6.1. металлоискатель по принципу передача-прием

6.1. металлоискатель по принципу передача-прием

Б. СОЛОНЕНКО, г. Геническ Херсонской обл., Украина

Не будет преувеличением сказать, что металлоискатели неизменно привлекают внимание радиолюбителей. Немало таких приборов опубликовано и в журнале “Радио”. Сегодня мы предлагаем читателям описание еще одной конструкции, созданной в кружке радиоконструирования Технической станции юных техников (см. статью о нем в “Радио”, 2005, № 4, 5). Перед кружковцами была поставлена задача: разработать несложный в изготовлении прибор на доступной элементной базе, для налаживания которого достаточно одного мультиметра. Насколько это удалось ребятам, судить вам, читатели.

Предлагаемый металлоискатель работает по принципу “передача-прием”. В качестве передатчика использован мультивибратор, а в качестве приемника – усилитель звуковой частоты (34). К выходу первого из этих устройств и входу второго подключены одинаковые по размерам и намоточным данным катушки,

Для того чтобы система из таких передатчика и приемника стала металлоискателем, их катушки необходимо расположить так, чтобы в отсутствие посторонних металлических предметов связь между ними практически отсутствовала, т. е. сигнал передатчика не попадал напрямую в приемник. Как известно, индуктивная связь между катушками минимальна, если их оси взаимно перпендикулярны. Если катушки передатчика и приемника расположить именно так, то сигнал передатчика в приемнике прослушиваться 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. Сигнал, принятый приемником, преобразуется телефонами в звук. Его громкость зависит от размеров предмета и расстояния до него.

Технические характеристики металлоискателя: рабочая частота – около 2 кГц; глубина обнаружения монеты диаметром 25 мм – около 9 см; железной и алюминиевой закаточных крышек – соответственно 23 и 25 см; стального и алюминиевого листов размерами 200×300 мм – 40 и 45 см; канализационного люка – 60 см.

Передатчик. Схема передатчика показана на рис. 1. Как упоминалось, это симметричный мультивибратор на транзисторах VT1, VT2. Частота генерируемых им колебаний определяется емкостью конденсаторов CI, С2 и сопротивлением резисторов R2, R3. Сигнал 34 с коллекторной нагрузки транзистора VT2 – резистора R4 – через разделительный конденсатор СЗ поступает на катушку L1, которая преобразует электрические колебания в переменное магнитное поле ЗЧ.


Рис.2

Приемник представляет собой трехкаскадный усилитель 34, выполненный по схеме, изображенной на рис. 2. На его входе включена такая же катушка L1, как и в передатчике. Выход усилителя нагружен включенными последовательно телефонами BF1.1, BF1.2.


Рис.3

Переменное магнитное поле передатчика, наведенное в металлическом предмете, воздействует на катушку приемника, в результате чего в ней возникает электрический ток частотой около 2 кГц. Через разделительный конденсатор С1 сигнал поступает на вход первого каскада усилителя, выполненного на транзисторе VT1. Усиленный сигнал с его нагрузки – резистора R2 – подается через разделительный конденсатор СЗ на вход второго каскада, собранного на транзисторе VT2. Сигнал с его коллектора через конденсатор С5 поступает на вход третьего каскада – эмиттерного повторителя на транзисторе VT3. Он усиливает сигнал по току и позволяет подключить в качестве нагрузки низ-коомные телефоны.

Чтобы уменьшить влияние температуры окружающей среды на стабильность работы усилителя, в первый и второй каскады введена отрицательная обратная связь по постоянному напряжению включением резистора R1 между коллектором и базой транзистора VT1 и резистора R3 между коллектором и базой VT2. Снижение усиления на частотах ниже 2 кГц достигнуто соответствующим выбором емкости разделительных конденсаторов С1, СЗ, на частотах выше этой частоты – введением в первый и второй каскады частотозависимой отрицательной обратной связи по переменному напряжению через конденсаторы С2 и С4. Эти меры позволили повысить помехоустойчивость приемника. Конденсатор С6 предотвращает самовозбуждение усилителя при увеличении внутреннего сопротивления батареи питания по мере ее разрядки.


Рис.4

Детали и конструкция. Детали передатчика и приемника размещены на печатных платах, изготовленных методом прорезания изолирующих дорожек на заготовках из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Чертеж платы передатчика изображен на рис. 3, приемника – на рис. 4. Платы рассчитаны на применение резисторов МЛТ мощностью 0,125 или 0,25 Вт и конденсаторов К73-5 (С2, С4 в приемнике) и К73-17 остальные. Оксидный конденсатор С6 в приемнике – К50-35 или аналогичный зарубежного производства. Вместо указанных на схеме в передатчике можно использовать любые другие транзисторы серии КТ503, а в приемнике – транзисторы серии КТ315 с любым буквенным индексом или серии КТ3102 с индексами А-В. Применение последних предпочтительнее, так как у них меньше коэффициент шума, и сигнал от мелких предметов будет меньше маскироваться шумом усилителя. Выключатели SA1 могут быть любой конструкции, но желательно меньших размеров. Телефоны BF1, BF2 – малогабаритные вкладные, например, от аудиоплейера.

