Конструирование катушки и поисковой головки металлодетекторов

November 10, 2014 by admin Комментировать »

А. Богомолов, Израиль

При конструировании металлодетекторов большое внимание уделяют технике изготовления катушки и поисковой головки. От этого в большей степени зависят технические характеристики прибора и удобство работы с ним. Стоимость «фирменных» головок составляет до 30% от стоимости прибора. Вокруг этого существует целая индустрия по пошиву чехлов, защитных колпаков и прочих полезных мелочей. Ведущие фирмы применяют передовые разработки и «ноу-хау» в своих конструкциях. Как правило, технологии запатентованы, и повторить их в мелкосерийных и домашних условиях невозможно.

Среди самодельных конструкций пользуются популярностью маллодетекторы Tracker-FM и Tracker-PI. Это совместная разработка Ю. Колоколова из Донецка и А. Щедрина из Москвы. Современная элементная база, неприхотливость в работе, простота настройки, повторяемость и высокие технические характеристики этих приборов стали доступны большому количеству любителей поисковых работ.

За основу я взял схему Tracker-FM. В процессе изготовления отрабатывалась технология изготовления и проверки металлодетектора, работающего по принципу частотомера. Поскольку параметры прибора определяются стабильной работой генератора, свойства которого в большей степени зависят от механической прочности и добротности контура, было принято решение разместить в поисковой головке катушку и генератор. Катушка диаметром 180 мм имеет 140 витков провода 0,3 мм. Рабочая частота 17,4 кГц. Поисковая головка сделана из прочного пенопласта, в ней находится отсек для размещения платы генератора. Уход частоты за пять минут после включения составляет 50 Гц. В дальнейшем частота «стоит». В приборе имеются режимы статический, динамический, «турбо», «сброс» и отключение светодиодной индикации. Поисковая головка крепится к штанге, сделанной из элементов пластиковой удочки. Штанга под углом 45 градусов крепится к рукоятке, в которой размещены аккумуляторы, контроллер, кнопки и ручки управления. В торце рукоятки находятся разъемы для подключения наушников и зарядного устройства. На штанге размещен стабилизатор для устойчивости прибора в режиме «лежать ря-

4 дом». Семь NiCd аккумуляторов емкостью 400 мА обеспечивают работоспособность прибора в течение 24 часов в нормальном режиме и 18 часов в режиме «турбо». Прибор получился очень легким, с ним без труда работает мой восьмилетний сын.

Изготовление катушки

Для начала необходимо сббрать приспособление для намотки катушки (рис. 1.1).

Как видно цз рисунка, основу составляет доска толщиной

Рис. 1.1. Приспособление для намотки катушки 1S…20 мм. Опилочные плиты для этого не годятся. Верхнюю поверхность необходимо обработать наждачной бумагой. По ней при намотке будут скользить .пальцы и кисть руки. Берем циркуль и проводим окружность необходимого радиуса. Для Tracker-FM это 90 мм (диаметр 180 мм). При обжиме и выравнивании катушка незначительно уменьшит свой размер, и диаметр центрального витка по сечению будет ровно 180 мм. Разбиваем окружность с помощью циркуля или «на глаз» на равные части, так, чтобы расстояние между соседними точками составило 20…2S мм. Подготовим гвозди. Их длина должна быть 45…S0 мм, а толщина 2 мм. Просверлим в помеченных точках отверстия на глубину 10 мм и с диаметром, в два раза меньшим диаметра прутка гвоздя.

Есть два способа намотки: на «изоляцию» или на «кембрик». В первом случае каркасом для намотки служит изоляционная лента с последующим заворачиванием ленты вокруг обмотки. Во втором случае на гвозди надеваются ПВХ трубки или кембрик, которые и являются каркасом для намотки. Намотка на голый гвоздь — напрасная трата времени и провода (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Нкмотка на изоляцию

Намотку будем производить на изоляцию, лента должна растягиваться й иметь наименьшую толщину. Для опытных умельцев рекомендую мотать на стеклоткань. Ее ширина равна длине окружности сечения катушки. На забитые гвозди с небольшим натяжением навиваем изоленту липкой стороной наружу. В месте соединения витка склеиваем стык длиной 10 мм. Поправляем и выравниваем кольцо ленты, немного переместив его к шляпкам гвоздей. Это необходимо для увеличения нижнего зазора при увязке катушки. Примернр так, (рис. 1.2).

