Принцип работы металлоискателей и их простые схемы.

Металлоискатель (металлодетектор) — электронный прибор, позволяющий обнаруживать металлические предметы в нейтральной или слабопроводящей среде за счет их проводимости.

Металлоискатели появились в прошлом веке. Первые модели в ходе опытов засекали металлический объект на глубине 5… 10 см. Сегодня металлоискатели способны:

♦ определить тип металла;

♦ обнаруживать металл на глубине до 8 м (глубинные металлоискатели);

♦ определять размер объекта.

Существуют несколько видов металлоискателей:

♦ глубинные используют для ведения поисковых работ на большой глубине;

♦ подводные используют для поиска на сильно увлажненном грунте или под водой;

♦ арочные используют на массовых мероприятиях и в общественно значимых местах;

♦ ручные — при таможенном досмотре и так далее.

Примечание. Из примеров видно, что металлоискатели нашли широкое применения во многих отраслях гражданской промышленности, хотя первоначально использовались только военными.

Различают следующие основные принципы работы металлоискателей:

♦ метод биений — BFO (Beat Frequency Oscillation);

♦ метод индукционного баланса — IB/TR (Induction Balance/ Transmitter-Reciver);

♦ метод индукционного баланса с использованием очень низких рабочих частот — VLF/TR (Very Low Frequency/Transmitter-Reciver);

♦ метод индукционного баланса с разнесенными катушками — RF (Radio Frequency);

♦ импульсный метод — PI (Pulse Induction);

♦ метод срыва резонанса — OR (OfTResonance).

Какие задачи может решать металлоискатель. Первое его назначение — обнаруживать металлы на глубине. Современные металлоискатели могут также определить точное расположение металлического предмета в грунте, определить тип металла. Металлоискатели имеют несколько режимов поиска: серебро, золото, монеты. Режим монеты подразумевает поиск мелких предметов.

Примечание... Изменение режима поиска это, прежде всего, смена частот, на которых прибор сканирует грунт.

Еще одно важное усовершенствование: возможность отстройки от грунта. Практически все современные металлоискатели могут вести поиски на сильно замусоренной территории.

Металлоискатель на микросхеме К561ЛЕ5

Действие металлоискателя основано на сравнении частот двух генераторов, одна из которых неизменна, а вторая зависит от индуктивности измерительной катушки, поднесенной к металлическому предмету.

Принцип действия. Металлоискатель, рис. 7.11, содержит генератор стабильной частоты на элементе DD1.1 на частоту 100 кГц. Форма колебаний на контуре синусоидальная, а на выходе DD1.1 прямоугольная.

Второй генератор (DD1.2) аналогичен первому, но в качестве контурной катушки используется выносная экранированная катушка, заключенная в алюминиевую трубку. На выходе DD1.2 формируются прямоугольные импульсы с частотой, близкой к частоте первого генератора.

Сигналы двух генераторов поступают на элемент DD1.3, который работает как смеситель. Низкочастотный сигнал разностной частоты выделяется НЧ фильтром R3C6 и с потенциометра R4 поступает на высокоомный телефон.

Элементная база. Конденсатор С2 — КП-180 — максимальной емкостью 150 пФ; С1 и СЗ-С5 должны иметь ТКЕ не хуже М750. L1 наматывают на трехсекционном каркасе (от ПЧ контура транзисторного приемника) с подстроечным сердечником и помещают в броневой магни-топровод диаметром 8,8 мм из феррита 600НН. Катушка содержит 200 витков ПЭВ-2 0,08…0,09. Контурная катушка L2 заключена в алюминиевую тонкостенную трубку диаметром 6…9 мм и длиной 950 мм. Для ее намотки в трубку продевают 18 отрезков провода в надежной изоляции, далее трубку сгибают на оправке диаметром 15 см, а отрезки провода соединяют между собой последовательно. Индуктивность катушки примерно 350 мкГн. Концы трубки должны быть разомкнуты, и один из ее концов должен быть соединен с общим проводом.

Печатную плату помещают в не намагниченном металлическом корпусе.

