Схемы импульсных металлоискателей. Описание схем работы металлодетекторов PI и VLF. Проще не бывает

Моделист-конструктор 1998 №7

Разработанный мною металлодетектор пока не применялся ни в миротворческих операциях по выявлению и обезвреживанию минных полей, ни в крупномасштабных геологических или археологических изысканиях. Рассчитанный не на профессионалов, а на любителей, чьё желание «заглянуть под землю» способна удовлетворить конструкция с параметрами, приведёнными в таблице, он представляет собой улучшенный вариант «металлоискателя на биениях».

Чувствительность у прибора повышена за счёт выгодного использования (чёткой фиксации) зависимости длительности зондирующего импульса от интенсивности самих посылок с введением в поисковый генератор автоматической подстройки частоты (АПЧ). Причём дополнительных мер для стабилизации напряжения и температурной компенсации электронных блоков не потребовалось.

А предсказываемые скептиками «непримиримые противоречия» (мол, изменение частоты у поискового колебательного контура при попадании металла в рабочую зону несовместимо с нормальным функционированием системы АПЧ) разрешила сама практика. Оказалось, что при перемещении датчика над исследуемой поверхностью со скоростью 0,5-1 м/с схема прибора вовсе не вступает в конфликт с автоподстройкой частоты, имеющей значительную инерционность (большую постоянную времени).

Уже из анализа блок-схемы видно, что изготовить такой прибор заведомо сложнее, чем любой из прежних менее чувствительных аналогов, включая металлоискатели, опубликованные в № 8"85 и 4"96 журнала «Моделист-конструктор». Ведь у предлагаемой мною разработки, помимо стандартного набора из образцового кварцевого (1) и измерительного (2) генераторов, выносной катушки индуктивности L (поисковой рамки-датчика), смесителя (3) и звукового регистратора ВА (телефонного капсюля), - налицо новые, существенно улучшающие эксплуатационные характеристики, устройства. Это и интегратор (4), вырабатывающий пилообразный сигнал с амплитудой, пропорциональной управляющей частоте биений, и формирователь импульса записи (5), который совместно с ключом (6) и истоковым повторителем VT представляют собой аналоговое запоминающее устройство, фиксирующее пиковое напряжение с интегратора.

Не обходится металлодетектор без компаратора (7), обеспечивающего автоматический перевод электроники из зоны максимальной чувствительности в область регистрации биений «один к одному» (и наоборот), без специального генератора ГУН (8), преобразующего напряжение, сформированное на истоковом повторителе, в электрические колебания частотой 200-8000 Гц. а также без упомянутой выше оригинальной системы автоподстройки частоты АПЧ (9) с особым узлом, замедляющим реакцию прибора на чрезмерно резкое изменение управляющего напряжения- Имеется здесь и ряд других технических решений, среди которых, конечно же, нельзя не выделить «операционник» и спецсмеситель (10).

Как показывает практика, именно такой состав устройств при выбранном способе формирования звукового сигнала позволяет прослушивать обе частоты одновременно, существенно облегчая начальную настройку прибора на определённую чувствительность. И надёжность обеспечивается достаточно высокая. Даже в экстремальной ситуации, когда, скажем, поисковая рамка-датчик приближается к массивному металлическому предмету на расстояние, при котором разностная частота становится почти критической (70 Гц), сбоев в работе не возникает - в головных телефонах слышна только изменяющаяся частота биений.

Теперь о частностях, нашедших своё отражение на принципиальной электрической схеме. Образцовый генератор выполнен на элементе DD1.1. Его частота стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1, включённым в цепь положительной обратной связи. Для обеспечения возбуждения генератора при включении питания служит резистор R1. Имеющийся здесь же буферный элемент DD1.2 разгружает генератор, а также формирует сигнал с цифровыми уровнями. Резистор R2 определяет степень нагрузки и максимум мощности, рассеиваемой на кварцевом резонаторе.

Рис. 1. Блок-схема металлодетектора.

Рис. 2. Эпюры напряжений и токов в контрольных точках прибора.

Данный генератор может работать практически с любыми резонаторами при токе потребления 500-800 мкА. А идущий за ним делитель частоты на два (элемент DD2.1) формирует сигнал с симметричным меандром, необходимый для нормальной работы смесителя.

Измерительный генератор собран по схеме несимметричного мультивибратора (транзисторы VT1 и VT2). Выход на режим самовозбуждения обеспечивает цепь положительной обратной связи на конденсаторе С7. Частотозадающими элементами служат С3 - С5, VD1 и поисковая катушка-датчик L1. Причём генерация осуществляется в пределах от 500 кГц до 700 кГц, в зависимости от имеющегося кварцевого резонатора.

Схема металлодетектора

Такой важный параметр, как кратковременная нестабильность, у данного генератора невелик. Уход частоты за первые 10 с сразу после включения питания составляет не более 0,7 Гц (а через каждые 30 мин - до 20 Гц), хотя для нормальной работы прибора считается приемлемым даже 1 Гц за 1 мин (без АПЧ).

Выдаваемый измерительным генератором синусоидальный сигнал, имея амплитуду 1 - 1,2 В, поступает через разделительный конденсатор С9 на триггер DD3.2, который формирует прямоугольные импульсы с цифровыми уровнями и скважностью 2. R5R6 - делитель, необходимый для нормальной работы этого участка схемы. Ну a DD3.3 выполняет роль буферного каскада. Сигнал с него подается на смеситель (Т-триггep DD2.2). Туда же поступает частота от делителя образцового генератора.

Особенности работы DD2.2 таковы, что если на входы С и D этого логического элемента приходят две импульсные последовательности, близкие по частоте, то на выходах формируется сигнал разностной частоты со строго симметричным меандром. Причём все, снимаемое с вывода 12 смесителя, имеет форму, представленную на рисунке 2а.

Прямой, а также задержанный (рис. 26) проинвертированный (благодаря цепи R8C11 и элементу DD4.2) сигналы суммируются на ключе DD5.1, выполняющем роль логического И/ИЛИ с формированием коротких положительных импульсов записи (рис. 2в) для работы аналогового запоминающего устройства (DD5.2, С13. VT3). Но это ещё не все. Снимаемый с выхода DD4.2 сигнал приходит на интегратор, выполненный по классической схеме с использованием VD2, R10 - R11, DA1, C12. Резистор R11 ограничивает ток перезаряда конденсатора С12, разгружая выход элемента DD4.2.

Проинтегрированный сигнал (рис. 2г) через ключ DD5.2. которым управляют импульсы с DD5.1, подается на запоминающую ёмкость С13, где формируется и до нового цикла записи удерживается с высокой точностью напряжение, равное пиковому значению того, что поступает от интегратора (рис. 2д). Конденсатор С14 сглаживает эффект типа «ступенька», который может возникнуть при резкой смене частот биений (рис. 2е).

С истокового повторителя сигнал поступает на компаратор DD4.3, ГУН (генератор, управляемый напряжением) и в цепь петли АПЧ. Делитель R21R22 совместно с R23 и R24 обратной связи сужают диапазон управляющего напряжения до амплитуды 1,2 В. Операционный усилитель DA2 сравнивает полученное с тем, что задано делителем R26R29, и формирует напряжение управления варикапом VD1.

Резистором R26 можно устанавливать начальную точку захвата АПЧ (чувствительность) грубо, a R27 - точно. Более того, при перемещении движка R26 в сторону крайнего (верхнего либо нижнего по схеме) положения легко выходить из зоны захвата АПЧ (±300 Гц), осуществляя режим с частотой биений «один к одному», что делает работу с прибором более гибкой.

Для уяснения особенностей функционирования узла, замедляющего реакцию АПЧ на резкое изменение частоты биений, предположим, что на базе транзистора VT4 имеется, к примеру, некоторое установившееся U б. Допустим также, что в какой-то момент происходит резкое изменение частоты биений и, соответственно, напряжения на С14. Исправная схема нашего металлодетектора обязательно отзовётся на такую «вводную»» адекватным отклонением U б транзистора VT4 от прежнего значения (благодаря большим номиналам R19, R20 и С16). А вот ответом на плавное изменение частоты биений непременно будет реакция в виде медленного изменения названных напряжений.

Когда в зону чувствительности поисковой рамки-датчика попадает металлический предмет и находится там относительно долго, на базе VT4 устанавливается напряжение, которого обычно хватает для возврата на заданный частотный режим. Но при резком отводе датчика в сторону ситуация изменяется, U б транзистора VT4 не сможет быстро вернуться на предыдущий уровень. То есть создаются условия для перехода через «0» (возникновения положительной обратной связи). Чтобы последнее исключить, введено шунтирование R19 диодом VD3, через который происходит быстрый разряд ёмкости С16 (возврат U б на установленный уровень).

Фактически АПЧ имеет (в зависимости от того, в какую сторону происходит изменение частоты биений) две постоянные времени. А так как особое выполнение датчика практически нивелирует влияние ферромагнитных свойств обнаруживаемых предметов на увеличение f поискового генератора то и АПЧ, и прибор в целом работают во всех режимах весьма корректно. ГУН (DD4.4, и R18, С15) преобразует напряжение, изменяющееся с частотой биений, в частоту. А настроенный с помощью делителя R16R17 компаратор DD4.3 разрешает ему это делать в зоне максимальной чувствительности.

Частота ГУН поступает на вход А смесителя (ключ DD5.4). На вход СО приходят от логического элемента DD4.1 и разностная f биений, и сформированный дифференцирующей цепью C10R9 (для лучшего звучания головных телефонов, уменьшения потребляемой мощности) короткий отрицательный импульс. В результате на выходе смесителя присутствует или промодулированная частота ГУН, или только частота биений. Причём переход с одного режима на другой схема выполняет автоматически. Переменный резистор R30 служит нагрузкой и регулятором громкости, а совмещённый с ним SA1 - выключателем электропитания.

Использование микросхем серии КМОП, операционных усилителей, работающих в микротоковом режиме, позволило сократить ток потребления до уровня 6 мА, сделав приемлемым использование батареи «Крона» в качестве источника электропитания.

Как и другие аналоги (включая опубликованные в «Моделисте-конструкторе» № 8"89 и 4"96), почти весь металлодетектор смонтирован на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Поисковый генератор помещён в экранирующую коробку из жести. За габариты платы вынесены лишь регулировочные сопротивления R26, R27, R30, гнезда подключения источника питания и головных телефонов, а также рамка-датчик.

Печатная плата устройства

DD1 К561ЛА8; DA1-DA2 КР140УД1208; DD2 К561ТМ2; VT1-VT3 КП303А;
DD3 К176ЛП4; VT4 КТ3102Г; VD1 Д902; VD2-VD3 КД522

Топология печатной платы

Технология и тщательность изготовления рамки-датчика настолько важны для работоспособности всего металлодетектора, что требуют, видимо, более детального изложения. В качестве основы здесь использован жгут, составленный из одиннадцати 1100-мм отрезков провода ПЭВ2-1,2. Плотно обернув слоем изоленты, его втискивают в алюминиевую трубку, имеющую внутренний диаметр 10 мм и длину 960 мм. Полученной заготовке придают форму прямоугольной рамки 300x200 мм с закруглёнными углами.

Конец первого из проводов, помещённых в алюминиевом корпусе - электростатическом экране, последовательно припаивают к началу второго и так далее до образования своеобразной 11-витковой катушки индуктивности. Спайки изолируют друг от друга бумажной лентой и заливают эпоксидной смолой, исключая при этом появление короткозамкнутого витка за счёт самой согнутой в рамку трубки.

Рамка металлодетектора

Желательно здесь же предусмотреть любой закрытый высокочастотный разъём и подходящее (не металлическое) крепление для штанги-рукоятки, в качестве которой можно использовать одну-две секции от разборного удилища. Кабель, соединяющий рамку с блоком, лучше использовать коаксиальный, телевизионный, например, РК75.

Дроссель L2 поискового генератора (обозначение здесь и далее - согласно рис. 1 и в соответствии с принципиальной электрической схемой металлодетектора, опубликованной в предыдущем номере журнала) имеет 450 витков провода ПЭЛ1-0,01. Намотка - внавал на каркасе диаметром 4 и длиной 15 мм с ферромагнитным сердечником М600НН (можно применить подходящую контурную катушку от старого радиоприёмника). Индуктивность такого дросселя 1-1,2 мГн.

В приборе использованы конденсаторы КСО или КТК (С3, С4, С5), КЛС или KM (С1, С2, С6 - С13, С15), К50-6 или К53-1 (С14, С16, С17). Есть выбор и резисторов. В частности, для «подстроечников» R26, R27 подойдут СП5-2 или СП-3. То же самое можно сказать о переменном R30, только он должен быть совмещён с выключателем.

Все остальные резисторы - МЛТ-0,125 (ВС-0,125).

Цифровые МС можно заменить аналогами из хорошо зарекомендовавшей себя серии К176. DD1, DD3 - любые из того же ряда, лишь бы содержали требуемое количество инверторов.

Допускают замену и транзисторы. В качестве VT1 и VT2, например, подойдут КП303Б (-Ж). На месте VT3 приемлем КП303 или КП305 (буквенный индекс в конце наименования в данном случае роли не играет), а КТ3102Г (VT4) заменит КТ3102Е.

Кварц - из тех, что рассчитаны на 1,0-1,4 мГц. Выбор головных телефонов тоже не ограничен. Как свидетельствует практика, вполне подойдут ТОН-1 или ТОН-2. Варикап Д901 можно заменить на Д902. Диоды VD2 и VD3 КД522 (КД523) с любым буквенным индексом.

Для настройки собранного прибора потребуются осциллограф и...аккуратность в работе. Тщательно осмотрев весь монтаж, на схему подают электропитание. Затем проверяют ток потребления, который у правильно выполненной работоспособной конструкции должен составлять 5.5 - 6,5 мА. При выходе за указанные значения ищут и устраняют ошибки в пайке и т.д.

В функционировании образцового генератора убеждаются по наличию на выводе 1 микросхемы DD2 частоты, равной 0,5f кварцевого резонатора со скваженостью 2. Потом переходят к «поисковику.» В контрольную точку на печатной плате, где сходятся R3 и С8, подают половину напряжения питания, отсоединив при этом выход микросхемы DA2. И осциллографом, подключённым к стоку транзистора VT2, проверяют амплитуду выходного напряжения. Она должна быть от 1 В до 1,2 В. Если отклонение превышает 0,1 В. корректируют число витков в дросселе L2.

А с помощью конденсаторов С3 и С4 выставляют оптимальную частоту сигнала, равную 0.5f кварца Причём сам датчик должен располагаться не ближе двух метров от металлических предметов. При необходимости, подбирая R5, стремятся получить симметричный выходной сигнал на выводе 9 микросхемы DD3 (при этом смеситель должен выдавать сигнал разностной частоты с меандром, равным 2). Затем, установив изменением напряжения на варикапе частоту биений, равную 8-9 Гц, замеряют сигнал на выводе 6 интегратора DA1 - он должен быть «на грани ограничения снизу». Соответствующую же корректировку осуществляют подбором номинала у резистора R10.

Присоединив осциллограф к истоку транзистора VT3, проверяют изменение уровня напряжения в зависимости от частоты биений. Резисторами R16 и R17 добиваются, чтобы логический ноль на выходе компаратора (вывод 10 микросхемы DD4) появлялся только тогда, когда f биений станет выше 70 Гц.

ГУН подстраивают с помощью резистора R15 так, чтобы генератор начинал работать, когда сигнал интегратора «выходил из ограничения снизу». В дальнейшем это существенно упростит корректировку прибора перед работой, гак как минимальная частота ГУН и будет соответствовать настройке металлодетектора на максимальную чувствительность.

Восстановив на печатной плате специально отпаянное ранее соединение R3 и С8 с DA2, переходят к заключительному этапу отладки прибора. Движок «подстроечника» R26 поворачивают в крайнее(«плюсовое»)положение, что будет соответствовать максимальной частоте биений (причём f поискового генератора > f образцового.

Затем, медленно вращая движок в обратную сторону, начинают контролировать сигнал на выводе 6 DA1. Замечают, как (при определённом положении движка R26) на экране осциллографа вырисовывается момент попадания сигнала в зону захвата АПЧ.

Продолжая поворот ручки подстроечного резистора R27, добиваются частоты биений, равной 10 Гц, одновременно проверяя работу АПЧ (по стремлению сигнала вернуться в исходное состояние).

Движки резисторов R26, R27 необходимо перемещать медленно, учитывая большую инерционность АПЧ. При этом в головных телефонах будут прослушиваться минимальная частота ГУН и слабые щелчки с f биений. В некоторых случаях может возникнуть эффект «плавания» звука относительно некоторого фиксированного состояния. В этом случае необходимо более точно подобрать соотношение резисторов R23, R24 или уменьшить номиналы R19, R20.

Как уже отмечалось, электронную часть металлодетектора (а это почти и есть весь прибор) можно смонтировать в любом подходящем корпусе, закреплённом на ручке. Необходимо позаботиться, чтобы поисковая рамка-датчик, а также соединительные провода были жёстко закреплены относительно друг друга. Ведь даже незначительные вибрации этих деталей, возникающие при передвижении оператора, способны породить ложный сигнал (особенно при максимальной чувствительности схемы и недостаточном опыте работы с прибором). По той же причине лопатку следует носить за спиной штыком вверх (подальше от рамки-датчика). А металлические наконечники на шнурках ботинок оператора вообще недопустимы. Привносимые ими помехи грозят свести на нет все усилия сверхчуткого прибора отыскать в земле то, с чем она столь неохотно расстается.

Работа с металлодетектором мало чем отличается от действий с современным ручным миноискателем. Конечно же, столь точным приборам нужна юстировка. В нашем конкретном случае - это поворот движка подстроечного резистора R26 в крайнее («плюсовое») положение, a R27 - в среднее. Подав на аппаратуру электропитание, вращают ручку регулировки R26 в противоположную сторону до появления в головных телефонах сигнала ГУН. После этого подстроенным резистором R27 устанавливают требуемую чувствительность. А с помощью R26 произвольно выставляют (при работе с прибором в режиме биений «один к одному») f биений в пределах 200-300 Гц.

АПЧ и ГУН, по сути, отключены, поэтому поиск ведут как обычно. Для более четкого определения места расположения мелких предметов рамку-датчик подносят к зоне поиска либо горизонтально (закруглённым углом вперёд), либо под наклоном 45-90° к исследуемой поверхности (с явным позиционным преимуществом одной из боковин рамки).

Ю. СТАФИЙЧУК, Республика Молдова

Андрей Щедрин
г. Москва

Юрий Колоколов
г. Донецк

Предлагаемый вашему вниманию импульсный металлоискатель является совместной разработкой Юрия Колоколова и Андрея Щедрина. Прибор предназначен для любительского поиска кладов и реликвий, поиска на пляже и т.д. После публикации первой версии металлоискателя в , этот прибор получил высокую оценку среди любителей, повторивших конструкцию. Вместе с тем были высказаны полезные замечания и пожелания, которые мы учли в новой версии прибора.

В настоящее время металлоискатель серийно выпускается московской фирмой МАСТЕР КИТ в виде наборов "сделай сам" для радиолюбителей под обозначением NM8042 (в настоящее время выпускается обновленная версия металлоискателя в виде готового микропроцессорного модуля). Набор содержит печатную плату, пластиковый корпус и электронные компоненты, включая уже запрограммированный контроллер. Возможно, для многих любителей приобретение такого набора и последующая его несложная сборка окажутся удобной альтернативой приобретению дорогого промышленного прибора или полностью самостоятельному изготовлению металлоискателя.

Принцип действия импульсного или вихретокового металлоискателя основан на возбуждении в металлическом объекте импульсных вихревых токов и измерении вторичного электромагнитного поля, которое наводят эти токи. В этом случае возбуждающий сигнал подается в передающую катушку датчика не постоянно, а периодически в виде импульсов. В проводящих объектах наводятся затухающие вихревые токи, которые возбуждают затухающее электромагнитное поле. Это поле, в свою очередь, наводит в приемной катушке датчика затухающий ток. В зависимости от проводящих свойств и размера объекта, сигнал меняет свою форму и длительность. На рис.1. Схематично показан сигнал на приемной катушке импульсного металлоискателя. Осциллограмма 1 – сигнал в отсутствии металлических мишеней, осциллограмма 2 – сигнал при нахождении датчика вблизи металлического объекта.

Импульсные металлоискатели имеют свои достоинства и недостатки. К достоинствам относится малая чувствительность к минерализованному грунту и соленой воде, к недостаткам - плохая селективность по типу металла и сравнительно большое потребление энергии.

Рис.1. Сигнал на входе импульсного металлоискателя.

Большинство практических конструкций импульсных металлоискателей строятся либо по двухкатушечной схеме, либо по однокатушечной схеме с дополнительным источником питания. В первом случае прибор имеет раздельные приемную и излучающую катушки, что усложняет конструкцию датчика. Во втором случае катушка в датчике одна, а для усиления полезного сигнала используется усилитель, который питается от дополнительного источника питания. Смысл такого построения заключается в следующем – сигнал самоиндукции имеет более высокий потенциал, чем потенциал источника питания, который используется для подачи тока в передающую катушку. Поэтому для усиления такого сигнала усилитель должен иметь собственный источник питания, потенциал которого должно быть выше напряжения усиливаемого сигнала. Это также усложняет схему прибора.