Забиваем центральный гвоздь, он нужен для удержания начала и конца катушки. Надо помнить, что при ручном способе намотки провод перекручивается, поэтому необходимо установить тис]си в плоскости стола намотки на расстоянии метр—полтора. В тиски зажать вертикальную ось, на которую надеть бобину с проводом. Она должна вращаться с некоторым усилием. Между двумя гвоздями, в центре ленты прокалываем шилом отверстие и в него заводим провод диаметром 0,3 мм, предварительно надев на него цветной кембрик. Начало провода закручиваем вокруг центрального гвоздя, 10 мм кембрика с проводом загибаем в направлении намотки и укладываем по центру ленты первый виток про себя подумав, что еще осталось 139. Самые тяжелые — это первые 20 и последние 20. Первые потому, что надо приловчиться, а на последние мало места. Провод при намотке следует держать по центру, он сам расплывется в виде линзы по ширине изоляции, но это нестрашно, потом поправим. Намотав 50 витков, надо передохнуть и приготовить эпоксидку. На худой конец, можно воспользоваться лаком, предварительно проверив, что он не растворяет изоляцию провода. Эпоксидки нужно приготовить пол спичечного коробка.

Все дальнейшие операции необходимо производить в медицинских перчатках и очень быстро. Наносим слой эпоксидной смолы на катушку и продолжаем намотку еще 50 витков, опять слой эпоксидки и -последние 40 витков. Остатки смолы наносим на намотанную катушку. Одеваем кембрик на отрезанный конец провода и, продев его через изоленту, закрепляем на центральном гвозде. Опыт приходит с каждой новой намотанной катушкой. Количество клеевых слоев будет расти.

Рис. 1.3. Операция по выравниванию катушки

Приступаем к обжиму катушки. Для этого нам потребуется суровая нитка средней толщины. Привязав конец нитки к гвоздю начинаем обвивать по спирали катушку с шагом 2…3 см на виток. Обвиваем вместе с изоляцией, скручивая ее в трубку вокруг обмотки и поправляя загнутые края. Это предварительная обвивка, она нужна для начального формирования тела катушки. По мере продвижения контролируем натяжение кольца катушки вытаскиванием каждого четвертого гвоздя. Достаточно пройти один виток и переходить к основному бандажу. Основной бандаж ‘производится с шагом 10…15 мм на виток внахлест без вязки узла. Вот тут надо потрудиться и стянуть катушку прочно, придав ей в сечении форму круга. По мере продвижения вытаскиваем каждый второй гвоздь и следим за тем, чтобы не привязать катушку к гвоздям. В местах выводов бандаж делаем с шагом 5 мм.

Вытаскиваем все гвозди, достаем катушку, осматриваем ее и отправляем на выравнивание. Эту операцию мы делаем с помощью воздушного шарика или камеры от футбольного мяча (рис. 1.3).

Глядя на рисунок понятно, что надо делать (сначала надеть, а потом надуть).

С момента приготовления клея до надевания катушки на шарик должно пройти 15…25. минут. За это время клей сохраняет текучесть и необходимую вязкость для формирования формы окружности. Можно отдохнуть, удалить капли клея на доске и вытащить оставшиеся гвозди. Доску можно использовать многократно и для разных диаметров, переставляя гвозди в нужные отверстия. Повторяемость параметров катушки достаточно высока для домашних условий.

Через час шарик сдуваем, а катушку помещаем в целлофановый кулек или пакет. Кладем ее на ровную поверхность и прижимаем сверху плоским грузом. Эта операция необходима для выравнивания катушки в плоскости. Оставляем под грузом на 24 часа. Через сутки достаем катушку, аккуратно вынимая ее из кулька. По прочности на изгиб и кручение она должна напоминать стеклянное кольцо. Острым ножом или лезвием аккуратно срезаем торчащие концы нитки и тройные узлы, которые мы, торопясь, навязали.

Технологию намотки можно усовершенствовать, если центральный гвоздь прибить до конца (к деревянному столу). В площади катушки установить ручку, за которую можно вращать все приспособление. Укладка витка в этом случае будет намного лучше.

Переходим к завершающему этапу — экранированию. Для этого нам понадобится фольга на липкой основе. По каталогу Интернета она называется Aluminium Foil Таре (лента алюминиевой фольги). Толщина фольги 30 микрон на бумажной подложке. Длина рулона 45 м, ширина 50 мм. Стоит рулон $5. Если под рукой нет такой «радости», придется искать другую фольгу и клеить «Моментом».’ Для этого покрываем одну сторону фольги клеем, даем просохнуть

10..   .15 минут, оборачиваем вокруг катушки, как показано на рис. 1.4.

Сначала плотно заворачиваем низ, многократно обжимая пальцами, а затем верх, с небольшим нахлестом 5 мм. Продолжаем обжимать всю катушку по площади, до получения однородного по плотности тела катушки. В месте выхода концов наматываем вокруг катушки 5 + 5 = 10 витков луженого провода, виток к витку. Аккуратно пропаиваем витки. Конец экранного провода обвиваем с шагом 5 мм вокруг концов катушки. Проверяем индуктивность и сопротивление обмотки на экран. Катушка готова!