Катушки приемника и передатчика, как уже говорилось, одинаковы. Изготавливают их так. По углам прямоугольника размерами 115×75 мм в доску вбивают четыре гвоздя диаметром 2. 2,5 и длиной 50. 60 мм, предварительно надев на них поливинилхлоридные или полиэтиленовые трубки длиной 30. 40 мм. На изолированные таким образом гвозди наматывают 300 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,12. 0,14 мм. По завершении намотки витки обматывают по всему периметру узкой полоской изоляционной ленты, после чего любые два соседних гвоздя отгибают в сторону центра прямоугольника и снимают катушку.

В качестве корпусов приемника и передатчика использованы полистироловые коробки для пуговиц (внутренние размеры – 120×80 мм). Отсеки для батареи питания, стойки для печатных плат и элементы крепления катушек изготовлены из такого же материала и приклеены к корпусам растворителем марки Р-647 (можно использовать и Р-650). Расположение деталей в корпусе передатчика показано на рис. 5, аналогично скомпонованы и детали приемника.

Все металлические элементы конструкции, расположенные внутри катушек приемника и передатчика (батарея питания, плата с деталями, выключатель питания), влияют на их магнитное поле. Для исключения возможного изменения их положения в процессе эксплуатации все они должны быть надежно закреплены. Особенно это касается батареи “Крона” как сменного элемента конструкции.

Налаживание. Для проверки работы передатчика вместо катушки L1 подключают телефоны и убеждаются в том, что при включении питания в телефонах слышен звук. Затем, подключив на место катушку, контролируют ток, потребляемый передатчиком, он i должен быть в пределах 5. 7 мА.

Приемник настраивают при замкнутом накоротко входе. Подбором резистора R1 в первом каскаде и R3 во втором устанавливают на коллекторах соответственно транзисторов VT1 и VT2 напряжение, равное примерно половине напряжения питания. Затем подбором резистора R5 добиваются того, чтобы ток коллектора транзистора VT3 стал равным 5. 7 мА. После этого, разомкнув вход, подключают к нему катушку приемника L1 и, принимая сигнал передатчика на расстоянии примерно 1 м, убеждаются в работоспособности системы в целом.

До сборки узлов в единую конструкцию есть смысл провести несколько экспериментов. Установив передатчик и приемник на столе вертикально на расстоянии 1 м (с таким расчетом, чтобы оси катушек как бы продолжали одна другую) и контролируя уровень сигнала в телефонах, медленно поворачивайте приемник вокруг вертикальной оси в положение, в котором плоскости катушек перпендикулярны одна другой. При этом сигнал сначала будет медленно убывать, затем исчезнет полностью и при дальнейшем повороте начнет нарастать. Эксперимент проведите несколько раз, чтобы при сборке и налаживании металлоискателя легко определять минимум сигнала в приемнике.


Рис.6

Затем на столе, не содержащем металлических элементов конструкции, поставьте передатчик вертикально, а на расстоянии 10 см от него положите приемник горизонтально на подставку (одну или несколько книг) с таким расчетом, чтобы плоскость катушки приемника расположилась перпендикулярно плоскости катушки передатчика и по высоте находилась чуть ниже ее центра. Контролируя уровень сигнала в телефонах, приподнимите сторону приемника, обращенную к передатчику, и добейтесь пропадания сигнала. Подбором прокладок между приемником и подставкой найдите его положение, при котором малейшее перемещение прокладки, изготовленной из бумажной открытки, позволяет устанавливать минимум сигнала в приемнике, что соответствует максимальной чувствительности металлоискателя.

Внося в зону действия макета металлоискателя поочередно закаточные крышки из жести и алюминия, убедитесь, что зона максимальной чувствительности металлоискателя находится под и над катушкой приемника (магнитные поля катушек приемника и передатчика симметричны). Обратите внимание на то, что на одинаковые по размерам крышки из разных металлов металлоискатель реагирует по-разному.


Рис.7

Если при минимальной связи катушек сигнал немного прослушивается и при внесении крышки с одной стороны сначала уменьшается до полного исчезновения, а затем начинает нарастать, а при внесении ее с другой стороны нарастает без провала, то это свидетельствует либо о неточной установке минимума, либо об искажениях магнитного поля катушки приемника или передатчика. В то же время этот факт говорит о том, что внесением дополнительного металлического предмета можно подстроить систему до полного исчезновения сигнала на минимуме, т. е. добиться максимальной чувствительности устройства. Если при внесении закаточной крышки сигнал исчезает полностью с расстояния 15. 20 см, то внесением в поле металлоискателя предмета меньшего размера тот же эффект можно получить при размещении его на корпусе приемника или передатчика. В авторском варианте таким предметом оказалась монета диаметром 25 мм из желтого металла (аналогичный эффект получится и при внесении близкой по размерам алюминиевой пластинки). Мест, в которых монета выполняла возложенную на нее задачу, оказалось три: снизу под передатчиком, под приемником в районе батареи питания и на ручке между приемником и передатчиком.

Читайте также:  Поделки с электронным трансформатором

Сборка. Конструкция авторского варианта устройства в упрощенном виде показана на рис. 6, а внешний вид – на рис. 7. Несущая рейка 2 (см. рис. 6) и ручка 3 изготовлены из древесины. Верхняя часть ручки для удобства пользования оклеена пластмассой, а нижняя вставлена в предварительно сделанное отверстие в рейке и закреплена клеем. После сборки деревянная часть ручки 3 и несущая рейка 2 покрыты лаком для защиты от влаги. В верхней части ручки установлено телефонное гнездо 4, которое соединено с приемником проводами, свитыми в пару.