Предлагаемая однокатушечная конструкция построена по оригинальной схеме, которая лишена приведенных выше недостатков.

Технические характеристики

Напряжение питания: 7,5 – 14 (В)
Потребляемый ток не более: 90 (мА)
Глубина обнаружения:

Монета диаметром 25 мм - 20 (см)
- пистолет - 40 (см)
- каска - 60 (см)

Структурная схема металлоискателя изображена на рис.2. Основой устройства является микроконтроллер. С его помощью осуществляется формирование временных интервалов для управления всеми узлами устройства, а также индикация и общее управление прибором. С помощью мощного ключа производится импульсное накопление энергии в катушке датчика, а затем прерывание тока, после которого возникает импульс самоиндукции, возбуждающий электромагнитное поле в мишени.

Рис.2. Структурная схема импульсного металлоискателя.

Изюминкой предлагаемой схемы является применение дифференциального усилителя во входном каскаде. Он служит для усиления сигнала, напряжение которого выше напряжения питания и привязке его к определенному потенциалу - + 5 (В). Для дальнейшего усиления служит приемный усилитель с большим коэффициентом усиления. Для измерения полезного сигнала служит первый интегратор. Во время прямого интегрирования производится накопление полезного сигнала в виде напряжения, а во время обратного интегрирования производится преобразование результата в длительность импульса. Второй интегратор имеет большую постоянную интегрирования и служит для балансировки усилительного тракта по постоянному току.

Рис.3. Принципиальная электрическая схема простого импульсного металлоискателя

Предложенная конструкция прибора разработана полностью на импортной элементной базе. Использованы самые распространенные компоненты ведущих производителей. Некоторые элементы можно попытаться заменить на отечественные, об этом будет сказано ниже. Большинство примененных элементов не являются дефицитными и могут быть приобретены в больших городах России и СНГ через фирмы, торгующие электронными компонентами.

Дифференциальный усилитель собран на ОУ D1.1. Микросхема D1 представляет собой счетверенный операционный усилитель типа TL074. Его отличительными свойствами являются высокое быстродействие, малое потребление, низкий уровень шумов, высокое входное сопротивление, а также возможность работы при напряжениях на входах, близких к напряжению питания. Эти свойства и обусловили его применение в дифференциальном усилителе в частности и в схеме в целом. Коэффициент усиления дифференциального усилителя составляет около 7 и определяется номиналами резисторов R3, R6…R9, R11.

Приемный усилитель D1.2 представляет собой неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления 57. Во время действия высоковольтной части импульса самоиндукции этот коэффициент снижается до 1 с помощью аналогового ключа D2.1. Это предотвращает перегрузку входного усилительного тракта и обеспечивает быстрое вхождение в режим для усиления слабого сигнала. Транзисторы VT3 и VT4 предназначены для согласования уровней управляющих сигналов, подаваемых с микроконтроллера на аналоговые ключи.

С помощью второго интегратора D1.3 производится автоматическая балансировка входного усилительного тракта по постоянному току. Постоянная интегрирования 240 (мс) выбрана достаточно большой, чтобы эта обратная связь не влияла на усиление быстро изменяющегося полезного сигнала. С помощью этого интегратора на выходе усилителя D1.2 при отсутствии сигнала поддерживается уровень +5 (В).

Измерительный первый интегратор выполнен на D1.4. На время интегрирования полезного сигнала открывается ключ D2.2 и, соответственно, закрывается ключ D2.4. На ключе D2.3 реализован логический инвертор. После завершения интегрирования сигнала ключ D2.2 закрывается и открывается ключ D2.4. Накопительный конденсатор C6 начинает разряжаться через резистор R21. Время разряда будет пропорционально напряжению, которое установилось на конденсаторе C6 к концу интегрирования полезного сигнала. Это время измеряется с помощью микроконтроллера , который осуществляет аналого-цифровое преобразование. Для измерения времени разряда конденсатора C6 используются аналоговый компаратор и таймеры, которые встроены в микроконтроллер D3.

Кнопка S1 предназначена для начального сброса микроконтроллера. С помощью переключателя S3 задается режим индикации устройства. С помощью переменного резистора R29 регулируется чувствительность металлоискателя.

С помощью светодиодов VD3…VD8 производится световая индикация .

Алгоритм функционирования

Для разъяснения принципа работы описываемого импульсного металлоискателя на рис.4 приведены осциллограммы сигналов в наиболее важных точках прибора.

Рис.4. Осциллограммы.

На время интервала A открывается ключ VT1. Через катушку датчика начинает протекать пилообразный ток – осциллограмма 2. При достижении величины тока около 2(А) ключ закрывается. На стоке транзистора VT1 возникает выброс напряжения самоиндукции – осциллограмма 1. Величина этого выброса - более 300 Вольт (!) и ограничивается резисторами R1, R3. Для предотвращения перегрузки усилительного тракта служат ограничительные диоды VD1, VD2. Также для этой цели на время интервала A (накопление энергии в катушке) и интервала B (выброс самоиндукции) открывается ключ D2.1. Это снижает сквозной коэффициент усиления тракта с 400 до 7. На осциллограмме 3 показан сигнал на выходе усилительного тракта (вывод 8 D1.2). Начиная с интервала C, ключ D2.1 закрывается и коэффициент усиления тракта становится большим. После завершения защитного интервала C, за время которого усилительный тракт входит в режим, открывается ключ D2.2 и закрывается ключ D2.4 – начинается интегрирование полезного сигнала – интервал D. По истечении этого интервала ключ D2.2 закрывается, а ключ D2.4 открывается – начинается “обратное” интегрирование. За это время (интервалы E и F) конденсатор C6 полностью разряжается. С помощью встроенного аналогового компаратора микроконтроллер отмеряет величину интервала E, которая оказывается пропорциональной уровню входного полезного сигнала. Для текущих версий микропрограммного обеспечения установлены следующие значения интервалов:

A – 60…200 мкс, B – 12 мкс, С – 8 мкс, D – 50 (мкс), A + B + C + D + E + F – 5 (мс) - период повторения.

Микроконтроллер обрабатывает полученные цифровые данные и индицирует с помощью светодиодов VD3…VD8 и излучателя звука Y1 степень воздействия мишени на датчик. Светодиодная индикация представляет собой аналог стрелочного индикатора – при отсутствии мишени горит светодиод VD8, далее в зависимости от уровня воздействия последовательно загораются VD7, VD6 и т.д.

Рис.5. Принципиальная схема второй усовершенствованной версии микропроцессорного импульсного металлоискателя

Отличия (рис.5) от первой версии прибора (рис.3) состоят в следующем:

1. Добавлен резистор R30. Это сделано для того, чтобы снизить влияние внутреннего сопротивления различных батарей на настройку прибора. Теперь можно безболезненно менять кислотный аккумулятор на 6-8шт солевых батарей. Настройка прибора при этом не "съедет".

2. Добавлены "ускоряющие" конденсаторы C15,C16,C17. Благодаря этому существенно улучшилась термостабильность схемы. В старой схеме ключи VT2...VT4 были самым уязвимым местом в этом плане. Плюс к этому в программу добавлена непрерывная автобалансировка нуля.

