Металлоискатель со стрелочной индикацией (с печатной платой)

September 6, 2012 by admin Комментировать »

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.

Технические характеристики металлоискателя

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

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.

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 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.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты