И под землей отыщет
Созданный мною металлодетектор пока не использовался ни в миротворческих операциях по обезвреживанию и выявлению минных полей, ни в широкомасштабных геологических либо археологических изысканиях. Вычисленный не на специалистов, а на любителей, чье желание «посмотреть под почву» способна удовлетворить конструкция с параметрами, приведенными в таблице, он представляет собой улучшенный вариант «металлоискателя на биениях».
Чувствительность у прибора повышена за счет удачного применения (четкой фиксации) зависимости длительности зондирующего импульса от интенсивности самих посылок с введением в поисковый генератор автоматической подстройки частоты (АПЧ). Причем дополнительных мер для температурной компенсации и стабилизации напряжения электронных блоков не потребовалось.
А предвещаемые скептиками «непримиримые несоответствия» (дескать, изменение частоты у поискового колебательного контура при попадании металла в рабочую территорию несовместимо с обычным функционированием совокупности 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 большую инерционность (громадную постоянную времени).
Уже из анализа блок-схемы видно, что изготовить таковой прибор заведомо сложнее, чем любой из прошлых менее чувствительных аналогов, включая металлоискатели, размещённые в № 8’85 и 4’96 издания «Моделист-конструктор». Так как у предлагаемой мною разработки, кроме стандартного комплекта из примерного кварцевого (1) и измерительного (2) генераторов, выносной катушки индуктивности I. (поисковой рамки-датчика), смесителя (3) и звукового регистратора ВА (телефонного капсюля), — налицо новые, значительно улучшающие эксплуатационные характеристики, устройства.
Это и интегратор (4), производящий пилообразный сигнал с амплитудой, пропорциональной управляющей частоте биений, и формирователь импульса записи (5), что совместно с ключом (6) и истоковым повторителем VТ являются аналоговое запоминающее устройство, фиксирующее пиковое напряжение с интегратора.
Не обходится металлодетектор без компаратора (7), снабжающего непроизвольный перевод электроники из территории большой чувствительности в область регистрации биений «один к одному» (и напротив), без особого генератора ГУН (8), преобразующего напряжение, организованное на истоковом повторителе, в электрические колебания частотой 200—8000 Гц, и без вышеупомянутой уникальной совокупности автоподстройки частоты АПЧ (9) с особенным узлом, замедляющим реакцию прибора на чрезмерно резкое изменение управляющего напряжения.
Имеется тут и ряд других технических ответов, среди которых, конечно же, нельзя не выделить «операционник» и спецсмеситель (10).
ГЛАВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ МЕТАЛЛОДЕТЕКТОРА
Габариты печатной
платы, мм…….,…….. 90x70x2
Напряжение
электропитания, В . . ……. .. . 9
Потребляемый
прибором ток, мА…………..
6
Глубина обнаружения металлических предметов в черноземе при устоявшейся сухой погоде, мм
а) диск 10×2 мм…………..100
б) Диск 100×20 мм………….680
в) диск 500×100 мм (канализационный люк)……..1400
Как показывает опыт, как раз таковой состав устройств при выбранном методе формирования звукового сигнала разрешает прослушивать обе частоты в один момент, значительно облегчая начальную настройку прибора на определенную чувствительность. И надежность обеспечивается высокая.
Кроме того в экстремальной обстановке, в то время, когда, скажем, поисковая рамка-датчик приближается к массивному железному предмету на расстояние, при котором разностная частота делается практически критической (70 Гц), сбоев в работе не появляется — в головных телефонах слышна лишь изменяющаяся частота биений.
Сейчас о частностях, отыскавших собственный отражение на принципиальной электрической схеме. Примерный генератор выполнен на элементе DD1.1.
Его частота стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1, включенным в цепь хорошей обратной связи. Для обеспечения возбуждения генератора при включении питания помогает резистор R1. Имеющийся тут же буферный элемент DD1.2 разгружает генератор, и формирует сигнал с цифровыми уровнями.
Резистор R2 определяет максимум мощности и степень нагрузки, рассеиваемой на кварцевом резонаторе.
Этот генератор может трудиться фактически 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, нужный для обычной работы смесителя.
Измерительный генератор собран по схеме несимметричного мультивибратора (транзисторы VT1 и VT2). Выход на режим самовозбуждения снабжает цепь хорошей обратной связи на конденсаторе С7. Частотозадающими элементами помогают СЗ — С5, VD1 и поисковая катушка-датчик L1. Причем генерация осуществляется в пределах от 500 кГц до 700 кГц, в зависимости от имеющегося кварцевого резонатора.
Рис. 1. Блок-схема металлодетектора
Рис. 2. Эпюры напряжений и токов в контрольных точках прибора.
Рис. 3. Принципиальная электрическая схема металлодетектора.
Таковой серьёзный параметр, как краткосрочная нестабильность, у данного генератора мал.
Уход частоты за первые 10 с сразу после включения питания образовывает не более 0,7 Гц (а через каждые 30 мин —до 20 Гц), не смотря на то, что для обычной работы прибора считается приемлемым кроме того 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, что формирует прямоугольные импульсы с скважностью и цифровыми уровнями 2. R5R6 — делитель, нужный для обычной работы этого участка схемы.
Ну a DD3.3 делает роль буферного каскада. Сигнал с него подается на смеситель (Т-триггер DD2.2). В том же направлении поступает частота от делителя примерного генератора.
Особенности работы DD2.2 таковы, что в случае если на входы С и D этого логического элемента приходят две импульсные последовательности, родные по частоте, то на выходах формируется сигнал разностной частоты со строго симметричным меандром. Причем все, снимаемое с вывода 12 смесителя, имеет форму, представленную на рисунке 2а.
Прямой, и задержанный (рис. 26) проинвертированный (благодаря цепи R8C11 и элементу DD4.2) сигналы суммируются на ключе DD5.1, делающем роль логического И/Либо с формированием маленьких хороших импульсов записи (рис. 2в) для работы аналогового запоминающего устройства (DD5.2, С13, VT3).
Но это еще не все. Снимаемый с выхода DD4.2 сигнал приходит на интегратор, выполненный по классической схеме с применением VD2, R10 — R11, DA1, С12. Резистор R11 ограничивает ток перезаряда конденсатора С12, разгружая выход элемента DD4.2.
Проинтегрированный сигнал (рис.
2г) через ключ DD5.2, которым руководят импульсы с DD5.1, подается на запоминающую емкость 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 «ступень», что может появиться 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 аарикапом VD1.
Резистором R26 возможно устанавливать начальную точку захвата АПЧ (чувствительность) грубо, a R27 — совершенно верно.
Более того, при перемещении движка R26 всторону крайнего (верхнего или нижнего по схеме) положения легко выходить из территории захвата АПЧ (±300 Гц), осуществляя режим с частотой биений «один к одному», что делает работу с прибором более эластичной.
Для уяснения изюминок функционирования узла, замедляющего реакцию АПЧ на резкое трансформацию частоты биений, предположим, что на базе транзистора VT4 имеется, например, некое установившееся Uб.
Допустим кроме этого, что в какой-то момент происходит резкое изменение частоты биений и напряжения на С14. Исправная схема отечественного ме-таллодетектора в обязательном порядке отзовется на такую «вводную» адекватным отклонением Uб транзистора VT4 от прошлого значения (благодаря громадным номиналам R19, R20 и С16). А вот ответом на плавное трансформацию частоты биений обязательно будет реакция в виде медленного трансформации названных напряжений.
В то время, когда в зону чувствительности поисковой рамки-датчика попадает железный предмет и находится в том месте довольно продолжительно, на базе VT4 устанавливается напряжение, которого в большинстве случаев хватает для возврата на заданный частотный режим. Но при резком отводе датчика в сторону обстановка изменяется, U6 транзистора VT4 не сможет скоро возвратиться на прошлый уровень. Другими словами создаются условия для перехода через «0» (происхождения хорошей обратной связи).
Дабы последнее исключить, введено шунтирование R19 диодом VD3, через что происходит стремительный разряд емкости С16 (возврат U6 на установленный уровень).
Практически АПЧ имеет (в зависимости от того, в какую сторону происходит изменение частоты биений) две постоянные времени.
А так как особенное исполнение датчика фактически нивелирует влияние ферромагнитных особенностей обнаруживаемых предметов на повышение fпоискового генератора , то и АПЧ, и прибор в целом трудятся во всех режимах очень корректно. ГУН (DD4.4, и R18, С15) преобразует напряжение, изменяющееся с частотой биений, в частоту. А настроенный посредством делителя R16R17 компаратор DD4.3 разрешает ему это делать в зоне большой чувствительности, в то время, когда fбиений= 0-70 Гц.
Частота ГУН поступает на вход А смесителя (ключ DD5.4). На вход СО приходят от логического элемента DD4.1 и разностная биений, и организованный дифференцирующей цепью C10R9 (для лучшего звучания головных телефонов, уменьшения потребляемой мощности) маленький отрицательный импульс. В следствии на выходе смесителя присутствует либо промодулированная fбиений частота ГУН, либо лишь частота биений. Причем переход с одного режима на другой схема делает машинально.