3. Добавлена цепь R31 , R32, C14 . Эта цепь позволяет непрерывно контролировать состояние аккумуляторной батареи. С помощью резистора R32 теперь можно выставить любой порог безопасной(для аккумулятора) разрядки аккумуляторов различных типов. Например, для 8шт NiCd или NiMH аккумуляторных батарей типа АА нужно будет установить уровень 8 Вольт, а для 12 В кислотного аккумулятора - 11 Вольт... Когда будет достигнут пороговый уровень, будет включена световая и звуковая индикация.

Настраивается этот режим просто. Прибор запитывается от блока питания. На блоке питания выставляется требуемое пороговое напряжение, движок резистора R32 сначала ставится в “верхнее” по схеме положение., а затем, вращая ротор резистора R32, нужно добиться срабатывания индикации – светодиод VD8 начнет мигать, источник звука будет издавать прерывистый сигнал. Из этого режима прибор выходит только по сбросу.

4. В качестве альтернативного устройства индикации теперь можно использовать двухстрочный шестнадцатисимвольный ЖКИ. Этот режим включается при замыкании переключателя S3. В этом случае сигнальные выводы ЖКИ подключаются согласно схемы вместо светодиодов. Также на модуль ЖКИ необходимо подать напряжение +5 В и подключить “земляной” провод. Резистор R33 монтируется непосредственно на контактах модуля ЖКИ (рис.6).

Рис.6. Альтернативный ЖКИ - индикатор.

В этом случае в верхней строке всегда индицируется название металлоискателя, а в нижней строке в зависимости от режима: "Autotuning", "Low battery". В режиме поиска в этой строке рисуется столбец на 16 градаций уровня сигнала. При этом звуковой сигнал тоже имеет 16 градаций тона.

Типы деталей и конструкция

Вместо операционного усилителя D1 TL074N можно попробовать применить TL084N.

Микросхема D2 - это счетверенный аналоговый ключ типа CD4066, который можно заменить на отечественную микросхему К561КТ3.

Микроконтроллер D4 AT90S2313-10PI прямых аналогов не имеет. В схеме не предусмотрены цепи для его внутрисхемного программирования, поэтому контроллер желательно устанавливать на панельку, чтобы его можно было перепрограммировать.

Транзистор VT1 типа IRF740 можно попробовать заменить на IRF840.

Транзисторы VT2…VT4 типа 2N5551 можно заменить на КТ503 с любым буквенным индексом. Однако следует обратить внимание на тот факт, что они имеют другую цоколевку.

Светодиоды могут быть любого типа, VD8 желательно взять другого цвета свечения. Диоды VD1,VD2 типа 1N4148.

Резисторы могут быть любых типов, R1 и R3 должны иметь рассеиваемую мощность 0,5 (Вт), остальные могут быть 0,125 или 0,25 (Вт). R9 и R11 желательно подобрать, чтобы их сопротивление отличалось не более, чем на 5%.

Конденсатор C1 – электролитический, на напряжение 16В, остальные конденсаторы керамические.

Кнопка S1, переключатели S3,S4, переменный резистор R29 могут быть любых типов, которые подходят по габаритам. В качестве источника звука можно использовать пъезоизлучатель или головные телефоны от плеера.

Конструкция корпуса прибора может быть произвольной. Штанга вблизи датчика (до 1 метра) и сам датчик не должны иметь металлических деталей и элементов крепления. В качестве исходного материала для изготовления штанги удобно использовать пластиковую телескопическую удочку.

Датчик содержит 27 витков провода диаметром 0,6 - 0,8 мм, намотанного на оправке 190 (мм). Датчик не имеет экрана и его крепление к штанге должно осуществляться без применения массивных шурупов, болтов и т.д. (!) Для соединения датчика и электронного блока нельзя использовать экранированный кабель из-за его большой емкости. Для этих целей надо использовать два изолированных провода, например типа МГШВ, свитых вместе.

Налаживание прибора

ВНИМАНИЕ! В приборе имеется высокое, потенциально опасное для жизни напряжение – на коллекторе VT1 и на датчике. Поэтому при настройке и эксплуатации следует соблюдать меры электробезопасности.

1. Убедиться в правильности монтажа.

2. Подать питание и убедиться, что потребляемый ток не превышает 100 (мА).

3. С помощью подстроечного резистора R7 добиться такой балансировки усилительного тракта, чтобы осциллограмма на выводе 7 D1.4 соответствовала осциллограмме 4 на рис.4. При этом необходимо следить за тем, чтобы сигнал в конце интервала D был неизменным, т.е. осциллограмма в этом месте должна быть горизонтальной.

В дальнейшей настройке правильно собранный прибор не нуждается. Необходимо поднести датчик к металлическому объекту и убедиться в работе органов индикации. Описание работы органов управления приводится ниже, в описании программного обеспечения.

Программное обеспечение

На момент написания этой статьи было разработано и протестировано программное обеспечение версий V1.0-demo, V1.1 для первой версии прибора и V2.4-demo, V2.4 для второй версии. Демо-версия программы полностью работоспособна и отличается только отсутствием точной регулировки чувствительности. Полные версии поставляются в уже прошитых микроконтроллерах, входящих в состав набора МАСТЕР КИТ NM8042 . HEX файл прошивок V1.0-demo и V2.4-demo можно скачать .

Работа над новыми версиями программного обеспечения продолжается, планируется введение дополнительных режимов. Новые версии, после их всестороннего тестирования, будут доступны в наборах МАСТЕР КИТ.

Работа с прибором

В начале работы необходимо включить питание прибора, поднять датчик на уровень 60-80 см от грунта и нажать на кнопку "Сброс". В течении 2-х секунд прибор произведет автонастройку. По окончании автонастройки прибор издаст характерный короткий звук. После этого датчик необходимо приблизить к грунту (в месте, где отсутствуют металлические предметы) на расстояние 3-7 см и отрегулировать чувствительность с помощью резистора R29. Ручку необходимо вращать до исчезновения ложных откликов. После этого можно приступать к поискам. При появлении индикации разряда батарей поиски необходимо прекратить, выключить прибор и заменить источник питания.

Заключение

Чтобы сэкономить время и избавить Вас от рутинной работы по поиску необходимых компонентов и изготовлению печатных плат МАСТЕР КИТ предлагает набор NM8042.

На рис.7 приведен рисунок печатной платы (для схемы рис.3) и расположение компонентов на ней.

Рис. 7.1. Вид печатной платы сверху.

Рис.7.2. Вид печатной платы снизу.

Набор состоит из заводской печатной платы, прошитого контроллера с версией программы V 1.1, всех необходимых компонентов, пластикового корпуса и инструкции по сборке и эксплуатации. Конструктивные упрощения были сделаны сознательно, с целью уменьшения стоимости набора.

Изготовление поисковой катушки

Катушка представляет собой 27 витков эмалированного провода сечением 0,7-0,8 мм, намотанных в виде кольца 180-190 мм. После намотки катушки витки необходимо обмотать изоляционной лентой. Для подключения датчика необходимо изготовить витую пару из монтажного провода. Для этого берется два куска провода нужной длины, и свиваются вместе из расчета одна скрутка на сантиметр. С одной стороны этот кабель подпаивается к катушке, с другой к плате. Корпус датчика и штанга металлоискателя не должны содержать металлических деталей!

