) могут быть сменными с различными диаметрами, естественно, что число витков этих катушек должно быть другим. Второй генератор собран на элементе DD1.2 и аналогичен первому. В качестве контурной катушки используется выносная экранированная катушка, заключенная в алюминиевую трубку. На выходе элемента DD1.2 также формируются прямоугольные импульсы с частотой, близкой к частоте первого генератора.Колебания с обоих генераторов поступают на элемент DD1.3, который работает как смеситель сигналов. На его выходе возникают сигналы как основных частот генераторов, так и сигналы разностных и суммарных частот, в том числе и частот гармонических составляющих. Самым мощным из них является сигнал разностной частоты —он и выделяется фильтром НЧ R3C6. С резистора R4 этот сигнал поступает через гнездо XS1 на высокоомный телефон, который преобразует его в звуковой сигнал.
В устройстве применен конденсатор С2 — КП-180, от радиоконструктора «Юность КП 101» или любой другой с максимальной емкостью не менее 150 пФ. Конденсаторы 01, 03 — С5 должны иметь ТКЕ не хуже М750, что повышает термостабильность работы всего устройства, переменный резистор R4 —СПЗ-ЗВ с сопротивлением 10...68 кОм. Катушку L1 наматывают на трехсекционном каркасе с подстроечным сердечником (контура ПЧ радиоприемника «Сокол-40») и помещают в броневой магнитопровод диаметром 8,8 мм из феррита 600 НН. Катушка содержит 200 витков провода ПЭВ-2 0,08... 0,09. Контурную катушку L2 второго генератора выполняют следующим образом. В алюминиевую тонкостенную трубку диаметром 6 ... 9 мм и длиной около 950 мм продевают 18 отрезков провода в надежной изоляции. Затем трубку сгибают на оправке диаметром примерно 15 см, а отрезки провода соединяют между собой последовательно. Индуктивность такой катушки должна быть примерно 350 мкГн. Концы трубки оставляют разомкнутыми, но один из них соединяют с общим проводом. В качестве источника питания можно использовать батареи «Крона», «Корунд».
Детали металлоискателя, кроме выносной катушки L2, монтируют на печатной плате из фольгированного текстолита (рис. 85). Входы неиспользуемых элементов соединяют с общим проводом. Плату размещают в металлическом, обязательно немагнитном корпусе, просверлив в нем отверстия под оси резисто-