Переменный резистор R30 является нагрузкой и регулятором громкости, а совмещенный с ним SA1 — выключателем электропитания.
Применение микросхем серии КМОП, операционных усилителей, трудящихся в микротоковом режиме, РАЗРЕШИЛО сократить ток потребления до отметки 6 мА, сделав приемлемым применение батареи «Крона» в качестве источника электропитания.
Как и другие аналоги (включая размещённые в «Моделисте-конструкторе» № 8’89 и 4’96), практически весьсмонтирован на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Поисковый генератор помещен в экранирующую коробку из жести. За габариты платы вынесены только регулировочные сопротивления R26, R27, R30, гнезда головных источника телефонов и подключения питания, и рамка-датчик.
тщательность и Технология изготовления рамки-датчика так ответственны для работоспособности всего металлодетектора, что требуют, по всей видимости, более детального изложения. В качестве базы тут использован жгут, составленный из одиннадцати 1100-мм отрезков провода ПЭВ2-1.2. Хорошо обернув слоем изоленты, его втискивают в алюминиевую трубку, имеющую внутренний диаметр 10 мм и длину 960 мм.
Взятой заготовке придают форму прямоугольной рамки 300×200 мм с закругленными углами.
Финиш первого из проводов, помещенных в алюминиевом корпусе — электростатическом экране, последовательно припаивают к началу второго и без того потом до образования необычной 11-витковой катушки индуктивности. Спайки изолируют друг от друга бумажной лентой и заливают эпоксидной смолой, кроме наряду с этим появление короткозамкнутого витка за счет самой согнутой в рамку трубки.
Нужно тут же предусмотреть любой закрытый высокочастотный разъем и подходящее (не железное) крепление для штанги-рукоятки, в качестве которой возможно применять одну-две секции от разборного удилища. Кабель, соединяющий рамку с блоком, лучше применять коаксиальный, телевизионный, к примеру, РК75.
Дроссель 1_2 поискового генератора (обозначение тут и потом — в соответствии с рис.
1 и в соответствии с принципиальной электрической схемой металлодетектора, размещённой в прошлом номере издания) имеет 450 витков провода ПЭЛ 1-0,01. Намотка — внавал на каркасе длиной 4 и диаметром 15 мм с ферромагнитным сердечником М600НН (возможно применить подходящую контурную катушку от ветхого радиоприемника). Индуктивность для того чтобы дросселя 1 — 1,2 мГн.
В приборе использованы конденсаторы КСО либо КТК (СЗ, С4, С5), КЛС либо КМ (С1, С2, С6 — С13, С15), К50-6 либо К53-1 (С14, С16, С17).
Имеется выбор и резисторов. В частности, для «подстроечников» R26, R27 подойдут СП5-2 либо СП-3. То же самое возможно сообщить о переменном R30, лишь он должен быть совмещен с выключателем.
Все остальные резисторы — МЛТ-0,125 (ВС-0,125).
Топология печатной платы.
Прибор, видящий через почву.
Цифровые МС возможно заменить аналогами из прекрасно зарекомендовавшей себя серии К176.
DD1, DDЗ—каждые из того же последовательности, только бы содержали требуемое количество инверторов.
Допускают транзисторы и замену. В качестве VТ1 и VТ2, к примеру, подойдут КПЗ0ЗБ (-Ж). На месте \/ТЗ приемлем КПЗ0З либо КП305 (буквенныйиндекс в конце наименования в этом случае роли не играется), а КТ3102Г (VТ4)заменит КТ3102Е.
Кварц — из тех, что вычислены на 1,0— 1,4 мГц. Выбор головных телефонов также не ограничен. Как свидетельствует практика, в полной мере подойдут ТОН-1 илиТОН-2. Варикап Д901 возможно заменить на Д902.
Диоды VD2 и VDЗ — КД522 (КД523) с любым буквенным индексом.
Для настройки собранного прибора потребуются осциллограф и …аккуратность в работе. Шепетильно осмотрев целый монтаж, на схему подают электропитание. После этого контролируют ток потребления, что у верно выполненной работоспособной конструкции обязан составлять 5,5 — 6,5 мА.
При выходе за указанные значения ищут и ликвидируют неточности в пайке и г.д.
