Металлоискатель со стрелочной индикацией.

На страницах журнала уже
рассказывалось о кружке радио­конструирования Генической станции юных техников
(см. статьи в “Радио “, 2005, № 4, 5; 2007, № 2). Под руководством В.
Солоненко кружковцы изучают основы электроники и радиотехники, конструируют
различные приборы. В предлагаемой статье опи­сана еще одна конструкция,
созданная в этом кружке, - метал лоискатель.

Как правило, металлоискатели кон­струируют
универсальными. Они могут обнаруживать как мелкие, так и крупные предметы. На
практике иногда возникает необходимость в поиске металлических предметов
крупнее, на­пример, закаточной крышки. Разра­боткой такого металлоискателя в
круж­ке в течение нескольких лет занимались братья Юрий и Владимир Антон. На
основе их разработки кружковец Петр Вихляев изготовил металлоискатель, который
активно эксплуатировался около двух лет. На рис. 1 - Петр Вихляев с
металлоискателем

Предлагаемый металлоискатель ра­ботает
по принципу “передача-при­ем”. В качестве передатчика применен
генератор с ударным возбуждением, построенный на основе несимметрич­ного
мультивибратора на транзисторах разной проводимости, а в качестве приемника -
двухкаскадный усилитель звуковой частоты с выпрямителем и стрелочным
индикатором. Как прием­ная, так и передающая антенны содер­жат катушку на
ферритовом стержне и конденсатор, которые образуют резо­нансный контур,
настроенный на часто­ту около 7 кГц.

Для того чтобы система из таких
передатчика и приемника стала метал­лоискателем, необходимо исключить попадание
сигнала передатчика напря­мую в приемник. Поэтому их катушки располагают так,
чтобы в отсутствии посторонних металлических предметов связи между ними практически
не было.

Как известно, индуктивная связь
между катушками минимальна, когда их оси перпендикулярны. Если катушки пере­датчика
и приемника расположить именно так, то сигнал передатчика приемник принимать
практически не будет. При появлении поблизости от этой сбалансированной системы
ме­таллического предмета в нем под дей­ствием переменного магнитного поля передающей
катушки возникают так называемые вихревые токи и, как след­ствие, собственное
магнитное поле, которое наводит в приемной катушке переменную ЭДС. Уровень
сигнала, принятого прием­ником, индицирует стрелочный прибор. Показания прибора
зависят от разме­ров предмета, расстояния до него, а также от расположения в
земле.

Рабочая частота, кГц… 7

Глубина обнаружения:

закаточной крышки, см… 20…25

железного или алюми­ниевого листа
размера­ми 200×300 мм, см… 60…65

железного листа разме­рами
400x400x1 мм, см… 80…90

крышки канализационно­го люка, см… 110…120

Схема передатчика показана на рис.
2. Короткие импульсы, вырабатываемые несимметричным мультиви­братором,
собранном на транзисторах VT1, VT2, через катушку связи L2 воз­буждают
синусоидальные колебания на резонансной частоте контура L1C1.

Приемник

Схема приемника показана на рис.
3. Переменное магнитное поле передатчика наводит в металлическом предмете
переменный ток, который воздействует на колебательный контур L1C1 приемника, в
результате чего в нем возникает электрический ток частотой около 7 кГц. С
катушки связи L2 через разделительный конденсатор С2 сигнал поступает на вход
первого каскада усилителя, выполненного на транзисторе VT1. Усиленный сигнал с
выхода первого каскада подается через разделительный конденсатор С4 на вход
второго каскада, собранного на транзисторе VT2, а после усиления по­ступает на
выпрямитель, построенный по схеме удвоения напряжения и собранный на диодах VD1,
VD2. Вы­прямленное напряжение сглаживает конденсатор С6, а стрелочный прибор -
микроамперметр РА1 - фиксирует зна­чение выпрямленного тока. Для повы­шения
стабильности работы приемника в оба каскада введена отрицательная обратная
связь по постоянному напря­жению включением резистора R1 между коллектором и
базой транзисто­ра VT1 и резистора R3 между коллекто­ром и базой VT2. Кроме
того, введение в первый каскад частотозависимой отрицательной обратной связи по
пере­менному напряжению через конденса­тор СЗ обеспечивает снижение усиле­ния
на частотах выше 7 кГц. Конден­сатор С7 - блокировочный, он повыша­ет
устойчивость работы приемника при увеличении внутреннего сопротивле­ния батареи
питания по мере ее раз­рядки.