Настройка. Для настройки конденсатор С2 устанавливают так, чтобы была наименьшая частота биений, чем она меньше, тем больше чувствительность прибора. При приближении L2 к металлическому предмету ее индуктивность, а, значит, и частота второго генератора изменится, изменится и разностная частота, и, соответственно, тональность сигнала.

Примечание… Металлоискатель, рис. 7.11, не может работать, когда частота биений составляет несколько Гц, поскольку такую частоту не воспринимают головные телефоны. Данный прибор можно использовать на частоте не ниже 100…200 Гц, что снижает его чувствительность.

Металлоискатель на микросхемах К561ЛА7

Примечание. Схема металлоискателя на двух микросхемах К561ЛА7, рис. 7.12, лишена недостатков, которые присутствуют в схеме металлоискателя, рис. 7.11.

Принцип действия. Эталонный генератор собран на элементах DD1.1, DD1.2. Перестраиваемый генератор собран на элементах DD2.1, DD2.2. Микросхемы генераторов имеют развязку по питанию.

После смесителя DD3.1 установлен фильтр нижних частот на R3C8. Для прослушивания биений на низких частотах в схеме присутствует преобразователь прямоугольного сигнала в синусоидальный (DD3.2-DD3.4). Конструкции контурных катушек такая же, как в варианте, рассмотренном выше.

Малогабаритный металлоискатель на микросхемах К561ЛЕ5

Назначение. Малогабаритный металлоискатель, рис. 7.13, может обнаруживать скрытые в стенах гвозди, шурупы, металлическую арматуру на расстоянии нескольких см.

В металлоискателе использован традиционный метод обнаружения, основанный на работе двух генераторов, частота одного из которых изменяется при приближении прибора к металлическому предмету.

Примечание. Отличительная особенность конструкции — отсутствие самодельных намоточных деталей. В качестве катушки индуктивности использована обмотка электромагнитного реле.

Принцип действия. Металлоискатель содержит:

♦ LC-генератор на элементе DD2.1;

♦ RC-генератор на элементах DD1.1 и DD1.2;

♦ буферный каскад на DD2.2; смеситель на DD1.3;

♦ компаратор напряжения на DD1.4, DD2.3;

♦ выходной каскад на DD2.4.

Работает схема (рис. 7.13) так. Частоту RC-генератора нужно устанавливать близкой к частоте LC-генератора. При этом на выходе смесителя будут присутствовать сигналы не только с частотами обоих генераторов, но и с разностной частотой.

Фильтр низкой частоты R3C3 выделяет сигналы разностной частоты, которые поступают на вход компаратора. На его выходе формируются прямоугольные импульсы такой же частоты.

С выхода элемента DD2.4 они поступают через конденсатор С5 на головные телефоны сопротивлением около 100 Ом.

Конденсатор и телефоны образуют дифференцирующую цепочку, поэтому в телефонах будут раздаваться щелчки с появлением каждого фронта и спада импульсов, т. е. с удвоенной частотой сигнала. По изменению частоты щелчков можно судить о появлении вблизи прибора металлических предметов.

Примечание. Вместо указанных на схеме микросхем K561/IE5 допустимо использовать микросхемы: К561ЛА7; К564ЛА7; К564ЛЕ5.

Источник питания — батарея «Крона», «Корунд», «Ника» или аналогичный им аккумулятор.

Моточные изделия. Катушку L1 можно взять, например, из электромагнитного реле РЭС9, паспорт PC4.S24.200 или РС4.524.201 с обмоткой сопротивлением около 500 Ом. Для этого реле нужно разобрать и удалить подвижные элементы с контактами.

Магнитная система реле содержит две катушки, намотанные на отдельных магнитопроводах и включенные последовательно.

Общие выводы катушек нужно соединить с конденсатором С1, а магнитопровод также, как и корпус переменного резистора, — с общим проводом металлоискателя.

Наладка металлоискателя. Налаживание устройства следует начинать с установки частоты LC-генератора в пределах 60…90 кГц подбором емкости конденсатора С1.

Затем нужно переместить движок переменного резистора R1 примерно в среднее положение и подбором емкости конденсатора С2 добиться появления в телефонах звукового сигнала. При перемещении движка резистора в ту или иную сторону частота сигнала должна изменяться.

