Высокочувствительный металлоискатель (BC560C, BC327, LM311)
Предствленный металлоискатель сравнительно прост в изготовлении, не содержит дефицитных элементов, но при этом обладает достаточно высокой чувствительностью. С его помощью можно обнаружить монету, закопанную в грунт на глубину 15—20 см.
Поиск металлических предметов в грунте базируется в основном на двух физических явлениях. Одно из них — влияние магнитных свойств предмета на индуктивность катушки или на коэффициент связи между двумя катушками. Указанные величины могут возрастать или уменьшаться в зависимости от относительной магнитной проницаемости материала.
Все известные вещества по магнитным свойствам делят на три группы:
- диамагнетики (висмут, стекло, медь, вода, серебро);
- парамагнетики (алюминий, кремний, воздух, платина, палладий);
- ферромагнетики (кобальт, никель, железо, закись железа, сталь).
Различия в проницаемости диамагнетиков и парамагнетиков весьма незначительны. Но ферромагнитные материалы выделяются по этому признаку очень сильно.
Второе явление — вихревые токи, возникающие в электропроводных предметах, находящихся в переменном магнитном поле. Интенсивность токов зависит как от размеров и формы предмета, так и от удельного электрического сопротивления его материала.
В плоской металлической пластине вихревые токи намного сильнее, чем в предмете сложной формы с неровной поверхностью.
Имеет значение и положение предмета в магнитном поле (количество пронизывающих его силовых линий). Если учесть еще зависимость эффекта от расстояния и влияние грунта, станет очевидным, насколько сложна задача.
Описываемый простой металлоискатель работает по принципу TR/IB. Это сокращение расшифровывается как Transmit-Receive/lnduction Balance — передача, прием и баланс индукции. При этом в датчике устанавливают две катушки, передающую и приемную. Присутствие металла изменяет индуктивную связь между ними, что влияет на принимаемый сигнал.
Его датчик состоит из двух катушек. Прибор содержит всего два транзистора и одну микросхему.
Приведенная на рис. 3.20 схема довольно проста. Генератор на транзисторе VT1 работает в режиме прерывистых колебаний. Он генерирует одновременно две частоты — высокую и низкую, причем высокочастотные колебания дополнительно промодулированы низкочастотными.
С началом генерации конденсатор С2 заряжается через диод VD1. По достижении определенного напряжения на С2 высокочастотные колебания срываются, и конденсатор разряжается через резистор R1. Через некоторое время колебания возникают вновь, и цикл повторяется.
Между коллектором и базой транзистора VT1 включены передающие катушки L1—L3, конструктивно выполненные таким образом, что емкостные воздействия на них окружающих предметов взаимно уничтожаются.
Конденсатор С5, расположенный в непосредственной близости от катушек, определяет генерируемую частоту.
Катушки L4 и L5 — приемные, они размещены рядом с передающими. Охватываемые витками приемных и передающих катушек зоны частично перекрываются.
В отсутствие металлических предметов индуктированный в приемных катушках сигнал скомпенсирован поступающим непосредственно от генератора через переменный конденсатор С6. Появившийся рядом металл нарушает баланс. Сигнал поступает на инвертирующий вход компаратора DA1, который сравнивает его с постоянным напряжением.
Последнее устанавливают переменными резисторами R5 (ГРУБО) и R6 (ТОЧНО). Диод VD2 необходим, чтобы на вход компаратора поступало только положительное напряжение.
Если сигнал выше установленного порога, на выходе компаратора появляегся напряжение, открывающее транзистор VT2.
Рис. 3.20. Принципиальная схема металлоискателя с высокой чувствительностью.
Так как через компаратор проходят вершины вспышек сигнала, в акустической головке ВА1 (мощность — 0,1 Вт, сопротивление — не менее 8 Ом) слышен звук. Изменение связи между передающими и приемными катушками влияет на амплитуду принятого сигнала, что, в свою очередь, приводит к изменению ширины импульсов на выходе компаратора. На слух это воспринимается как изменение громкости и тембровой окраски звука.
Выпрямленное диодом VD3 напряжение отрицательной полярности, пропорциональное уровню сигнала на коллекторе транзистора VT2, возвращается на вход компаратора. Этим достигается автоматическая регулировка порога, компенсирующая медленные изменения наведенного в приемных катушках сигнала.
На выходе прибора имеется микроамперметр РА1 с током полного отклонения 100—250 мкА. Поэтому судить о наличии вблизи катушек металлических предметов можно и по колебаниям его стрелки. При нажатой кнопке SB1 с помощью микроамперметра можно проконтролировать напряжение батареи питания.