В функционировании примерного генератора убеждаются по наличию на выводе 1 микросхемы DD2 частоты, равной 0,5fкварцевого резонатора со скважностью 2. Позже переходят к «поисковику» В контрольную точку на печатной плате, где сходятся R3 и С8, подают половину напряжения питания, отсоединив наряду с этим выход микросхемы DА2. И осциллографом, подключенным к стоку транзистора VT2, контролируют амплитуду выходного напряжения.
Онадолжна быть от 1 В до 1,2 В. В случае если отклонение превышает 0,1 В. корректируют число витков в дросселе L2.
А посредством конденсаторов СЗ и С4 выставляют оптимальную частоту сигнала, равную 0,5fкварца . Причем сам датчик обязан размешаться не ближе двух метров от железных предметов. При необходимости, подбирая R5, стремятся взять симметричный выходной сигнал на выводе 9 микросхемы DD3 (наряду с этим смеситель обязан выдавать сигнал разностной частоты с меандром, равным 2).
После этого, установив трансформацией 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 реализовывают подбором номинала у резистора R10.
Присоединив осциллограф к истоку транзистора VT3, контролируют изменение уровня напряжения в зависимости от частоты биений.
Резисторами R16 и R17 получают, дабы логический ноль на выходе компаратора (вывод 10 микросхемы DD4) оказался лишь тогда, в то время, когда fбиений станет выше 70 Гц.
ГУН подстраивают посредством резистора R15 так, дабы генератор начинал трудиться, в то время, когда сигнал интегратора «выходил из ограничения снизу». В будущем это значительно упростит корректировку прибора перед работой, поскольку минимальная частота ГУН и будет соответствовать настройке металлодетектора на большую чувствительность.
Вернув на печатной плате намерено отпаянное ранее соединение R3 и С8 с DA2, переходят к последнему этапу отладки прибора. Движок «подстроечника» R26 поворачивают в крайнее(«плюсовое»)положение, что будет соответствовать большой частоте биений(причем fпоискового генератора f примерного). После этого, медлительно вращая движок в обратную сторону, начинают осуществлять контроль сигнал на выводе 6 DA1.
Подмечают, как (при определенном положении движка R26) на экране осциллографа вырисовывается момент попадания сигнала в зону захвата АПЧ.
Продолжая поворот ручки подстроечного резистора 1327, получают частоты биений, равной 10 Гц, в один момент контролируя работу АПЧ (по рвению сигнала возвратиться в исходное состояние).
Движки резисторов 1326, 1327 нужно перемещать медлительно, учитывая громадную инерционность АПЧ.
Наряду с этим в головных телефонах будут прослушиваться минимальная частота ГУН и не сильный щелчки с f,биений. В некоторых 1
случаях может появиться эффект «плавания» звука довольно некоего фиксированного состояния. В этом случае нужно более совершенно верно подобрать соотношение резисторов R23, R24 либо уменьшить номиналы 1319, R20.
Как уже отмечалось, электронную часть металлодетектора (а это практически и имеется целый прибор) возможно смонтировать в любом подходящем корпусе, закрепленном на ручке.
Нужно позаботиться, дабы поисковая рамка-датчик, и соединительные провода были жестко закреплены относительно друг друга. Так как кроме того незначительные вибрации этих подробностей, появляющиеся при передвижении оператора, способны породить фальшивый сигнал (особенно при большой чувствительности схемы и недостаточном опыте работы с прибором). По той же причине лопатку направляться носить за спиной штыком вверх (подальше от рамки-датчика).
А железные наконечники на шнурках ботинок оператора по большому счету недопустимы. Привносимые ими помехи угрожают свести на нет все усилия сверхчуткого прибора найти в почве то, с чем она столь нехотя расстается.
Работа с металлодетекгором мало чем отличается от действий с современным ручным миноискателем. Конечно же, столь правильным устройствам нужна юстировка. В отечественном конкретном случае — это поворот движка подстро-ечного резистора R26 в крайнее («плюсовое») положение, а R27 — в среднее.
Подав на аппаратуру электропитание, вращают ручку регулировки R26 в противоположную сторону до появления в головных телефонах сигнала ГУН. Затем подстроечным резистором R27 устанавливают требуемую чувствительность. А посредством R26 произвольно выставляют (при работе с прибором в режиме биений «один к одному») f6иений в пределах 200 -300 Гц.
АПЧ и ГУН, по сути, отключены, исходя из этого поиск ведут как в большинстве случаев. Для более четкого определения места размещения небольших предметов рамку-датчик подносят к территории поиска или горизонтально (закругленным углом вперед), или под наклоном 45 — 90° к исследуемой поверхности (с явным позиционным преимуществом одной из боковин рамки).
Ю.
СТАФИЙЧУК,
Республика Молдова