Детали и конструкция

Детали передатчика и приемника
размещены на печатных платах, кото­рые изготовлены из односторонне фольгированного
стеклотекстолита методом прорезания в фольге изоли­рующих дорожек. Чертеж
печатной платы передатчи­ка показан на рис. 4, а приемника - на рис. 5. Платы
рассчитаны на уста­новку резисторов МЯТ мощностью 0,125 или 0,25 Вт.
Конденсатор СЗ приемника - К10-7В, оксидные кон­денсаторы - импортные,
остальные - К73-17. Контурные конденсаторы приемника и передатчика - КСО, их
размещают непосредственно на кар­касах контурных катушек. Помимо ука­занных на
схеме передатчика транзи­сторов КТ815Б и КТ837У, можно при­менить транзисторы
этих серий с любым буквенным индексом, а в прием­нике - транзисторы КТ315 с
любым буквенным индексом или КТ3102А- КТ3102В. Микроамперметр РА1 - М4761
(магнитофонный стрелочный индикатор), но можно использовать любой другой с током
полного отклоне­ния 200…300 мкА. Выключатели пита­ния - любые малогабаритные.
Ис­точником питания передатчика служат два аккумулятора Д-0,26 или два галь­ванических
элемента типоразмера АА или AAA, а приемника - батареи “Крона”,
“Корунд”, 6F22.

Контурные катушки приемника и
передатчика имеют одинаковую кон­струкцию. Их основа - ферритовый стержень
диаметром 10 и длиной 200 мм марки 400НН вместе с полистироловыми каркасами для
катушек, используе­мый в переносных приемниках в каче­стве антенны средних и
длинных волн. Изготавливают катушки так. С каркаса снимают старый провод. С
торцов к каркасу приклеивают растворителем марки Р-647 или Р-650 полистироловые
щечки в виде уголков с отверстиями для ферритового стержня. Щечки одновре­менно
выполняют функцию стоек, с помощью которых крепится катушка. Для контурных
катушек приемника и передатчика на каркасы наматывают по 600 витков провода
ПЭВ-2 диаметром 0,14…0,16 мм. Их защищают изоля­ционной лентой, поверх
которой нама­тывают провод ПЭВ-2 диаметром 0,25…0,3 мм, для катушки связи
пере­датчика - 20 витков, а приемника - 60. По завершении намотки провод также
защищают изоляционной лентой.

В качестве корпусов приемника и
передатчика использованы полистиро­ловые коробки, их размеры не критич­ны. Там
установлены печатные платы, батареи питания, а на боковой стенке закреплены
выключатели питания Стойки для печатных плат, отсеки для батареи питания
изготовлены из полис­тирола и приклеены к корпусам раст­ворителем марок Р-647,
Р-650.

Налаживание передатчика начинают
с проверки потребляемого тока, он должен быть в пределах 12…15 мА, его
устанавливают подбором резистора R1. Во время работы передатчика может
прослушиваться слабый свист, издаваемый ферритовым магнитопро- водом, что
свидетельствует об исправ­ности передатчика. Переменное напря­жение на
колебательном контуре пере­датчика, измеренное прибором ТЛ-4, - около 50 В.
Катушка передатчика должна находиться точно на середине ферритового стержня.

Для настройки приемника левый по
схеме вывод конденсатора С2 времен­но проволочной перемычкой соединяют с общим
проводом. Подбором резисто­ра R1 в первом каскаде и R3 во втором устанавливают
соответственно на кол­лекторах транзисторов VT1 и VT2 напря­жение, равное
половине напряжения питания. После этого перемычку уда­ляют и включают питание
приемника. Поднеся к его катушке включенный в сеть паяльник на расстояние около
5 см, наблюдают отклонение стрелки индикатора приемника - это под­тверждает его
работоспособность. Приемник и передатчик разносят на расстояние приблизительно
2 м, при этом их катушки располагают на одной оси. Наблюдая отклонение стрелки
индикатора приемника, удаляют его на расстояние, при котором стрелка инди­катора
установится на середине шкалы. Теперь необходимо точно настроить контур
приемника на частоту передат­чика. Перемещая ферритовый стер­жень катушки
приемника, находят поло­жение максимального отклонения стрелки индикатора.

прочно его фиксирует.

разместив их на деревянном столе, не содержащем металлических элементов
конструкции. Катушку пере­датчика располагают перпендикулярно катушке приемника
на расстоянии 55…60 см. Перемещая катушку пере­датчика, добиваются
минимального показания стрелочного индикатора приемника, что соответствует
макси­мальной чувствительности металлоис- кателя. Поднося металлическую пла­стину
размерами 200×300 мм перпен­дикулярно стержню катушки приемни­ка, наблюдаем за
показаниями индика­тора. Стрелка должна реагировать на металл с расстояния не
меньше 60 см. В металлоискателях, построенных в кружке, его максимальная
чувствитель­ность получалась при расположении катушек на расстние максимального отклонения стрелки индикатора.