При сборке передатчик 1 жестко закрепляют на несущей рейке 2 с таким расчетом, чтобы приемник 7, расположенный на ее другом конце, находился немного ниже линии, соответствующей минимуму принимаемого сигнала. Затем подбирают толщину прокладки 5 (из любого изоляционного материала), пока перемещением регулировочной пластины 6 не будет легко устанавливаться минимум принимаемого сигнала. После этого приемник 7 закрепляют на несущей рейке 2 двумя шурупами. Шуруп у края несущей рейки 2 ввинчивают до упора, а второй (примерно в середине нижней стенки корпуса) не довинчивают на 1. 2 мм. Это исключает перемещение приемника в горизонтальной плоскости и в то же время позволяет подсовывать под его корпус регулировочную пластину 6, приподнимая край приемника. Перемещая его таким образом в вертикальной плоскости, добиваются минимума принимаемого сигнала. После окончательной сборки уточняют место положения компенсирующего предмета и приклеивают его.

Содержание раздела металлоискатели на странице:

Металлоискатель передача-прием

Металлоискатель по принципу передача-прием — Теория

Термины «передача-прием» и «отраженный сигнал» в различных поисковых приборах обычно ассоциируются с методами типа импульсной эхо- и радиолокации, что является источником заблуждений, когда речь заходит о металлоискателях.

В отличие от различного рода локаторов, в металлоискателях рассматриваемого типа как передаваемый сигнал (излучаемый), так и принимаемый сигнал (отраженный) являются непрерывными, они существуют одновременно и совпадают по частоте.

Принцип действия

Принцип действия металлоискателей типа «передача-прием» заключается в регистрации сигнала, отраженного (или, как говорят, переизлученного) металлическим предметом (мишенью), см. [32], стр.225-228. Отраженный сигнал возникает вследствие воздействия на мишень переменного магнитного поля передающей (излучающей) катушки металлоискателя. Таким образом, прибор данного типа подразумевает наличие как минимум двух катушек, одна из которых является передающей, а другая приемной.

Основная принципиальная проблема, которая решается в металлоискателях данного типа, заключается в таком выборе взаимного расположения катушек, при котором магнитное поле излучающей катушки в отсутствие посторонних металлических предметов наводит нулевой сигнал в приемной катушке (или в системе приемных катушек). Таким образом, необходимо предотвратить непосредственное воздействие излучающей катушки на приемную. Появление же вблизи катушек металлической мишени приведет к появлению сигнала в виде переменной э.д.с. в приемной катушке.

Схемы датчиков

Поначалу может показаться, что в природе существует всего два варианта взаимного расположения катушек, при котором не происходит непосредственной передачи сигнала из одной катушки в другую (см. рис.1 а и 16) — катушки с перпендикулярными и со скрещивающимися осями.

Более тщательное изучение проблемы показывает, что подобных различных систем датчиков металлоискателей может быть сколь угодно много, однако они будут содержать более сложные системы с количеством катушек больше двух, соответствующим образом включенных электрически. Например, на рис.1 в изображена система из одной излучающей (в центре) и двух приемных катушек, включенных встречно по сигналу, наводимому излучающей катушкой. Таким образом, сигнал на выходе системы приемных катушек в идеале равен нулю, так как наводимые в катушках э.д.с. взаимно компенсируются.

Особый интерес представляют системы датчиков с компланарными катушками (т.е. расположенными в одной плоскости). Это объясняется тем, что с помощью металлоискателей обычно проводят поиск предметов, находящихся в земле, а приблизить датчик на минимальное расстояние к поверхности земли возможно только в том случае, если его катушки компланарны. Кроме того такие датчики обычно компактны и хорошо вписываются в защитные корпуса типа «блина» или «летающей тарелки».

Основные варианты взаимного расположения компланарных катушек приведены на рис.2а и 26. В схеме на рис.2а взаимное расположение катушек выбрано таким, чтобы суммарный поток вектора магнитной индукции через поверхность, ограниченную приемной катушкой, равнялся нулю. В схеме рис.26 одна из катушек (приемная) скручена в виде «восьмерки», так что суммарная э.д.с., наводимая на половинки витков приемной катушки, расположенные в одном крыле «восьмерки», компенсирует аналогичную суммарную э.д.с., наводимую в другом крыле «восьмерки».

Возможны и другие разнообразные конструкции датчиков с компланарньми катушками, например рис.2в. Приемная катушка расположена внутри излучающей. Наводимая в приемной катушке э.д.с. компенсируется специальным трансформаторным устройством, отбирающим часть сигнала излучающей катушки.

Практические соображения

Чувствительность металлоискателя зависит, в первую очередь от его датчика. Для рассмотренных вариантов датчиков чувствительность определяется формулами (1.20) и (1.33). При оптимальной для каждого случая ориентации ориентации датчика на объект по углу крена y, она определяется одним и тем же коэффициентом K 4 и функциями нормированных координат F(X,Y) и G(X,Y). Для сравнения, в квадрате Х О[-4,4], Y О[-4,4], модули этих функций приведены в виде аксонометрического набора сечений в логарифмическом масштабе на рис.12 и рис.13.

Первое, что бросается в глаза — это ярко выраженные максимумы вблизи точек расположения катушек датчика (0,+1) и (0,-1). Максимумы функций F(X,Y) и G(X,Y) не представляют практического интереса и для удобства сравнения функций обрезаны по уровню 0(дБ). Из рисунков и из анализа функций F(X,Y) и G(X,Y) также видно, что в указанном квадрате модуль функции F практически везде немного превосходит модуль функции G, за исключением самых удаленных точек по углам квадрата и за исключением узкой области вблизи Х=0, где у функции F имеет место «овраг».

Асимптотическое поведение указанных функций вдали от начала координат можно проиллюстрировать при Y=0. Оказывается, что модуль функции F убывает с расстоянием пропорционально х^(-7), а модуль функции G — пропорционально х^(-6). К сожалению, преимущество функции G по чувствительности проявляется лишь на больших расстояниях, превышающих практический радиус действия металлоискателя. Одинаковые значения модулей F и G получаются при Х>>4,25.

Очень важное практическое значение имеет «овраг» функции F. Во-первых, он свидетельствует о том, что датчик системы катушек с перпендикулярными осями имеет минимальную (теоретически нулевую) чувствительность к металлическим предметам, расположенным на его продольной оси. Естественно, к этим предметам относятся и многие элементы конструкции самого датчика. Следовательно, отраженный от них бесполезный сигнал будет намного меньше, чем у датчика системы катушек со скрещивающимися осями. Последнее очень важно, учитывая, что отраженный сигнал от металлических элементов самого датчика может на несколько порядков превосходить полезный сигнал (ввиду близости этих элементов к катушкам датчика). Дело не в том, что бесполезный сигнал от металлических элементов конструкции датчика трудно скомпенсировать. Основная сложность заключается в малейших изменениях этих сигналов, которые обычно вызываются тепловыми и особенно механическими деформациями указанных элементов. Эти малейшие изменения могут быть уже сопоставимы с полезным сигналом, что приведет к неверным показаниям или ложным срабатываниям прибора. Во-вторых, если с помощью металлоискателя системы катушек с перпендикулярными осями некоторый небольшой объект уже обнаружен, то направление его точного местонахождения может быть легко «запеленговано» по нулевому значению сигнала металлоискателя при точной ориентации его продольной оси на объект (при любых ориентациях по крену). Учитывая, что площадь «захвата» датчика при поиске может составлять несколько квадратньк метров, последнее качество сис

темы катушек с перпендикулярными осями весьма полезно на практике (меньше бесполезных раскопок).

Следующая особенность графиков функцийF(X,Y) и G(X,Y) — наличие кольцеобразного «кратера» нулевой чувствительности, проходящего через центры катушек (окружность единичноо радиуса с центром в точке (0,0)). На практике эта особенность позволяет определять расстояние до небольших объектов. Если обнаружится, что на некотором конечном расстоянии отраженный сигнал зануляется (при оптимальной ориентации по крену) — значит, расстояние до объекта составляет половину базы прибора, то есть величину L/2.

Необходимо также отметить, что диаграммы направленности по углу крена y для датчиков металлоискателей с различным взаимным расположением катушек также различаются. На рис.14б приведена диаграмма направленности прибора с перпендикулярньми осями у катушек, а на рис.14а — со скрещивающимися. Очевидно, что вторая диаграмма более предпочтительна, так имеет меньшее количество зон нечувствительности по крену и меньшее количество лепестков.

Для того, чтобы оценить зависимость наведенного в приемной катушке напряжения от параметров металлоискателя и объекта, надо проанализировать выражение (1.19) для коэффициента К 4. Наведенное в приемной катушке напряжение пропорционально (L/2)^6. На величину L/2 нормируются и аргументы функций F и G, убывание которых происходит с 6-й — 7-й степенью расстояния. Поэтому, в первом приближении, при прочих равных условиях, чувствительность металлоискателя не зависит от его базы.

Однако, в некоторых случаях конструкция датчика с большей базой может оказаться более предпочтительной, так как в этом случае меньшим будет неизбежное паразитное проникновение сигнала непосредственно из излучающей катушки в приемную.

Для того, чтобы проанализировать селективность металлоискателя, то есть его способность различать объекты, изготовленные из различных металлов или сплавов, необходимо обратиться к выражению (1.23). Металлоискатель может различать объекты по фазе отраженного сигнала. Для того, чтобы разрешающая способность прибора по типу ме

таллов была максимальной, необходимо соответствующим образом выбрать частоту сигнала излучающей катушки, так, чтобы фаза отраженного от объектов сигнала составляла около 45°. Это — середина диапазона возможных изменений фазы первого слагаемого выражения (1.23), и там крутизна фазочастотной характеристики максимальна. Второе слагаемое выражения (1.23) считаем нулевым, так как при поиске в первую очередь нас интересует селективность по цветным металлам — неферромагнетикам. Естественно, оптимальный выбор частоты сигнала подразумевает знание типового размера предполагаемых объектов. Практически во всех зарубежных промышленных металлоискателях в качестве такого размера заложен размер монеты. Оптимальная частота составляет:

Читайте также:  Советчик в кармане

При типовом диаметре монеты 25(мм) ее объем составляет около 10^(-6) (м^3), что по формуле (1.25) соответствует эквивалентному радиусу около 0,6(см). Отсюда получаем оптимальное значение частоты около 1(кГц) при проводимости материала монеты 20(н0м Ч м). В промышленных приборах частота обычно на порядок выше (по технологическим соображениям).