Хорошей работы металлодетектора можно достигнуть лишь при правильном изготовлении датчика, чертеж которого показан на рис. 3.21.
Каркасами катушек служат две пластины из органического стекла или другого прочного диэлектрического материала. Древесина в данном случае не годится из-за своей гигроскопичности.
Рис. 3.21. Чертеж датчика.
По периметру каждой пластины в ее кромке фрезой или напильником нужно сделать канавку для укладки обмоток.
Все катушки нужно наматывать медным проводом диаметром 0,3 мм с эмалевой изоляцией. Начало провода следует закрепить каплей клея в точке А каркаса, намотать 22 витка катушки L2 по часовой стрелке.
Конец обмотки также нужно приклеить к пластине в точке А. Не обрезая провод, желательно очистить от изоляции его небольшой участок и припаять к нему начало другого отрезка провода, которым намотать четыре витка против часовой стрелки — катушку L1.
После этого проводом, которым была намотана катушка L2, нужно сделать еще 22 витка по часовой стрелке — катушку L3. Выводы всех обмоток следует прочно приклеить к пластине — каркасу в точке А.
Катушки L4 и L5 предлагается разместить на второй пластине. Каждая из них начинается и заканчивается в точке В и содержит по 36 витков, намотанных в одном и том же направлении.
Конденсаторы С5 и С7 нужно припаять непосредственно к выводам катушек в соответствии со схемой и приклеить к пластинам. Пластины с обмотками следует наложить друг на друга и скрепить вместе болтами из изоляционного материала (на пример, нейлона), как показано на рис. 3.21.
Дугообразный пропил в одной из пластин позволяет при настройке прибора зафиксировать пластины в оптимальном положении. Всю сборку лучше всего закрепить на конце деревянного или пластмассового стержня длиной 1—1,5 м.
Для закрепления сборки ни в коем случае нельзя пользоваться металлическими шурупами, винтами или гайками.
На противоположном (верхнем) конце стержня нужно установить корпус (можно металлический) с печатной платой прибора.
Рукоятки органов управления (SA1, SB1, С6, R5 и R6) желательно вывести на переднюю панель корпуса. Катушки L1 — L5 нужно соединить с платой металлодетектора экранированными проводами.
Перед настройкой металлоискателя обе пластины с катушками следует развернуть под максимальным углом, не фиксируя их. Проволочные перемычки А и В пока не устанавливать.
После включения питания при определенном положении переменных резисторов R5 и R6 в головке ВА1 должен быть слышен звук. Медленно сдвигать катушки (вблизи них не должно быть никакого металла) до тех пор, пока громкость звука не начнет уменьшаться.
Вращая оси переменных резисторов и передвигая катушки, необходимо добиться минимальной громкости. Иногда для этого требуется несколько попыток. Найдя минимум, катушки еще немного (менее чем на 1 мм) сдвинуть и зафиксировать.
Далее металлоискатель можно выключить и установить проволочную перемычку А. После включения питания нужно попытаться найти положение ротора конденсатора Сб, в котором звука не слышно. Если этого сделать не удастся, перемычку А придется удалить, устанавить перемычку В и повторить попытку.
Если и это не помогло, положение катушек, вероятно, было найдено неправильно.
Последняя возможность настроить металлоискатель — подключить конденсатор емкостью 470 пФ параллельно С6 и еще раз попытаться найти точку баланса. В случае неудачи придется изготовить другие катушки, строго соблюдая все рекомендации.
Приступая к регулировке узла контроля напряжения питания, последнее устанавить равным 9 В. С помощью R5 и R6 добиться, чтобы звук из головки ВА1 слышен не был, а стрелка микроамперметра РА1 не отклонялась. Нажав на кнопку SB1, с помощью R14 установить стрелку на последнее деление шкалы. Уменьшив напряжение питания до 7 В, отметить положение стрелки, соответствующее минимально допустимому напряжению.
Остается отрегулировать чувствительность прибора переменным резистором R12 по собственному усмотрению.
Иногда слышимый в головке ВА1 звук сопровождается гулом с частотой 100—150 Гц. Чтобы избавиться от гула, следует включить последовательно с R1 подстроечный резистор сопротивлением 50 кОм и подобрать положение его движка.
Прежде чем начать работу с металлодетектором, нужно убедиться, что при малейшем отклонении ротора конденсатора С6 от точки баланса в головке ВА1 раздается звук.
Приобретя некоторый опыт, удается, устанавливая С6 в различные положения, даже отличать диамагнитные материалы от парамагнитных.
Источник: Корякин-Черняк С.Л. Семьян А.П. - Металлоискатели своими руками. Как искать, чтобы найти монеты, украшения, клады.