Если стрелка индикатора макси­мально
отклоняется, когда катушка сдвинута от центра ферритового стерж­ня почти к
краю, это означает, что емкость конденсатора С1 больше, чем необходимо.
Подбором конденсатора С1 добиваются, чтобы максимальные показания индикатора
были при распо­ложении катушки на середине феррито­вого стержня. Если емкость
конденса­тора С1 равна или меньше необходимо­го значения, то максимум показаний
индикатора будет при расположении катушки на середине стержня. В этом случае
необходимо параллельно кон­денсатору С1 подключить еще один конденсатор
емкостью около 1000 пФ. Если показания индикатора увеличатся и катушка окажется
не на середине стержня, то, уменьшая емкость допол­нительного конденсатора,
добиваются максимального значения показаний индикатора при положении катушки на
середине ферритового стержня. При правильном налаживании расстояние между
катушками передатчика и приемника и положении стрелки индикатора на середине
шкалы составит примерно 4,5 м. После этого катушки необходимо прочно
зафиксировать на стержнях. В авторском варианте это сделано с по­мощью резинки
для резиномоторов. В каркас катушки вдевается резинка и растягивается.
Установив ферритовый стержень в катушку, отпускают резинку. Сжимаясь, она
прочно его фиксирует.

До сборки узлов в единую конструк­цию
необходимо уточнить расстояние между катушками приемника и пере­датчика,
разместив их на деревянном столе, не содержащем м�оянии 50…55 см,
но в этом случае потребуется более кропот­ливая настройка.

Сборка

Конструкция металлоискателя в
упрощенном виде показана на рис. 6. Все его узлы устанавливают на несущий брус
4, который изготавливают из дре­весины и для защиты от влаги покры­вают лаком.
Приемник 3 и передатчик 5 крепят к брусу шурупами на расстоянии 5…10 см от
катушек. Выводы катушек связи приемника и передатчика, иду­щие к корпусам,
необходимо свить в пару. Катушку 1 приемника приклеи­вают к платформе 2 из
полистирола, а далее - к торцу несущего бруса 4 разве­денным в растворителе до
густоты сме­таны полистиролом, который хорошо клеит как древесину, так и
пластмассу.

Для повышения точности настройки
метаплоискателя на максимальную чув­ствительность катушка передатчика 8
установлена на платформу 7, одна из узких сторон которой крепится непо­движно с
помощью шурупа через про­кладку 6 к несущему брусу 4. Платфор­му можно
изготовить из стеклотекс­толита или гетинакса толщиной 4 мм. На противоположной
стороне платфор­мы сверлят отверстие диаметром 2,5 мм и нарезают резьбу МЗ.
Соосно с ним в брусе 4 делают отверстие диаме­тром 5 мм. Регулировочный винт
впла­вляют в пластиковую ручку 11. Шайба 10 изготовлена из гетинакса. Коничес­кая
пружина 9 взята от колпачка панели радиолампы.

После сборки включают приемник,
передатчик и с помощью регулировоч­ного винта добиваются минимальных показаний
стрелочного индикатора приемника. Если минимальное значе­ние показаний
индикатора будет до­стигнуто в одном из крайних положений регулировочного
винта, то подбирают толщину прокладки 6 (из любого изоля­ционного материала)
так, чтобы оно соответствовало среднему положению винта. После регулировки
метаплоис­кателя катушки закрывают пластмассо­выми колпаками для защиты их от
меха­нических повреждений.

Перед поиском с помощью регули­ровочного
винта устанавливают мини­мальное, близкое к нулю, показание стрелочного
прибора. Металлоиска­тель на ремешке опускают вниз на вытянутую руку и,
перемещая его вдоль земли, ищут металлические предметы, ориентируясь на
показания стрелочно­го индикатора.

Исходя из личного опыта настройки металлоискателей сильно сомневаюсь в способности этого прибора чётко отличать цветной металл от чёрного. Дело в том, что на частоте 100 кГц магнитные свойства железа проявляются совсем незначительно. При селекции металлических предметов приборами с подобными схемами будет сильно влиять его положение и форма. Так гвоздь и кольцо из одинакового материала по разному влияют на показание металлоискателя.

Информация об этом на странице Реальные возможности металлоискателей (Селективность по металлам).

Металлоискатель со стрелочным индикатором

Особенностью предлагаемого металлоискателя является интересное схемотехническое решение анализатора и индикатора. При этом в качестве индикатора используется стрелочный прибор.

Следует отметить, что рассматриваемый металлодетектор обладает сравнительно высокой чувствительностью. Помимо этого по направлению отклонения стрелки индикатора можно определить и вид металла (цветной или черный), из которого изготовлен обнаруженный предмет.

Принципиальная схема

Металлодетектор (рис. 2.7) состоит из двух генераторов, схемы индикации и стабилизатора питающего напряжения. На транзисторах Т1 и Т2 собран измерительный генератор, частота колебаний которого зависит от параметров контура, образованного катушкой L2, а также параллельно включенными конденсаторами C1 и C2. Опорный генератор собран на транзисторах Т3 и Т4 по аналогичной схеме. Частота колебаний этого генератора определяется параметрами контура, выполненного на элементах L3, C4 и C5.