Доработка корпуса

Перед установкой платы металлоискателя в корпус, в нем необходимо сделать отверстия под выносные элементы.

На рис.8 показаны отверстия на передней панели под светодиоды, регулятор чувствительности R29, выключатель питания S4 и кнопку сброса S1. На рис.9 – отверстие на боковой поверхности корпуса под телефонный разъем Earphone JACK. На рис.10 – отверстия на задней панели под кабель питания и под кабель поисковой катушки.

Внешний вид собранной электронной начинки показан на рис. 11.

Рис.8. Отверстия на передней панели корпуса под светодиоды.

Рис.9. Отверстие на боковой поверхности корпуса под телефонный разъем.

Рис.10. Отверстия на задней панели под кабель питания и под кабель поисковой катушки.

Рис.11. Внешний вид электронной начинки микропроцессорного импульсного металлоискателя из набора NM8042.

Источники информации

1. Щедрин А.И. Новые металлоискатели для поиска кладов и реликвий: -М.:”Горячая линия-Телеком”, 2003. -173с.

Можно купить примерно за 100-300 долларов. Цена на металлодетекторы сильно взаимосвязана с их глубиной обнаружения, далек не каждый металлоискатель может "видеть" монеты на глубине в 15 см. Помимо этого на стоимости металлодететкора еще сильно сказывается наличие распознавателя типа металлов ну и типа интерфейса, модные металлоискатели порой оснащают дисплеем для удобной работы.

В этой статье будет рассмотрен пример сборки своими руками мощного металлоискателя под названием Pirat. Прибор способен улавливать под землей монеты на глубине в 20 см. Что же касается крупных предметов, то здесь вполне реальна работа на глубине и во все 150 см.

Видео работы с металлоискателем:

Такое название этот металлоискатель получил из-за того, что он является импульсным, это обозначение двух первых его букв (PI-импульс). Ну а RA-T созвучно со словом radioskot - это название сайта разработчиков, где была и выложена самоделка . По словам автора, собирается Пират очень просто и быстро, для этого хватит даже начальных навыков в работе с электроникой.

Недостатком такого устройства является то, что оно не имеет дискриминатора, то есть не умеет распознавать цветные металлы. Так что поработать с ним на загрязненных различного рода металлами участках не получится.

Материалы и инструменты для сборки:
- микросхема КР1006ВИ1 (или ее зарубежный аналог NE555) - на ней строится передающий узел;
- транзистор IRF740;
- микросхема К157УД2 и транзистор ВС547 (на них собирается приемный узел);
- провод ПЭВ 0.5 (для наматывания катушки);
- транзисторы типа NPN;
- материалы для создания корпуса и так далее;
- изолента;
- паяльник, провода, прочий инструмент.

Остальные радиокомпоненты можно увидеть на схеме.

Еще нужно найти подходящую пластиковую коробочку для монтажа электронной схемы. Еще будет нужна пластиковая труба для создания штанги, на которую крепится катушка.

Процесс сборки металлоискателя:

Шаг первый. Создаем печатную плату
Самой сложной частью устройства является, конечно же, электроника, поэтому с нее и целесообразно начать. В первую очередь нужно сделать печатную плату. Всего есть несколько вариантов плат, в зависимости от используемых радиоэлементов. Есть плата для NE555, а есть плата на транзисторах. Все необходимые файлы для создания платы есть к статье. Также в интернете можно найти и другие варианты плат.

Шаг второй. Устанавливаем электронные элементы на плату
Теперь плату нужно спаять, все электронные элементы устанавливаются в точности, как на схеме. На картинке слева можно увидеть конденсаторы. Эти конденсаторы являются пленочными и имеют высокую термостабильность. Благодаря этому металлоискатель будет работать более стабильно. Особенно это актуально, если пользоваться металлоискателем осенью, когда на улице временами уже достаточно холодно.

Шаг третий. Источник питания для металлоискателя
Для питания устройства нужен источник от 9 до 12 В. Важно отметить, что прибор в плане потребления энергии довольно прожорлив, и это логично, ведь он и мощный. Одной батарейки крона тут надолго не хватит, рекомендуется применять сразу 2-3 батареи, которые соединяют параллельно. Еще можно использовать один мощный аккумулятор (лучше всего заряжаемый).

Шаг четвертый. Собираем катушку для металлоискателя
В связи с тем, что это импульсный металлоискатель, здесь точность сборки катушки не так важна. Оптимальным диаметром является оправка 1900-200 мм, всего нужно намотать 25 витков. После того, как катушка будет намотана, ее нужно хорошенько обмотать сверху изолентой для изоляции. Чтобы увеличить глубину обнаружения катушки, нужно намотать ее на оправку диаметром порядка 260-270 мм, а количество витков снизить до 21-22. Провод при этом используется диаметром 0.5 мм.

После того, как катушка будет намотана, ее нужно установить на жестком корпусе, на нем не должно быть металла. Здесь нужно немного подумать и поискать любой подходящий по размерам корпус. Он нужен для того, чтобы защитить катушку от ударов во время работы с устройством.

Выводы от катушки припаиваются к многожильному проводу, диаметром около 0.5-0.75 мм. Лучше всего, если это будут два, свитые между собой провода.

Шаг пятый. Настраиваем металлоискатель
При сборке точно по схеме настраивать металлоискатель не требуется, он и так имеет максимальную чувствительность. Для более тонкой настройки металлоискателя нужно покрутить переменный резистор R13, нужно добиться редких щелчков в динамике. Если достичь этого получается только в крайних положения резистора, то необходимо сменить номинал резистора R12. Переменный резистор должен настраивать устройство на нормальную работу в средних положениях.

Металлодетекторы глубинного типа способны обнаружить предметы в грунте на большом расстоянии. Современные модификации в магазинах стоят довольно дорого. Однако в данном случае можно попробовать изготовить металлодетектор своими руками. С этой целью в первую очередь рекомендуется ознакомиться с конструкцией стандартной модификации.

Схема модификации

Собирая металлодетектор своими руками (схема показана ниже), нужно помнить, что основными элементами устройства являются демпфер на микроконтроллере, конденсатор и ручка с держателем. Блок управления в устройствах состоит из набора резисторов. Некоторые модификации производятся на приводных модуляторах, которые работают при частоте 35 Гц. Непосредственно стойки выполнены с узкими и широкими пластинами тарельчатой формы.

Инструкция по сборке простой модели

Собрать металлодетектор своими руками довольно просто. В первую очередь рекомендуется заготовить трубку и приделать к ней ручку. Для установки потребуются резисторы высокой проводимости. Рабочая частота устройства зависит от многих факторов. Если рассматривать модификации на диодных конденсаторах, то у них высокая чувствительность.

Рабочая частота таких металлоискателей составляет около 30 Гц. Максимальное расстояние обнаружения предмета у них равняется 25 мм. Работать модификации способны на батарейках литиевого типа. Микроконтроллеры для сборки потребуются с полярным фильтром. Многие модели складываются на датчиках открытого типа. Также стоит отметить, что эксперты не рекомендуют использовать фильтры высокой чувствительности. Они сильно снижают точность обнаружения металлических предметов.