Выводы

1. По мнению автора, система катушек с перпендикулярными осями предпочтительнее для поиска кладов и реликвий, чем система катушек со скрещивающимися осями. При прочих равных условиях, первая система имеет чувствительность немного выше . Кроме того, с ее помощью гораздо проще определить («запеленговать») точное направление, в котором следует искать обнаруженный объект.

2. Рассмотренные системы катушек имеют важное свойство, позволяющее оценивать расстояние до небольших объектов по занулению отраженного сигнала при расстоянии до объекта, равном половине базы.

3. При прочих равных условиях (размеры и число витков катушек, чувствительность приемного тракта, величина тока и его частота в излучающей катушке), чувствительность металлоискателя по принципу «передача-прием» практически не зависит от его базы, то есть от расстояния между катушками.

6.1. металлоискатель по принципу передача-прием

Принцип действия
В качестве передатчика использован мультивибратор, а в качестве приемника — усилитель звуковой частоты. К выходу первого из этих устройств и входу второго подключены одинаковые по размерам и намоточным данным катушки.


Примечание. Для того чтобы система из таких передатчика и приемника стала металлоискателем, необходимо расположить катушки так, чтобы в отсутствие посторонних металлических предметов связь между ними практически отсутствовала, т. е. сигнал передатчика не попадал напрямую в приемник.
Как известно, индуктивная связь между катушками минимальна, если их оси взаимноперпендикулярны. Поэтому, если катушки передатчика и приемника расположить, именно так, то сигнал передатчика в приемнике прослушиваться 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. Сигнал, принятый приемником, преобразуется телефонами в звук. Его громкость зависит от размеров предмета и расстояния до него.
Технические характеристики
Технические характеристики металлоискателя следующие:
* рабочая частота — около 2 кГц;
* глубина обнаружения:
• монеты диаметром 25 мм — около 10 см;
• железной и алюминиевой закаточных крышек — соответственно, 20 и 25 см;
• стального и алюминиевого листов размерами 200 х 300 мм — 40 и 45 см;
• крышки канализационного люка — 60 см.
Принципиальная схема передатчика
Схема передатчика показана на рис. 2.13, а. Это симметричный мультивибратор на транзисторах VT1, VT2. Частота генерируемых им колебаний определяется емкостью конденсаторов Cl, C2 и сопротивлением резисторов R2, R3.
Сигнал звуковой частоты с коллекторной нагрузки транзистора VT2 — резистора R4 — через разделительный конденсатор С3 поступает на катушку L1, которая преобразует электрические колебания в переменное магнитное поле.
Принципиальная схема приемника
Приемник представляет собой трехкаскадный усилитель звуковой частоты, выполнен по схеме, изображенной на рис. 2.13, б. На его входе включена такая же катушка L1, как и в передатчике. Выход усилителя нагружен включенными последовательно телефонами BF1.
Работа металлоискателя по принципиальной схеме
Переменное магнитное поле передатчика, наведенное катушкой в металлическом предмете, воздействует на катушку приемника. В результате этого в ней возникает электрический ток частотой около 2 кГц.
Через разделительный конденсатор С1 сигнал поступает на вход первого каскада усилителя, выполненного на транзисторе VT1. Усиленный сигнал с его нагрузки — резистора R2 — подается через разделительный конденсатор СЗ на вход второго каскада, собранного на транзисторе VT2.
Сигнал с его коллектора через конденсатор С5 поступает на вход третьего каскада — эмиттерного повторителя на транзисторе VT3. Он усиливает сигнал по току и позволяет подключить в качестве нагрузки низкоомные телефоны. Чтобы уменьшить влияние температуры окружающей среды на стабильность работы усилителя, в первый и второй каскады введена отрицательная обратная связь по постоянному напряжению включением: резистора R1 между коллектором и базой транзистора VT1; резистора R3 между коллектором и базой VT2.
Снижение усиления на частотах ниже 2 кГц достигнуто соответствующим выбором емкости разделительных конденсаторов С1, С3.
Снижение усиления на частотах выше 2 кГц — введением в первый и второй каскады частотнозависимой отрицательной обратной связи по переменному напряжению через конденсаторы С2 и С4.

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Металлоискатели по принципу «приём – передача»

Принцип действия металлоискателей этого типа основан на воздействии на изучаемый объект переменным магнитным полем передающей катушки и регистрации сигнала, появляющегося вследствие наведения вихревых токов в мишени. Таким образом они относятся к приборам локационного типа и должны иметь по крайней мере 2 катушки – передающую и приёмную.

Как излучаемы, так и принимаемый сигналы являются непрерывными и совпадают по частоте.

Принципиальным моментом для металлоискателей такого типа является выбор расположения катушек. Они должны быть расположены так, чтобы в отсутствие посторонних металлических предметов магнитное поле излучающей катушки наводило нулевой сигнал в приёмной катушке.