Схема, анализирующая появление девиации (отклонения) частоты сигнала измерительного генератора по сравнению с частотой сигнала опорного генератора, содержит измерительную цепь, которая состоит из стрелочного индикатора PA1 с нулевой отметкой посередине шкалы, конденсатора C6 и диодов D1-D4. В этой же цепи оценивается знак девиации частоты. Колебания опорного генератора подаются в измерительную цепь через катушку связи L4, а сигнал от измерительного генератора - через катушку связи L1. При этом вся цепь сбалансирована так, что при совпадении частот колебаний обоих генераторов стрелка индикатора PA1 будет находиться на нулевом делении шкалы прибора.

При появлении в зоне действия поисковой катушки L2 металлического предмета резонансная частота контура L2С1С2 изменится. Это приведет к изменению рабочей частоты измерительного генератора и, как следствие, к отклонению стрелки индикатора PA1. Отклонение стрелки и служит источником информации об обнаружении металлического предмета.

Угол отклонения стрелки индикатора PA1 зависит от габаритов предмета и расстояния от него до измерительной катушки. Когда вблизи измерительной катушки L2 окажется предмет из черного металла, рабочая частота измерительного генератора, выполненного на транзисторах Т1 и Т2, уменьшится, и стрелка индикатора отклонится в одну сторону. Если же предмет изготовлен из цветного металла (например из латуни), частота генератора увеличится, при этом стрелка индикатора отклонится в другую сторону.

Направление отклонения стрелки зависит от полярности подключения индикатора PA1, на шкалу которого после проведения калибровки можно нанести соответствующие надписи.

Питающее напряжение 12 В подается на измерительный и опорный генераторы от источника В1 через стабилизатор напряжения, собранный на стабилитроне D5 и транзисторе Т5.

Детали и конструкция

Для изготовления рассматриваемого металлоискателя можно использовать любую макетную плату. Поэтому к используемым деталям не предъявляются какие-либо ограничения, связанные с габаритными размерами. Монтаж может быть как навесной, так и печатный.

Резисторы могут быть, например, типа МЛТ-0,5, конденсаторы С1, С2, С4, С5, С7 - типа КМ или КЛС. В качестве емкостей С3 и С6 можно использовать любые металлобумажные конденсаторы, например типа МБМ или БМТ. Конденсаторы С8, С9 можно заменить на любые электролитические, например типа К50-6, транзисторы КТ603Г - другими транзисторами этой серии или транзисторами серии КТ315 с коэффициентом передачи тока не менее 60, транзистор МП42А - любым из серий МП39 - МП42 или КТ361, диоды Д9Б - другими диодами этой серии. В качестве индикатора PA1 рекомендуется применить стрелочный прибор типа М24 с током полного отклонения стрелки 100 мкА и нулем посередине шкалы.

Катушки L1 и L2 размещены на каркасе (рис. 2.8), изготовленном из стеклотекстолита или любого другого изоляционного материала.

Катушка L1 содержит 20 витков, а L2 - 60 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,31 мм, намотанных виток к витку. Катушки защищены электростатическим экраном, который представляет собой незамкнутую ленту из латуни, намотанную на поверхность каркаса. Щель между началом и концом намотки ленты должна составлять не менее 10 мм.

При изготовлении катушек особо надо следить за тем, чтобы не произошло замыкание концов ленты, поскольку в этом случае образуется короткозамкнутый виток.

Катушка L3 содержит 160 витков, а L4 - 50 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,12 мм, намотанных внавал на каркас диаметром 7,5 мм. Внутри каркаса устанавливается подстроечный сердечник диаметром 2,5 мм и длиной 12 мм, выполненный из феррита 600НН. Каркас с катушками L3 и L4 помещается в электростатический экран с отверстием напротив подстроечного сердечника. Экран должен быть заземлен.

Плата с расположенными на ней элементами и источник питания размещаются в любом подходящем пластмассовом или деревянном корпусе. На крышке корпуса устанавливаются индикатор PA1, выключатель S1, а также разъем Х1 для подключения катушек L1 и L2. Эти элементы соединяются с платой гибким многожильным проводом.

Каркас с катушками L1 и L2 размещается на конце любой удобной ручки. При этом выводы катушек соединяются с ответной частью разъема Х1 гибким многожильным экранированным проводом.

В качестве источника питания В1 можно использовать, например, три батарейки 3336Л, соединенные последовательно, или аккумуляторную батарею.

.

Рис. 2.7.
Принципиальная схема металлоискателя со стрелочным индикатором

Конструкция каркаса катушек

Налаживание

Перед настройкой прибор следует расположить так, чтобы поисковая катушка L2 находилась на расстоянии не менее 1,5 м от металлических предметов.

К катушке L1 необходимо подключить осциллограф и, подбирая величины емкостей конденсаторов С1, С2, установить частоту измерительного генератора, выполненного на транзисторах Т1 и Т2, равной 100 Гц. Форма колебаний корректируется подбором сопротивлений резисторов R1-R3. Аналогично налаживается опорный генератор, при этом осциллограф подключается к катушке L4, а форма колебаний корректируется подбором сопротивлений резисторов R4-R6. Перед началом настройки подстроечный сердечник катушки L4 следует установить в среднее положение.