Модель серии "Пират"

Сделать металлодетектор "Пират" своими руками можно только на базе проводного контроллера. Однако в первую очередь для сборки заготавливается микропроцессор. Для его подключения понадобится Многие эксперты рекомендуют применять сеточные конденсаторы с емкостью 5 пФ. Проводимость у них должна поддерживаться на уровне 45 мк. После можно приступать к пайке блока управления. Стойка должна быть прочной и выдерживать вес пластины. Для моделей на 4 В не рекомендуются применять тарелки диаметром более 5,5 см. Индикаторы системы не обязательно устанавливать. После закрепления блока останется лишь установить батарейки.

Использование рефлекторных транзисторов

Сделать с рефлекторными транзисторами металлодетектор своими руками довольно просто. В первую очередь эксперты рекомендуют заняться установкой микроконтроллера. Конденсаторы в данном случае подойдут трехканального типа, а проводимость у них не должна превышать 55 мк. При напряжении 5 В они обладают сопротивлением примерно 35 Ом. Резисторы у модификаций применяются в основном контактного типа. Они обладают отрицательной полярностью и хорошо справляются с электромагнитными колебаниями. Также стоит отметить, что при сборке разрешается использовать Максимальная ширина пластины для такой модификации равняется 5,5 см.

Модель с конвекционными транзисторами: отзывы специалистов

Собрать металлодетектор своими руками можно только на базе коллекторного контроллера. При этом конденсаторы используются на 30 мк. Если верить отзывам экспертов, то лучше не стоит применять мощные резисторы. В данном случае максимальная емкость элементов должна составлять 40 пФ. После установки контроллера стоит заняться блоком управления.

Данные металлоискатели получают хорошие отзывы за надежную защиту от волновых помех. С этой целью используется два фильтра диодного типа. Модификации с системами индикации очень редко встречаются среди самодельных модификаций. Также стоит отметить, что блоки питания должны работать при низком напряжении. Таким образом, батарея долго прослужит.

Использование хроматических резисторов

Своими руками? Модель с хроматическими резисторами собрать довольно просто, но следует учитывать, что конденсаторы для модификаций разрешается применять лишь на предохранителях. Также эксперты указывают на несовместимость резисторов с проходными фильтрами. Перед началом сборки важно сразу заготовить для модели трубку, которая будет ручкой. Затем устанавливается блок. Целесообразнее подбирать модификации на 4 мк, которые работают при частоте 50 Гц. У них малый коэффициент рассевания и высокая точность измерения. Также стоит отметить, что искатели данного класса смогут успешно работать в условиях повышенной влажности.

Модель с импульсным стабилитроном: сборка, отзывы

Устройства с импульсными стабилитронами выделяются высокой проводимостью. Если верить отзывам специалистов, то самодельные модификации способны работать с предметами разного размера. Если говорить про параметры, то точность обнаружения у них равняется примерно 89 %. Начинать сборку устройства стоит с заготовки стойки. Затем монтируется ручка для модели.

Следующим шагом устанавливается блок управления. Затем монтируется контроллер, который работает от литиевых батарей. После установки блока можно заняться пайкой конденсаторов. Отрицательное сопротивление у них не должно превышать 45 Ом. Отзывы экспертов указывают на то, что модификации данного типа можно производить без фильтров. Однако стоит учитывать, что у модели будут серьезные проблемы с волновыми помехами. При этом будет страдать конденсатор. В итоге батарея у моделей данного типа быстро разряжается.

Применение низкочастотного трансивера

Низкочастотные трансиверы у моделей значительно снижают точность работы приборов. Однако стоит отметить, что модификации данного типа способны успешно работать с предметами небольшого размера. При этом у них малый параметр саморазряда. Для того чтобы собрать модификацию своими руками, рекомендуется воспользоваться проводным контроллером. Передатчик чаще всего используется на диодах. Таким образом, проводимость обеспечивается на отметке в 45 мк при чувствительности 3 мВ.

Некоторые эксперты рекомендуют устанавливать сеточные фильтры, которые повышают защищенность моделей. Для поднятия проводимости используются модули только переходного типа. Основными недостатками таких устройств считается перегорание контроллера. При такой поломке проблематично сделать ремонт металлодетектора своими руками.

Использование высокочастотного трансивера

На высокочастотных трансиверах собрать простой металлодетектор своими руками можно только на базе переходного контроллера. Перед началом установки стандартно заготавливается стойка под пластину. Проводимость контроллера в среднем равняется 40 мк. Многие специалисты не используют при сборке контактные фильтры. У них высокие тепловые потери, и они способы работать при частоте 50 Гц. Также стоит отметить, что для сборки металлоискателя используются литиевые батарейки, которые подзаряжают блок управления. Непосредственно датчик у модификаций устанавливается через конденсатор, у которого емкость не должна превышать 4 пФ.

Модель с продольным резонатором

На рынке часто встречаются устройства с продольными резонаторами. Они выделяются среди своих конкурентов высокой точностью определения предметов, и при этом могут работать при повышенной влажности. Для того чтобы самостоятельно собрать модель, заготавливается стойка, а тарелку стоит применять диаметром не менее 300 мм.

Также стоит отметить, что для сборки устройства потребуется контактный котроллер, и один расширитель. Фильтры используются лишь на сеточной подкладке. Многие специалисты рекомендуют устанавливать диодные конденсаторы, которые работают при напряжении 14 В. В первую очередь они мало разряжают батарею. Также стоит отметить, что они обладают хорошей проводимостью по сравнению с полевыми аналогами.

Использование селективных фильтров

Сделать такой глубинный металлодетектор своими руками не просто. Основная проблема заключается в том, что в устройство нельзя установить обычный конденсатор. Также стоит отметить, что пластина для модификации подбирается размером от 25 см. В некоторых случаях стойки устанавливаются с расширителем. Многие эксперты советуют начинать сборку с установки блока управления. Он обязан работать при частоте не более 50 Гц. При этом проводимость зависит от контроллера, который используется в оборудовании.

Довольно часто его подбирают с обкладкой для повышения защищенности модификации. Однако такие модели часто перегреваются, и не способны работать с высокой точностью. Для решения данной проблемы рекомендуется использовать обычные переходники, которые устанавливаются под конденсаторные блоки. Катушка для металлодетектора своими руками изготавливается из блока трансивера.

Применение контакторов

Контакторы в устройства устанавливаются вместе с блоками управления. Стойки для модификаций используются небольшой длины, а тарелки подбираются на 20 и 30 см. Некоторые эксперты говорят о том, что устройства стоит собирать на импульсных переходниках. При этом конденсаторы можно использовать низкой емкости.

Также стоит отметить, что после установки блока управления стоит припаять фильтр, который способен работать при напряжении 15 В. В данном случае у модели будет поддерживаться проводимость на уровне 13 мк. Трансиверы чаще всего используются на переходниках. Перед включением металлоискателя на контакторе проверяется уровень отрицательного сопротивления. Указанный параметр в среднем равняется 45 Ом.

Передатчик

Передающая часть состоит из генератора прямоугольных импульсов на микросхеме IC1 — NE555 (отечественный аналог КР1006ВИ1) и мощного ключа на транзисторе Т1 — IRF740 (IRF840). Для его раскачки стоит транзистор Т2 — 2N3904. Нагрузкой Т1 является поисковая катушка L1. Для подстройки длительности и частоты импульса подбираем сопротивление R10 и R11 соответственно.

Приёмник

Приемный узел собран на микросхеме IC2 — TL074. В её состав входит четыре малошумящих операционных усилителя. По входу первого каскада усилителя стоит ограничитель сигнала на диодах VD1,VD2, включенных встречно-параллельно. На выходе последнего усилителя включен светодиод, загорающийся при наличии металла в поле катушки.

После первого каскада усиления стоит пассивный фильтр, вырезающий полезную часть приходящего импульса.

На микросхеме IC3 — NE555 собран звуковой генератор, срабатывающий вместе со светодиодом при появлении металла. Управляет генератором транзистор T3 — 2N3906.

Диод VD3 IN4001 совместно с предохранителем (0,5А) нужны для защиты схемы от переполюсовки питания.

Поисковая катушка

Катушка L1 (250μH) намотана на оправке 180 — 200 мм и содержит 27 витков провода ПЭЛШО в лаковой и шёлковой изоляции, если такого нет, то ПЭВ (ПЭЛ, ПЭТВ и др.), диаметром 0,3 — 0,8 мм. Провод можно взять с трансформаторов, дросселей, отклоняющей системы или петли размагничивания негодного цветного телевизора. Катушку можно намотать на круглой оправке, например, ведре или кастрюле. Затем снять с оправки и обмотать несколько слоёв изоленты. Для изготовления катушки можно использовать пластмассовую крышку от ведра или пяльцы для вышивания, в которые очень хорошо укладывается провод.

Каркас катушки НЕ должен содержать металла! Сама катушка в этом типе металлоискателя тоже НЕ обматывается фольгой!

Провод, соединяющий катушку и плату должен быть толстым и желательно экранированным, а также не иметь соединений и разъёмов. В импульсе ток достигает больших значений и всё выше сказанное влияет на чувствительность прибора.

Настройка металлоискателя

Настройка этого металлоискателя намного сложнее, чем рассматриваемого ранее на одной микросхеме К561ЛА7.

Паять плату чистой канифолью или спирто-канифольным раствором. После пайки зубной щёткой смыть со спиртом остатки канифоли. После монтажа ОБЯЗАТЕЛЬНО ещё раз проверьте правильность монтажа согласно принципиальной схеме.

Правильно собранный металлоискатель работает сразу, но чтобы добиться максимальной чувствительности понадобится не мало усилий и терпения, а также не помешали бы для настройки осциллограф и частотомер. Также нужен будет мультиметр. При включении проконтролируйте ток, потребляемый прибором. При 9В — 30 мА, при 12В — 42мА .

Для питания устройства лучше взять аккумуляторы. Я взял из старой батареи от ноутбука. 4 шт по 3В = 12В.

Сначала рекомендуется намотать катушку около 30 витков, затем настроить максимальную чувствительность резисторами. В наушниках необходимо добиться R6 и R16 РЕДКОЕ ПОТРЕСКИВАНИЕ . Затем смотать 2 витка — далее настроить до потрескивания. Например, смотал 2 витка и пробовать первый каскад регулировать усиление (R6), затем прогнать регулировку фильтра (R14, C8), затем регулировку усиления второго каскада (R20), третьего (R22).

Контролировать пока можно на звук, на светодиод не обращать внимания. При сматывании витков ток будет расти, а вот чувствительность нужно «поймать» максимальную. Если много витков — она будет слабая и при малых витках тоже слабая. Найти нужно «золотую середину».

Резисторы R6 — порог усиления первого каскада (таблица напряжений ниже)совместно с регуляторами «Фильтр» и «Усиление» добиваемся максимальной чувствительности (в наушниках редкое потрескивание! ) и R24 — порог срабатывания звукового генератора , для того чтобы светодиод и тон генератора в наушниках появлялись одновременно. Регуляторами «Фильтр» и «Усиление» устанавливаем порог начала свечения светодиода.

Мультиметром можно померить напряжения (В) на выводах ОУ (без присутствия металла в поле катушки /с присутствием металла) (питание металлоискателя +12В):

IC1 (NE555)

IC2 (TL074)

0 / 4,1
0,8 / 4,3
0,8 / 4,3
0,1 / 4,3
4 / 3,6
4,0 / 3,6

IC3 (NE555)

7,1 / 6,3
11,5 / 10,1
7,1 / 6,3
7,1 / 6,3

Если есть Осциллограф, то можно посмотреть:

Работу передатчика

частоту генератора на IC1 выв.3 (подстройка R11 — 120 — 150Гц);
длительность управляющего импульса на затворе Т1 (подстройка R10 — 130-150 мкс).

Работу приёмника

Прохождения импульсов передатчика в контрольных точках приёмника (выходы операционных усилителей Вывода 1, 14, 8 и 7.

На выходе микросхемы звукового генератора (выв. 3) появляется тон, частотой около 800 — 1000 Гц. Частота тона определяется конденсатором С13 и сопротивлением R27.

Для увеличения громкости на выходе микросхемы стоит транзисторе Т4 — 2N3906. Громкость в наушниках устанавливается сопротивлением R31, включенным последовательно с наушником.

Печатная плата металлоискателя «Винтик»

Схема металлоискателя собрана на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита по приведённому рисунку выше.

Расположение деталей на плате

Работа с металлоискателем

При включении регуляторами R14 «Фильтр» и R16 «Усиление» устанавливаем порог начала свечения светодиода. Настройка на максимальную чувствительность: находим такое положение, при котором в динамике едва прослушиваются щелчки!

Принципиальная схема доработанного импульсного металлоискателя «VINTIK-PI»

Схема отличается от предыдущей:

Добавлением вместо фильтра узла задержки на микросхеме NE555 и ключа на полевом транзисторе BF245. Длительность импульса регулируется подстроечным резистором от 50 до 100 мкс. В предыдущей версии нужная часть импульса вырезалась пассивным фильтром на R9, R12, R14, C8, C9, C10 теперь это делает узел задержки с ключом (NE555 и BF245). При этом решении упрощается задача настройки фильтра металлоискателя, а также возрастает чувствительность на 5-7 см, ток потребления возрос до 65 мА (в зависимости от катушки).
Добавлена схема контроля питания на свободном элементе (IC 2.2) TL074. При понижении питания ниже 12В загорается светодиод. С 12 В до 10 В схема ещё работоспособна с небольшой корректировкой регулятора «усиления». Чувствительность при понижении питания тоже снижается.
Изменена схема регулировки громкости. Теперь можно подключать к выходу как наушники, так и маломощный динамик. При подключении наушника динамик отключается.
В данной схеме используется поисковая катушка «корзиночного типа» , состоящая из трёх витков компьютерного кабеля «витая пара» (без экрана). С её помощью удается получить большую чувствительность прибора.

Обсудить предложенные металлоискатели можно на .

Если у Вас желание собрать схему, но нет необходимых деталей Вы можете