Совет… Для обнаружения металлических предметов переменным резистором предварительно нужно установить возможно меньшую частоту звукового сигнала.

С приближением к предмету частота начнет изменяться. В зависимости от настройки, выше или ниже нулевых биений (равенства частот генераторов), или вида металла, частота изменится в большую или меньшую сторону.

Чувствительный металлоискатель на микросхемах К561ЛА7

Назначение. Металлоискатель предназначен для поиска мелких металлических предметов. Металлоискатель, рис. 7.14 способен обнаружить копеечную монету на глубине до 1 метра. В нем использованы микросхемы K561ЛA7:

♦ на DD1 выполнен поисковый генератор и выходной усилитель;

♦ на DD2 выполнен опорный генератор с кварцевым резонатором.

Принцип действия. Большинство металлоискателей построены по схеме нулевых биений — когда имеется два генератора с постоянной и поисковой частотой, причем частота поискового генератора зависит от индуктивности поисковой катушки.

Совет. Повысить чувствительность такого металлоискателя можно за счет повышения опорной частоты примерно в 10 раз выше частоты поискового генератора.

В поисковом генераторе (DD1.1 и DD1.2) частота генерации задается контуром, состоящим из поисковой катушки L1 и емкостей С1-С5, VD1. Варикап VD1 служит для подстройки частоты в небольших пределах. Подстройка производиться потенциометром R3.

Частота второго генератора на элементах DD2.1 и DD2.2 стабилизирована кварцевым резонатором.

С выходов обоих генераторов импульсы поступают на элемент DD2.4, на котором выполнен смеситель. На его выходе появляется сигнал разностной частоты. Этот сигнал поступает на усилитель мощности на элементе DD1.4 и далее на звукоизлучатель (головные телефоны). Регулировка громкости производится потенциометром R6.

Электронная часть схемы смонтирована в корпусе из фольгиро-ванного текстолита. В корпусе должна быть металлическая перегородка между микросхемами генераторов, соединенная с общим проводом.

Моточные изделия. Поисковая катушка намотана на кольце диаметром 200 мм из кембрика диаметром 15 мм. Можно использовать трубку из пластмассы или штырь такого диаметра из пластмассы. На кольцо наматывают 50 витков ПЭЛШО 0,27 или ПЭЛ 0,27-0,35. После обмотку обматывают изолентой, а катушку экранируют алюминиевой фольгой.

Настройка. Контур L1(C1-C5) настраивают на частоту 100 кГц при среднем положении движка потенциометра R3 (контроль частоты на выводе 10 DD1.3).

Простой металлоискатель на микросхемах К561ЛА7

Назначение. Предназначен для поиска мелких металлических предметов.

Принцип действия. Металлоискатель, рис. 7.15, выполнен на двух микросхемах типа К561ЛА7.

Генераторы (рис. 7.15) выполнены по схеме «емкостной трехточки». Сигналы с генераторов поступают на смеситель. Сигнал разностной частоты подается на высокоомный головной телефон (ТОН-1, ТОН-2). Опорный (эталонный) генератор перестраивают в небольших пределах схемой электронной перестройкой частоты с использованием варикапа (Rl, R2, VD1, С2).

В качестве варикапа VD1 возможно использование стабилитронов серии Д814, например, Д814Д.

В качестве колебательного контура L1C5 используют контур фильтра промежуточной частоты радиоприемника (465 кГц). В качестве второго (поискового) колебательного контура L2C9 используют:

♦ такой же контур, размещенный в пластмассовом корпусе металлоискателя либо вынесенный кабелем за его пределы;

♦ поисковую катушку, выполненную в виде незамкнутого кольца диаметром 200 мм из медной трубки диаметром 12 мм, внутри которой уложено 30 витков провода МГТФ.

Поисковая катушка соединена с металлоискателем кабелем, оплетка которого присоединена к торцу медной трубки, одновременно к этой точке присоединен один из концов обмотки. Второй конец обмотки соединен с центральной жилой кабеля.

Возможности. Металлоискатель позволяет определять местоположение мелкой монеты на расстоянии 5…7 см.

Вот такие простые схемы металлоискателей можно изготовить своими руками.

Как вам статья?