Далее необходимо установить на катушках L1 и L4 равные амплитуды колебаний, которые должны находиться в пределах 0,8-1 В. При необходимости амплитуду сигналов можно изменить подбором числа витков катушек L1 и L4. После этого, вращая подстроечный сердечник катушки L3, следует установить стрелку индикатора PA1 на нулевую отметку шкалы.

Порядок работы

Особенностью данного металлоискателя является то, что при проведении поисковых работ выполнять какие-либо дополнительные настройки и регулировки не требуется.

При приближении к измерительной катушке L2 предмета из черного металла рабочая частота измерительного генератора уменьшается. При этом стрелка индикатора PA1 отклоняется в какую-либо сторону. Если же предмет изготовлен из цветного металла, например из латуни, частота колебаний измерительного генератора увеличивается. При этом стрелка индикатора отклоняется в противоположную сторону. Таким образом можно определить не только наличие металлического предмета в зоне действия поисковой катушки, но и оценить, из какого металла, цветного или черного, он изготовлен.

С помощью рассмотренного металлодетектора металлические предметы типа консервных банок можно обнаруживать на глубине до 20-30 см.

Основу схемы прибора составляют генератор высокой частоты и приемник, который регистрирует изменения частоты генератора при приближении к металлическим предметам.

Генератор высокой частоты собран на транзисторе Т1 по схеме емкостной трехточки. Колебательный контур опорного генератора состоит из цепочки последовательно включенных конденсаторов С1, С2 и С3, к которым подключена катушка L1. Рабочая частота ВЧ-генератора определяется индуктивностью этой катушки, которая одновременно является поисковой катушкой.

Одной из особенностей данного устройства можно считать то, что в качестве анализатора в нем используется приемник гетеродинного типа, который выполнен всего на одном транзисторе. При этом каскад на транзисторе Т2 совмещает функции гетеродина и детектора. Гетеродин собран по схеме емкостной трехточки. Достоинством такой схемы является возможность использования катушки индуктивности без отводов, что хоть и незначительно, но упрощает конструкцию. Колебательный контур гетеродина содержит катушку индуктивности L2 и емкость, составленную из последовательно соединенных конденсаторов С4, С5 и С6. Частоту гетеродина можно изменять, вращая подстроечный сердечник катушки L2.

С коллектора транзистора Т2 продетектированный сигнал подается на головные телефоны BF1.

Если вблизи катушки L1 окажется металлический предмет, то ее индуктивность изменится. Это приведет к изменению частоты опорного генератора, что будет сразу зарегистрировано приемником металлоискателя. В результате тональность сигнала в телефонах BF1 изменится.

Детали и конструкция

Все детали простого металлоискателя на двух транзисторах за исключением поисковой катушки L1, катушки гетеродина L2, разъема Х1 и выключателя S1 расположены на печатной плате размерами 70х40 мм (рис. 2.5), изготовленной из одностороннего фольгированного гетинакса или текстолита.

Рис. 2.5. Печатная плата (а) и расположение элементов (б) простого металлоискателя на двух транзисторах

К деталям, применяемым в данном устройстве, не предъявляются какие-либо особые требования. Желательно использовать любые малогабаритные конденсаторы и резисторы, которые без проблем можно разместить на печатной плате. Как видно из принципиальной схемы, в этом металлодетекторе применяются устаревшие ВЧ-транзисторы типа П422, П401 или П402. Вместо них можно использовать любые современные ВЧ-транзисторы проводимости p-n-p, предназначенные для работы во входных каскадах радиоприемников.

Поисковая катушка L1, используемая в опорном генераторе, представляет собой прямоугольную рамку размерами 175х230 мм, на которую намотаны 32 витка провода ПЭВ-2 диаметром 0,35 мм или, например, ПЭЛШО диаметром 0,37 мм.

В двух бумажных цилиндрических каркасах размещены отрезки ферритового стержня типа 400НН или 600НН диаметром 7 мм. Длина первого из них, закрепленного постоянно, составляет около 20–22 мм. Второй стержень подвижен и используется для регулировки индуктивности катушки. Его длина составляет 35–40 мм. Каркасы стержней обернуты бумажной лентой, на которую наматываются 55 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,2 мм. Также можно использовать провод типа ПЭВ-1 или ПЭВ-2.

Катушку L2 (рис. 2.6) следует установить на расстоянии 5–7 мм от плоскости расположения витков катушки L1.

Рис. 2.6. Конструкция катушки L2

В качестве источника звуковых сигналов можно использовать головные телефоны с сопротивлением 800-1200 Ом. Подойдут и широко известные телефоны ТОН-1 или ТОН-2, однако при их применении оба капсюля нужно включить не последовательно, а параллельно, то есть подключить плюс одного капсюля к плюсу другого, а минус – к минусу. При этом общее сопротивление телефонов должно составить примерно 1000 Ом.