Катушки, которые создают излучение или принимаю сигнал, выполняют в виде некоторой конструкции, называемой поисковой рамкой. Параллельное расположение катушек называется компланарным.

Обычно в металлоискателях такого типа поисковую рамку образуют 2 катушки, расположенный в одной плоскости и сбалансированные так, что при подаче сигнала в предыдущую катушку на выходе приёмной – минимальный сигнал. Рабочая частота излучении – от одного до нескольких десятков кГц.

Металлоискатели на биениях

Биением называют явление, возникающее при перемножение двух периодических сигналов с близкими частотами и амплитудами. Результирующий сигнал будет иметь пульсации с частотой , равной разности частот. Если сигнал низкой частоты подать на динамик, то мы услышим характерный «булькающий» звук.

Металлоискатель содержит два генератора: опорный и измерительный. Первый имеет стабильную частоту, а второй может менять частоту при приближении к металлическому предмету. Его чувствительным элементом является катушка индуктивности, выполненная в виде поисковой рамки.

Сигналы от генераторов поступают на детектор , на выходе которого выделяется переменное напряжение с частотой, равной разности частот опорного и измерительного генераторов. Далее этот сигнал увеличивается по амплитуде и поступает на световой звуковой индикаторы.

Наличие металла вблизи измерительной рамки приводит к изменению параметров окружающего его магнитного поля и к изменению частоты соответствующего генератора. Возникает разность частот , которая выделяется и используется для формирования сигнала.

Чем больше масса металла и ближе металлический предмет, тем сильнее различаются частоты генераторов и выше частота выходного напряжения генератора.

Как некоторую модификацию металлоискателей на биениях можно рассматривать металлоискатели – частотомеры. В них есть только измерительный генератор. При приближении измерительной рамки металлоискателя к металлическому предмету меняется частота генератора. Затем из неё вычитается длина периода при отсутствии металла.

Однокатушечные металлоискатели индукционного типа

В этом металлоискателе – одно катушка, которая одновременно является излучающей и приёмной.

Вокруг катушки создаётся электромагнитное поле, которое достигнув металлический предмет, создаёт в нём вихревые токи, которые являются причиной изменения магнитной индукции поля вокруг катушки.

Возникшие в объекте токи меняют величину магнитной индукции электромагнитного поля вокруг катушки. Компенсирующее устройство поддерживает постоянный ток через катушку. Поэтому при изменении индуктивности сработает индикатор.

Импульсные металлоискатели

Импульсный металлоискатель состоит из генератора импульсов тока, приёмной и излучающей катушек, устройства коммутации и блока обработки сигнала. По принципу работы – металлоискатель локационного типа.

С помощью блока коммутации генератор тока периодически формирует короткие импульсы тока, поступающие в излучающую катушку, которая создаёт импульсы электромагнитного излучения. При воздействии этого излучения на металлический предмет в последнем возникает и некоторое время сохраняется затухший импульс тока. Этот ток создаёт излучение от металлического объекта, которое наводит ток в катушке измерительной рамки. По величине наведённого сигнала можно судить о наличии или отсутствии проводящих предметов около измерительной рамки.

Главная проблема металлоискателей этого типа – отделить слабое вторичное излучение от значительно более мощного излучения.

Большинство металлоискателей импульсного типа имеют низкую частоту следования импульса тока, подаваемых на излучающую катушку.

Магнитометры

Для магниточувствительных металлоискателей чувствительность принято обозначать величиной магнитной индукции поля, которую способен зарегистрировать прибор. Обычно чувствительность измеряют в нанотеслах.

Кроме чувствительности для определения качеств магнитометра используют разрешающую способность, которая определяет минимальную разницу индукции.

Широкое распространение получили приборы, принцип работы которых основан на использовании нелинейных свойств ферромагнитных материалов.

Чувствительные элементы, реализующие этот принцип, назвали феррозонды.

Они содержат катушку возбуждения с нелинейным ферромагнитным сердечником, а также приёмную катушку, находящуюся около катушки возбуждения.

Типичная конструкция магнитометра включает в себя штангу с размещёнными на ней батарейным блоком питания и электронным блоком, а также феррозондовый преобразователь на оси, перпендикулярной штанге.

Перед применением прибор предварительно калибруют, чтобы компенсировать воздействие поля Земли в отсутствие ферромагнитных объектов контроля.

Существуют магнитометры, работающие на других физических принципах. Так, известны квантовые приборы, основанные на эффекте ядерного магнитного резонанса и эффекта Зеемана, с оптической накачкой. Они обладают большой чувствительностью.

Ручные металлоискатели

Имеют не большие размеры и вес. В процессе поиска они вручную перемещаются вдоль объекта контроля.

Способность объекта воспринимать металлические предметы определяется его чувствительностью. Ручные металлоискатели позволяют обнаружить предмет размером с небольшую монету с расстояния от 5-10 до нескольких десятков сантиметров.

Читайте также:  Сборщик энергии от окружающего звука

Чувствительность зависит от ориентации рамки металлоискателя относительно объекта контроля. Рекомендуется проводить поисковую рамку вдоль объекта контроля несколько раз под разными углами.