Изготовление поисковой головки

Детали поисковой головки приведены на рис. 1.5.

Материалом для ее изготовления служит пенопласт. Из всех разновидностей пенопласта необходимо выбрать наиболее прочный. Он должен иметь мелкопористую структуру, не крошиться при надавливании на кромку. Пузырьки в структуре пенопласта должны быть не более 3…5 мм. При резке ножом должна оставаться ровная и гладкая поверхность.

В качестве токарного станка используем дрель с регулируемыми оборотами. Берем заготовку толщиной 25 мм, чертим окружность диаметром 200 мм. При помощи тонкого и острого ножа вырезаем круг. Это наша болванка. Вырезаем из фанеры две шайбы диаметром 100 мм. В центре шайб и болванки сверлим отверстие, под болт

8..       . 10 мм. Собираем всю заготовку, стягиваем гайкой и зажимаем в

Рис. 1.5. Детали поисковой головки

Рис. 1.6. Принципиальная схема поисковой головки с генератором, с режимом «турбо» и отключением световой индикации патрон дрели. В качестве резца можно применять нож, напильник, наждачную бумагу обвернутую вокруг деревянного бруска или обломанную ножовочную пилу. Медленно увеличиваем обороты, центрируем и подбираем лучшую точку зажима. Увеличиваем обороты и обрабатываем заготовку по размерам чертежа.

Шайбу вырезаем тонким ножом на меньших оборотах и делаем паз для катушки и узла крепления штанги.

Узел крепления штанги изготавливаем из 5-мм фанеры. Он состоит из опорного диска и двух щечек с отверстиями для крепления штанги. Пластмассовый болт с гайкой для крепления штанги нужно взять из детского конструктора. .В диске делаем сквозные пазы для крепления щечек. Все детали склеиваем эпоксидкой. Для установки узла крепления штанги в корпусе головки вырезаем прямоугольное отверстие.

Для увеличения стабильности работы прибора в поисковую головку необходимо вынести генератор на ΝΕ555. Добавим еще опции «режим турбо» и отключение световой индикации. Схема с дополнениями выглядит так (рис. 1.6).

Назначением переключателей:

51   — включение прибора;

52    — режим Вкл — статический, Выкл — динамический;

53    — сброс прибора;

54    — режим Норм — Турбо;

55    — индикация.

Печатная плата (рис. 1.7) изготавливается из двойного фольгиранного стеклотекстолита и имеет размеры 20 χ 30 мм. Дорожки нижней стороны серого цвета.

Рис. 1.7. Печатная плата: а — черный и красные линии — верхняя сторона; б — серые линии — нижняя

Для установки генератора в поисковую головку вырезаем тонким ножом прямоугольное отверстие 25 х 35 мм. Получившийся брусок разрезаем вдоль, толщина дна 5…8 мм. Просверливаем ход от паза катушки до колодца генератора. Устанавливаем катушку в паз и выводим ее концы в колодец. Перед следующей операцией рекомендую проверить и подогнать все детали с особой тщательностью, так как после приклеивания катушки конструкция ста-

новится монолитной и изменить ничего нельзя. Заливаем катушку эпоксидной смолой, прижимаем ее шайбой и помещаем всю конструкцию под пресс на 24 часа. Далее приклеиваем узел крепления штанги и дно колодца генератора. Устанавливаема припаиваем концы катушки к плате генератора. Выход генератора припаиваем к стереоразъему для наушников. Разъем прикручиваем к оргстеклянной пластинке, которую приклеиваем сверху колодца.

Поверхность поисковой головки обрабатываем наждачной бумагой и покрываем тремя слоями белой масляной краски.

Вес готовой головки равен 146 грамм. По этой технологии можно изготовлять различные и более сложные головки для всех типов маллодетекторов. На фотографии поисковые головки для Tracker-FM (рис. 1.8) и Tracker-PI (рис. 1.9).

Рис. 1.8. Фото устройства с войсковой головкой Tracker-FM

Рис. 1.9. Фото устройства с поисковой головкой Tracker-PI

Рис. 1.10. Внешний вид Tracker-FM в работе

Внешний вид Tracker-FM в работе (рис. 1.10). Кнопка на рукоятке — это «сброс прибора».

Подробную информацию о том, как можно приобрести прошитые контроллеры, киты для сборки или готовые модели Tracker, вы можете на сайте Юрия Колоколова http://home.skif.net/~yukol/russian.htm.

Успехов в конструировании и интересных находок!

Источник: Под редакцией А. Я. Грифа, Оригинальные схемы и конструкции. Творить вместе! — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 200 с.: ил. – (Серия «СОЛОН – РАДИОЛЮБИТЕЛЯМ», вып. 23)

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