Питание простого металлоискателя на двух транзисторах осуществляется от источника В1 напряжением 4,5 В. В качестве такого источника можно использовать, например, так называемую квадратную батарейку типа 3336Л или три элемента типа 316, 343, соединенные последовательно.

Печатная плата с расположенными на ней элементами и источник питания размещаются в любом подходящем пластмассовом или деревянном корпусе. На крышке корпуса устанавливаются выключатель S1 и разъем Х1 для подключения головных телефонов BF1.

Катушки L1 и L2 соединяются с платой гибким многожильным изолированным проводом.

Налаживание

Настройку металлоискателя следует проводить в условиях, когда металлические предметы удалены от поисковой катушки L1 на расстояние не менее 1,5 м.

После включения питания следует проверить напряжения на эмиттерах транзисторов. На эмиттере транзистора Т1 должно быть напряжение -2,1 В, а на эмиттере транзистора Т2 – около -1 В.

Далее, медленно перемещая подстроечный сердечник катушки L2, необходимо добиться появления в телефонах громкого чистого сигнала низкой частоты. Если первоначально генератор настроен, например, на частоту 465 кГц, то в телефонах будет прослушиваться сигнал частотой около 500 Гц.

При приближении катушки L1 к металлическому предмету, в качестве которого в процессе настройки может использоваться, например, консервная банка, тон звучания низкочастотного сигнала в головных телефонах будет изменяться. Начало изменения тона сигнала необходимо хотя бы приблизительно зафиксировать. После этого, перемещая сердечник катушки L2 для более точной подстройки частоты гетеродина, следует добиться наибольшей чувствительности устройства.

На этом процесс настройки простого металлодетектора на двух транзисторах заканчивается.

Порядок работы

Проведение поисковых работ с помощью данного прибора не имеет каких-либо особенностей. Если в зоне действия поисковой катушки L1 окажется металлический предмет, то высота тона в головных телефонах изменится. При приближении к одним металлам частота сигнала будет увеличиваться, а при приближении к другим – уменьшаться. По изменению тона сигнала биений, имея определенный опыт, можно легко определить, из какого металла, цветного или так называемого черного, изготовлен обнаруженный предмет.

Особенностью предлагаемого металлоискателя является интересное схемотехническое решение анализатора и индикатора. При этом в качестве индикатора используется стрелочный прибор.

Следует отметить, что рассматриваемый металлодетектор обладает сравнительно высокой чувствительностью. Помимо этого по направлению отклонения стрелки индикатора можно определить и вид металла (цветной или черный), из которого изготовлен обнаруженный предмет.

Принципиальная схема

Металлодетектор (рис. 2.7) состоит из двух генераторов, схемы индикации и стабилизатора питающего напряжения.

Рис. 2.7. Принципиальная схема металлоискателя со стрелочным индикатором

На транзисторах Т1 и Т2 собран измерительный генератор, частота колебаний которого зависит от параметров контура, образованного катушкой L2, а также параллельно включенными конденсаторами C1 и C2. Опорный генератор собран на транзисторах Т3 и Т4 по аналогичной схеме. Частота колебаний этого генератора определяется параметрами контура, выполненного на элементах L3, C4 и C5.

Схема, анализирующая появление девиации (отклонения) частоты сигнала измерительного генератора по сравнению с частотой сигнала опорного генератора, содержит измерительную цепь, которая состоит из стрелочного индикатора PA1 с нулевой отметкой посередине шкалы, конденсатора C6 и диодов D1-D4. В этой же цепи оценивается знак девиации частоты. Колебания опорного генератора подаются в измерительную цепь через катушку связи L4, а сигнал от измерительного генератора – через катушку связи L1. При этом вся цепь сбалансирована так, что при совпадении частот колебаний обоих генераторов стрелка индикатора PA1 будет находиться на нулевом делении шкалы прибора.

Предлагаемый металлоискатель работает по принципу "передача-прием". В качестве передатчика применен генератор с ударным возбуждением, построенный на основе несимметричного мультивибратора на транзисторах разной проводимости, а в качестве приемника - двухкаскадный усилитель звуковой частоты с выпрямителем и стрелочным индикатором. Как приемная, так и передающая антенны содержат катушку на ферритовом стержне и конденсатор, которые образуют резонансный контур, настроенный на частоту около 7 кГц.

Для того чтобы система из таких передатчика и приемника стала металлоискателем, необходимо исключить попадание сигнала передатчика напрямую в приемник. Поэтому их катушки располагают так, чтобы в отсутствии посторонних металлических предметов связи между ними практически не было.

Как известно, индуктивная связь между катушками минимальна, когда их оси перпендикулярны. Если катушки передатчика и приемника расположить именно так, то сигнал передатчика приемник принимать практически не будет. При появлении поблизости от этой сбалансированной системы металлического предмета в нем под действием переменного магнитного поля передающей катушки возникают так называемые вихревые токи и, как следствие, собственное магнитное поле, которое наводит в приемной катушке переменную ЭДС. Уровень сигнала, принятого приемником, индицирует стрелочный прибор. Показания прибора зависят от размеров предмета, расстояния до него, а также от расположения в земле.