Примеры ручных металлоискателей:

селективный металлодетектор АКА 7215:

– тональность сигнала тревоги зависит от типа обнаруженного металла

– имеет потенциометр для плавной регулировки чувствительности, а также переключатель – черные и цветные металлы

– непрерывное время работы от свежей 9В-батареи – не менее 40 часов

Ручной металлодетектор GARRETT:

– наличие переключателя для снижения чувствительности

– автоматический контроль степени разряженности батареи

– индикация тревоги – звуковая и светодиодная

– разъем для наушников/аккумулятора

– удовлетворяет гигиеническим сертификатам

– время непрерывной работы – до 80 часов

Для разработок последних лет характерно увеличение «электронной сложности» приборов. Они снабжаются микропроцессорами, дисплеями и т.д. Всё это позволяет расширить функциональные возможности приборов.

На дисплеях отображается информация об обнаруженном предмете и его проводимости.

Дата добавления: 2018-05-02 ; просмотров: 454 ;

Принцип работы металлоискателя

Как известно, металлоискатель способен обнаруживать присутствие металлических предметов, абсолютно не контактируя с ними. Информирование оператора о наличии металла происходит с помощью специальных сигналов: звука, перемещения стрелки, изменения в показателях индикатора и т.д.

В зависимости от принципа работы можно выделить такие виды металлоискателей:

1. Металлоискатель с электронным частотомером

Принцип работы такого металлоискателя основывается на оценке электронным частотомером частоты измерительного генератора, когда сам датчик еще находится вдали от мишени. Полученное значение «запоминается» регистром. После чего, в процессе поиска интересующих объектов, электронный частотомер занимается беспрерывным измерением частоты принимающего генератора. Из полученных данных вычитается показатель эталонной частоты, а результат выводится на экран индикации.


Схема метал детектора с электронным частотометром

2. Металлоискатель на биениях

Принцип работы металлоискателя на биениях основывается на совокупности разности частот, исходящих от двух генераторов. Один из этих генераторов имеет стабильную частоту, а в систему второго входит датчик, представляющий собой катушку индуктивности. Если металлические предметы не располагаются вблизи металлоискателя, значения частот генераторов в приборе практически совпадают. Наличие же металла возле датчика приводит к резкому изменению частоты генератора.


Схема метал детектора на биениях

Регистрация разности частот может происходить самыми различными путями. Простейшим способом является прослушивание сигнала с помощью головных телефонов или громкоговорителя. Также часто используются цифровые способы измерения колебания частот.

3. Металлоискатели с принципом работы «передача-прием»

Принцип работы такого металлоискателя заключается в регистрации сигнала, который отразился от металлического предмета. Возникновение отраженного сигнала является результатом воздействия магнитного поля с переменным потоком катушки прибора на мишень (предмет из металла). При этом, в структуру прибора входит, как минимум, две катушки, одна из которых «отвечает» за передачу сигнала, а другая – за его прием.

Работа металлоискателя «передача-прием» основывается на определенном взаимо расположении катушек, исключающем воздействие одной на другую. Таким образом, если посторонние металлические предметы отсутствуют, излучающая катушка наводит нулевой сигнал на систему приемной. Появление же металлических предметов вблизи катушек приводит к возникновению специального сигнала.

4. Одно катушечный индукционный металлоискатель

Конструкция датчика данного прибора включает в себя только одну катушку, следящую за частотными изменениями. Если вблизи с металлоискателем появляется мишень, возникает отраженный сигнал. В катушке его «наводит» дополнительный электрический сигнал. Оператору потребуется только выделить этот сигнал. Зарегистрировать отраженный сигнал можно методом вычисления из присутствующего в катушке электрического показателя сигнал аналогичной фазы, частоты, амплитуды, что наблюдался в условиях отсутствия металла поблизости.

В целом, одно катушечный индукционный металлоискатель сочетает в себе характеристики приборов, работающих на биении с аппаратами принципа «передачи-приема». Таким образом, одно катушечный металлоискатель отличается высокой чувствительность и простотой конструкции.

5. Импульсный металлоискатель

Импульсный металлоискатель характеризуется высокой чувствительностью и может использоваться для поиска различных предметов даже на большой глубине. В основу работы такого металлоискателя положен временной метод разделения сигналов излучения и отражения. Такой метод очень часто применяется в эхо- и радиолокации импульсного типа.

Генератором импульсов формируется импульсы тока кратковременного диапазона, которые впоследствии поступают в излучающую катушку. Здесь уже происходит их преобразование в импульсы магнитной индукции. Поскольку генератор импульсов, т.е. излучающая катушка, имеет индуктивный характер, на импульсных фронтах возникают «перегрузки» в форме перепадов в напряжении. Данные всплески могут достигать амплитудных показателей в десятки, а то и сотен вольт. Однако, все же, лучше не использовать защитные ограничители, т.к. может произойти затягивание фронта импульсного тока и магнитной индукции. В результате, усложнится процесс отделения сигнала отражающего типа.


Схема импульсного метал детектора

Следует отметить, что излучающая и приемная катушка могут располагаться в абсолютно произвольном порядке. Это обусловлено тем, что проникновение излучаемого сигнала и влияние на катушку отраженного разнесены по определенным временным промежуткам. Кроме этого, одна и та же катушка может выполнять любую из ролей: как принимать сигнал, так и отражать его.