Технические характеристики металлоискателя

Рабочая частота, кГц… 7

Глубина обнаружения:

закаточной крышки, см… 20...25

железного или алюминиевого листа размерами 200x300 мм, см… 60...65

железного листа размерами 400x400x1 мм, см… 80...90

крышки канализационного люка, см… 110...120

Передатчик

Схема передатчика показана на рис. 2. Короткие импульсы, вырабатываемые несимметричным мультивибратором, собранном на транзисторах VT1, VT2, через катушку связи L2 возбуждают синусоидальные колебания на резонансной частоте контура L1C1.

Приемник

Схема приемника показана на рис. 3. Переменное магнитное поле передатчика наводит в металлическом предмете переменный ток, который воздействует на колебательный контур L1C1 приемника, в результате чего в нем возникает электрический ток частотой около 7 кГц. С катушки связи L2 через разделительный конденсатор С2 сигнал поступает на вход первого каскада усилителя, выполненного на транзисторе VT1. Усиленный сигнал с выхода первого каскада подается через разделительный конденсатор С4 на вход второго каскада, собранного на транзисторе VT2, а после усиления поступает на выпрямитель, построенный по схеме удвоения напряжения и собранный на диодах VD1, VD2. Выпрямленное напряжение сглаживает конденсатор С6, а стрелочный прибор - микроамперметр РА1 - фиксирует значение выпрямленного тока. Для повышения стабильности работы приемника в оба каскада введена отрицательная обратная связь по постоянному напряжению включением резистора R1 между коллектором и базой транзистора VT1 и резистора R3 между коллектором и базой VT2. Кроме того, введение в первый каскад частотозависимой отрицательной обратной связи по переменному напряжению через конденсатор СЗ обеспечивает снижение усиления на частотах выше 7 кГц. Конденсатор С7 - блокировочный, он повышает устойчивость работы приемника при увеличении внутреннего сопротивления батареи питания по мере ее разрядки.

Детали и конструкция

Детали передатчика и приемника размещены на печатных платах, которые изготовлены из односторонне фольгированного стеклотекстолита методом прорезания в фольге изолирующих дорожек. Чертеж печатной платы передатчика показан на рис. 4, а приемника - на рис. 5. Платы рассчитаны на установку резисторов МЯТ мощностью 0,125 или 0,25 Вт. Конденсатор СЗ приемника - К10-7В, оксидные конденсаторы - импортные, остальные - К73-17. Контурные конденсаторы приемника и передатчика - КСО, их размещают непосредственно на каркасах контурных катушек. Помимо указанных на схеме передатчика транзисторов КТ815Б и КТ837У, можно применить транзисторы этих серий с любым буквенным индексом, а в приемнике - транзисторы КТ315 с любым буквенным индексом или КТ3102А- КТ3102В. Микроамперметр РА1 - М4761 (магнитофонный стрелочный индикатор), но можно использовать любой другой с током полного отклонения 200...300 мкА. Выключатели питания - любые малогабаритные. Источником питания передатчика служат два аккумулятора Д-0,26 или два гальванических элемента типоразмера АА или AAA, а приемника - батареи "Крона", "Корунд", 6F22.

Контурные катушки приемника и передатчика имеют одинаковую конструкцию. Их основа - ферритовый стержень диаметром 10 и длиной 200 мм марки 400НН вместе с полистироловыми каркасами для катушек, используемый в переносных приемниках в качестве антенны средних и длинных волн. Изготавливают катушки так. С каркаса снимают старый провод. С торцов к каркасу приклеивают растворителем марки Р-647 или Р-650 полистироловые щечки в виде уголков с отверстиями для ферритового стержня. Щечки одновременно выполняют функцию стоек, с помощью которых крепится катушка. Для контурных катушек приемника и передатчика на каркасы наматывают по 600 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,14...0,16 мм. Их защищают изоляционной лентой, поверх которой наматывают провод ПЭВ-2 диаметром 0,25...0,3 мм, для катушки связи передатчика - 20 витков, а приемника - 60. По завершении намотки провод также защищают изоляционной лентой.

В качестве корпусов приемника и передатчика использованы полистироловые коробки, их размеры не критичны. Там установлены печатные платы, батареи питания, а на боковой стенке закреплены выключатели питания Стойки для печатных плат, отсеки для батареи питания изготовлены из полистирола и приклеены к корпусам растворителем марок Р-647, Р-650.

Налаживание передатчика начинают с проверки потребляемого тока, он должен быть в пределах 12...15 мА, его устанавливают подбором резистора R1. Во время работы передатчика может прослушиваться слабый свист, издаваемый ферритовым магнитопро- водом, что свидетельствует об исправности передатчика. Переменное напряжение на колебательном контуре передатчика, измеренное прибором ТЛ-4, - около 50 В. Катушка передатчика должна находиться точно на середине ферритового стержня.

Для настройки приемника левый по схеме вывод конденсатора С2 временно проволочной перемычкой соединяют с общим проводом. Подбором резистора R1 в первом каскаде и R3 во втором устанавливают соответственно на коллекторах транзисторов VT1 и VT2 напряжение, равное половине напряжения питания. После этого перемычку удаляют и включают питание приемника. Поднеся к его катушке включенный в сеть паяльник на расстояние около 5 см, наблюдают отклонение стрелки индикатора приемника - это подтверждает его работоспособность. Приемник и передатчик разносят на расстояние приблизительно 2 м, при этом их катушки располагают на одной оси. Наблюдая отклонение стрелки индикатора приемника, удаляют его на расстояние, при котором стрелка индикатора установится на середине шкалы. Теперь необходимо точно настроить контур приемника на частоту передатчика. Перемещая ферритовый стержень катушки приемника, находят положение максимального отклонения стрелки индикатора.

Кликни по картинке что бы увеличить

Если стрелка индикатора максимально отклоняется, когда катушка сдвинута от центра ферритового стержня почти к краю, это означает, что емкость конденсатора С1 больше, чем необходимо. Подбором конденсатора С1 добиваются, чтобы максимальные показания индикатора были при расположении катушки на середине ферритового стержня. Если емкость конденсатора С1 равна или меньше необходимого значения, то максимум показаний индикатора будет при расположении катушки на середине стержня. В этом случае необходимо параллельно конденсатору С1 подключить еще один конденсатор емкостью около 1000 пФ. Если показания индикатора увеличатся и катушка окажется не на середине стержня, то, уменьшая емкость дополнительного конденсатора, добиваются максимального значения показаний индикатора при положении катушки на середине ферритового стержня. При правильном налаживании расстояние между катушками передатчика и приемника и положении стрелки индикатора на середине шкалы составит примерно 4,5 м. После этого катушки необходимо прочно зафиксировать на стержнях. В авторском варианте это сделано с помощью резинки для резиномоторов. В каркас катушки вдевается резинка и растягивается. Установив ферритовый стержень в катушку, отпускают резинку. Сжимаясь, она прочно его фиксирует.

До сборки узлов в единую конструкцию необходимо уточнить расстояние между катушками приемника и передатчика, разместив их на деревянном столе, не содержащем металлических элементов конструкции. Катушку передатчика располагают перпендикулярно катушке приемника на расстоянии 55...60 см. Перемещая катушку передатчика, добиваются минимального показания стрелочного индикатора приемника, что соответствует максимальной чувствительности металлоис- кателя. Поднося металлическую пластину размерами 200x300 мм перпендикулярно стержню катушки приемника, наблюдаем за показаниями индикатора. Стрелка должна реагировать на металл с расстояния не меньше 60 см. В металлоискателях, построенных в кружке, его максимальная чувствительность получалась при расположении катушек на расстоянии 50...55 см, но в этом случае потребуется более кропотливая настройка.

Сборка

Конструкция металлоискателя в упрощенном виде показана на рис. 6. Все его узлы устанавливают на несущий брус 4, который изготавливают из древесины и для защиты от влаги покрывают лаком. Приемник 3 и передатчик 5 крепят к брусу шурупами на расстоянии 5...10 см от катушек. Выводы катушек связи приемника и передатчика, идущие к корпусам, необходимо свить в пару. Катушку 1 приемника приклеивают к платформе 2 из полистирола, а далее - к торцу несущего бруса 4 разведенным в растворителе до густоты сметаны полистиролом, который хорошо клеит как древесину, так и пластмассу.

Для повышения точности настройки метаплоискателя на максимальную чувствительность катушка передатчика 8 установлена на платформу 7, одна из узких сторон которой крепится неподвижно с помощью шурупа через прокладку 6 к несущему брусу 4. Платформу можно изготовить из стеклотекстолита или гетинакса толщиной 4 мм. На противоположной стороне платформы сверлят отверстие диаметром 2,5 мм и нарезают резьбу МЗ. Соосно с ним в брусе 4 делают отверстие диаметром 5 мм. Регулировочный винт вплавляют в пластиковую ручку 11. Шайба 10 изготовлена из гетинакса. Коническая пружина 9 взята от колпачка панели радиолампы.

После сборки включают приемник, передатчик и с помощью регулировочного винта добиваются минимальных показаний стрелочного индикатора приемника. Если минимальное значение показаний индикатора будет достигнуто в одном из крайних положений регулировочного винта, то подбирают толщину прокладки 6 (из любого изоляционного материала) так, чтобы оно соответствовало среднему положению винта. После регулировки метаплоискателя катушки закрывают пластмассовыми колпаками для защиты их от механических повреждений.

Перед поиском с помощью регулировочного винта устанавливают минимальное, близкое к нулю, показание стрелочного прибора. Металлоискатель на ремешке опускают вниз на вытянутую руку и, перемещая его вдоль земли, ищут металлические предметы, ориентируясь на показания стрелочного индикатора.