6. Магнитометры

Магнитометры – приборы, предназначением которых является изменением показателей магнитного поля. При этом, магнитометры могут использоваться и в качестве металлоискателей. Это возможно благодаря тому, что магнитное поле Земли может искажаться различными материалами с ферромагнитными свойствами, например, железом. Обнаружение таких объектов происходит путем регистрации отклонений от исходного для определенной местности модуля магнитного поля. В результате, можно наблюдать некоторую магнитную неоднородность (аномалии), которые как раз и могут быть вызваны предметами из металла.

В отличие от рассмотренных выше металлоискателей, магнитометры охватывают больший диапазон обнаружения железных предметов. Наверное, многим приходилось слышать о нахождении с помощью магнитометра, например, автомобиля, расположенного на расстоянии 10 метров от оператора. В тоже время, главным недостатком магнитометров является их неспособность обнаруживать предметы, изготовленные из цветных металлов. К тому же, магнитометр может реагировать не только на железо, но и на так званые естественные магнитные аномалии. Это могут быть, к примеру, залежи минералов или отдельные минералы и т.д.


Схема магнитометра

7. Радиолокаторы

Принцип работы любого радиолокатора основывается на методе изучения электромагнитной энергии, ее отражения и прием от различных объектов, находящихся в воздухе, на море или земле. Отраженный сигнал принимается для дальнейшей обработки и анализа. В результате, можно безошибочно определить местонахождение интересующего объекта, его скорость и траекторию движения.

Радиолокаторы обладают целым рядом неоспоримых преимуществ. Так, они позволяют работать с достаточно большими расстояниями. Сигнал, который был отражен можно считать таковым, что полностью подчиняется законам геометрической оптики, а его ослабления пропорционально лишь второй степени расстояния. В тоже время, серьезным недостатком радиолокатора является то, что излучая электромагнитные волны, он позволяет обнаружить свое местонахождение. Однако сейчас интенсивно ведется поиск методов, помогающих скрыть сигнатуры радиолокаторов и вполне возможно, что в скором времени удастся избавить от указанного недостатка.

Также рекомендуем ознакомиться с Лампово-полупроводниковый УМЗЧ.

Простой металлоискатель своими руками


В последнее время большую популярность набирают так называемые импульсные металлоискатели, которые в своем составе содержат только одну катушку и имеют относительно простую конструкцию. При этом обеспечивают довольно неплохую чувствительность и высокую надежность. Импульсный металлоискатель работает по принципу прием-передача. Поисковая катушка в таком металлоискателе может работать в 2-ух режимах: приема и передачи.

Излучаемая катушка: сигнал генерирует или возбуждает в металле вихревые токи Фуко, которые улавливаются самой катушкой.

Сама печатная плата получилось довольно компактной. Сделана она методом ЛУТ (кому интересно, в описании под видеороликом автора вы найдете ссылку на архив проекта с файлом печатной платой, а также схему, список компонентов и все остальное (ссылка ИСТОЧНИК в конце статьи)).

Достоинств у приведенной схемы много. Во-первых, это наличие всего одной катушки, во-вторых, это крайне простая и не капризная схема, которая практически не требует дополнительной настройки, и наконец самое важное, вся схема построена на базе всего лишь одной микросхемы.

После сборки и проверки всплыли дополнительные фишки этой схемы, а именно малая чувствительность к грунту, что немаловажный момент. А еще при желании металлоискатель можно настроить так, чтобы он видел только цветные металлы и игнорировал черные. То есть, некоторое подобие функции дискриминации металлов, которая доступна на многих моделях коммерческих металлоискателей.

Из недостатков – малая глубина поиска. Крупные металлические предметы детектор замечает на расстояние до 30 см, средние монеты до 5-8 см. Этого мало, скажут многие, но это смотря для каких целей. Например, автор собрал этот металлоискатель для поиска старых водопроводных труб в стене и с этой задачей схема справилась на 100%.

Данный же малыш хорош именно простотой и для определенных задач может стать незаменимым помощником.

Давайте рассмотрим его схему:



Если в поле зрения поисковой катушки находится металлический предмет нарушается частота LC контура, иначе говоря, меняется частота поискового генератора относительно опорного.

Затем сигналы из обеих генераторов поступают в смеситель. Их разница выделяется в виде звукового сигнала, фильтруется и поступает на усилительный каскад, нагрузкой для которого является наушник.



Этим настройка завершена. Для более точной подстройки автор советует использовать многооборотный резистор, либо 2 обычных переменника, один из которых предназначен для грубой настройки, а второй для более плавной.

Естественно все наладочные работы необходимо производить при отсутствии металла в поле зрения катушки. Ну и в самом конце преподносим металлический предмет катушке и убеждаемся, что тональность звукового сигнала меняется, то бишь схема реагирует на металл.

Для большей наглядности в эксперименте, автор использовал низкоомную головку + внешний микрофон.
Ранее упомянутый эффект дискриминации металлов наблюдается в том случае, если оба генератора работают на частоте 130-135 кГц.

Автор изначально хотел создать компактный ручной металлоискатель, отсюда и такое решение. Ну чтож, на этом, пожалуй, закругляемся. Благодарю за внимание. До новых встреч!

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector