Електронний металошукач
Металошукач являє собою відносно простий пристрій, електронна схема якого забезпечує хорошу чутливість і стабільність роботи. Відмінною особливістю такого пристрою є його низька робоча частота. Котушки індуктивності металошукача працюють на частоті 3 кГц. Це забезпечує, з одного боку, слабку реакцію на небажані сигнали (наприклад, сигнали, що виникають при наявності мокрого піску, дрібних шматочків металу і т. Д.), А з іншого боку, гарну чутливість при пошуку прихованих водопровідних труб і трас центрального опалення, монет та інших металевих предметів.
Для реалізації і настройки схеми потрібен відповідний навик і досвід, тому починаючому любителю-конструктору слід звернутися спочатку до більш простих схем і пристроїв, описаних в цій книзі.
Мал. 15.1. Блок-схема металошукача:
1 - генератор (3 кГц); 2 - дискримінатор; 3 - котушки металошукача; 4 - підсилювач високої частоти; 5 - детектор; 6 - фільтр низьких частот; 7 - звуковий генератор; 8 - електронний ключ звукового сигналу; 9 - підсилювач вихідних сигналів; 10 - гучномовець; 11 - схема порівняння; 12 - регульоване опорна напруга.
Блок-схема металошукача наводиться на рис. 15.1. Генератор металошукача збуджує коливання в передавальної котушці на частоті близько 3 кГц, створюючи в ній змінне магнітне поле. Приймальна котушка розташована перпендикулярно передавальної котушці таким чином, що проходять через неї магнітні силові лінії створюють малу ЕРС. На виході приймальної котушки сигнал або відсутня, або дуже малий. Металевий предмет, потрапляючи в поле котушки, змінює значення індуктивності, і на виході з'являється електричний сигнал, який потім посилюється, випрямляється і фільтрується. Таким чином, на виході системи маємо сигнал постійної напруги, значення якого злегка зростає при наближенні котушки до металевого предмету. Цей сигнал надходить на один з входів схеми порівняння, де порівнюється з опорною напругою, що прикладається до його другого входу. Рівень опорного напруги відрегульований таким чином, що навіть невелике збільшення напруги сигналу призводить до зміни стану на виході схеми порівняння. Це в свою чергу приводить в дію електронний перемикач, в результаті чого на вихідні підсилювальні каскади надходить звуковий сигнал, що сповіщає оператора про присутність металевого предмета.
Мал. 15.2. Електрична схема металошукача. Передавач показаний червоним кольором.
Принципова електрична схема металошукача представлена на рис. 15.2. Передавач, що складається з транзистора VT1 і пов'язаних з ним елементів, збуджує коливання в котушці L1. Сигнали, що надходять на котушку L2, потім посилюються мікросхемою D1 і випрямляються мікросхемою D2, включеної за схемою амплітудного детектора. Сигнал з детектора надходить на конденсатор С9 і згладжується фільтром низьких частот, який складається з резисторів R14, R15 і конденсаторів С10 і С11 Потім сигнал надходить на вхід схеми порівняння D3, де порівнюється з опорною напругою, що встановлюються змінними резисторами RP3 і RP4. Змінний резистор RP4 служить для швидкої і грубої настройки, a RP3 забезпечує точне регулювання опорного напруги. Генератор, зібраний на транзисторі з одним переходом VT2, працює в безперервному режимі, проте сигнал, що виробляється їм, надійде на базу транзистора VT4 тільки тоді, коли закриється транзистор VТ3, так як, перебуваючи у відкритому стані, цей транзистор шунтирует вихід генератора. При надходженні сигналу на вхід мікросхеми D3 напруга на її виході зменшується, закривається транзистор VТЗ і сигнал від транзистора VТ2 через транзистор VТ4 і регулятор гучності RP5 надходить на вихідний каскад і гучномовець.
У схемі використовуються два джерела живлення, що усуває можливість виникнення будь зворотного зв'язку виходу схеми до її чутливого входу. Основна схема харчується від батареї напругою 18В, яке за допомогою мікросхеми D4 знижується до стабільного напруги 12В. При цьому зниження напруги батареї під час роботи схеми не викликає зміни настройки. Вихідні каскади харчуються від окремого джерела живлення напругою 9В. Вимоги по споживанню потужності досить низькі, тому для живлення пристрою можна використовувати три акумуляторні батареї. Батарея харчування вихідного каскаду не вимагає спеціального вимикача, так як за відсутності сигналу вихідний каскад не споживає струму.
Мал. 15.3. Фольгированная сторона плати
Металошукач - досить складний пристрій, тому збірку схеми слід проводити покаскадно з ретельною перевіркою кожного каскаду. Схему монтують на платі, на якій є 24 мідні смужки по 50 отворів в кожній з кроком 2,5 мм. Перш за все в смужках роблять 64 розрізу, як показано на рис. 15.3, і висвердлюють три настановних отвори. Потім на звороті плати встановлюють 20 перемичок, штирі для зовнішніх з'єднань, а також два штиря для конденсатора С5 (рис. 15.4). Потім встановлюють конденсатори С16, С17 і мікросхему D4. Ці елементи утворюють джерело живлення з напругою 12В. Перевірка цього каскаду здійснюється шляхом тимчасового підключення батареї напругою 18В. При цьому напруга на конденсаторі С 16 має становити 12 ± 0,5 В. Після цього проводиться монтаж елементів вихідного каскаду: резисторів R23-R26, конденсаторів С14 і С15 і транзисторів VT4-VT6. Слід врахувати, що корпус транзистора VТ6 з'єднаний з його колектором, тому контакт корпусу з сусідніми елементами і перемичками неприпустимий. Так як вихідний каскад при відсутності сигналу не споживає струму, його перевіряють тимчасовим підключенням гучномовця, змінного резистора RP5 й батареї напругою 9В.
Мал. 15.4. Розташування елементів на платі
Потім встановлюють резистори R20-R22 і транзистор VT2, що утворюють генератор звукових сигналів. При підключенні двох джерел живлення в динаміці прослуховується звуковий фон, який змінюється зі зміною положення ручки регулятора гучності. Після цього на платі монтують резистори R16-R19, конденсатор С12, транзистор VТЗ і мікросхему D3. Робота схеми порівняння перевіряється наступним чином. До вимірювального входу D3 підключають змінні резистори RP3 і RP4. Цей вхід утворюється за допомогою двох резисторів опором 10 кому, один з яких підключається до позитивної шині живлення +12, а інший - до нульової шини. Другі висновки резисторів під'єднують до висновку 2 мікросхеми D3. Перемичка від цього висновку є тимчасовою точкою з'єднання. При грубій настройці (включені обидві батареї), яка здійснюється змінним резистором RP4, в певному його положенні відбувається зрив звукового сигналу, в той час як при точній настройці змінним резистором RP3 має здійснюватися плавну зміну сигналу поблизу цього положення. При виконанні цих умов почали встановлення резисторів R6-R15, конденсаторів С6-С11, діода VD3 і мікросхем D1 і D2.
Включивши джерело живлення, спочатку перевіряють наявність сигналу на виході мікросхеми D1 (висновок 6). Він не повинен перевищувати половини значення напруги джерела живлення (приблизно 6 В). Напруга на конденсаторі С9 не повинно відрізнятися від напруги вихідного сигналу цієї мікросхеми, хоча наведення від мережі змінного струму можуть викликати невелике збільшення цієї напруги. Дотик пальцем входу мікросхеми (підстави конденсатора С6) викликає збільшення напруги через підвищення рівня шумів. Якщо регулятори настройки знаходяться в положенні, при якому звуковий сигнал відсутній, дотик пальцем конденсатора С6 призводить до появи і зникнення цього сигналу. На цьому попередня перевірка працездатності каскадів закінчується.
Остаточна перевірка і налаштування металошукача проводяться після виготовлення котушок індуктивності. Після попередньої перевірки каскадів схеми на платі встановлюються інші елементи за винятком конденсатора С5. Змінний резистор RP2 тимчасово встановлюється в середнє положення. Внутрішня розводка схеми показана на рис. 15.5. Плата кріпиться до L-образним алюмінієвому шасі через пластмасові шайби (для усунення можливості короткого замикання) за допомогою трьох гвинтів. Шасі закріплюється в корпусі пульта управління двома болтами, які утримують два затиску, призначені для кріплення корпусу пульта до штанги шукача. Бічна сторона шасі забезпечує фіксацію джерел живлення в корпусі. При складанні пульта слід переконатися, що висновки перемикача на зворотному боці змінного резистора RP5 не стосуються елементів плати. Після висвердлювання прямокутного отвору приклеюється динамік.
Мал. 15.5. Монтажна схема включення вузлів металошукача: 1 - гучномовець; 2 - передає котушка; 3 - приймальня котушка; 4 - 4-жильний екранований кабель; 5 - харчування 9В; 6-харчування 18В
Штанга і сполучні частини, що утворюють утримувач головки шукача (рис. 15.6), виготовляються з пластмасових трубок діаметром 19 мм. Сама головка шукача представляє собою тарілку діаметром 25 см, виготовлену з міцної пластмаси. Внутрішня її частина ретельно зачищається наждачним папером, що забезпечує хороше склеювання з епоксидною смолою.
Мал. 15.6. Елементи власника головки металошукача (а) і вид зібраного власника (б):
1 - ручка велосипедного керма; 2 - п'ять трубок, зігнутих під кутом 135 °; 3 - три з'єднувача трубок довжиною 5 см; 4 - фіксують затискачі для кріплення блоку управління до штанги; 5 - штанга власника головки шукача; 6 - Т-подібний з'єднувач; 7 - два трубчастих відрізка довжиною 4,5 см; 8 - фіксують затискачі, що кріпляться до тарілки і забезпечують зміна кута нахилу; 9 - пластикова тарілка діаметром 25 см
Основні характеристики металошукачів багато в чому залежать від застосовуваних котушок, тому їх виготовлення вимагає особливої уваги. Котушки, що мають однакову форму і розміри, намотують на D-образний контур, який утворений з штирів, закріплених на відповідному шматку плати (рис. 15.7, 15.8). Кожна котушка складається з 180 витків емальованого мідного дроту діаметром 0,27 мм з відведенням від 90-го витка. Перш ніж зняти котушки зі штирів, їх в декількох місцях перев'язують. Потім кожна котушка обмотується міцною ниткою, щоб витки щільно прилягали один до одного. На цьому виготовлення передавальної котушки закінчується. Прийомна ж котушка повинна бути забезпечена екраном.
Мал. 15.8. Головка металошукача (вид спереду):
1 - розрив в екранування; 2 - передає котушка; 3 - гвинти фіксують затискачів; 4 - контур тарілки; 5 - кабель, що проходить через просвердлений в тарілці отвір; 6 - приймальна котушка
Мал. 15.7. Котушка індуктивності:
1 - обмотки; 2 - штирі; 3 - центр окружності діаметром 20 см; 4 - петля для центрального відведення; 5 - кінці котушок
Екранування котушки забезпечується наступним чином. Спочатку вона обмотується дротом, а потім обертається шаром алюмінієвої фольги, яка знову обмотується дротом. Така подвійна обмотка гарантує хороший контакт з алюмінієвою фольгою. В обмотках дроту і в фользі повинен бути передбачений невеликий розрив або зазор, як показано на рис. 15.8, що перешкоджає утворенню замкнутого витка по колу котушки.
Виготовлені таким чином котушки закріплюються за допомогою затискачів, по краях пластмасової тарілки і під'єднуються до блоку управління за допомогою четирёхжільного екранованого кабелю. Два центральних відведення і екран приймальні котушки під'єднуються до нульової шини через екранують проводи. Якщо включити пристрій і радіоприймач, розташований недалеко від котушки, можна почути високотональние свист (на частоті металошукача), обумовлений наводкою звукового сигналу в радіоприймачі. Це вказує на справність генератора металошукача.
В даному випадку неважливо, на який діапазон налаштований радіоприймач, тому для перевірки замість нього можна використовувати будь-який касетний магнітофон. Місце робочого положення котушок визначається або по вихідному сигналу металошукача, який повинен бути мінімальним, або за показниками вимірювального приладу (вольтметра), підключеного безпосередньо до конденсатору С9.
Другий варіант для підгонки котушок значно простіше. Напруга на конденсаторі має становити приблизно 6В. Після цього зовнішні частини котушок приклеюються епоксидною смолою, а внутрішні, що проходять через центр, залишаються незакріпленими, що дозволяє провести остаточну настройку.
Остаточне налаштування полягає в установці незакріплених частин котушок в такий стан, при якому предмети з кольорового металу, наприклад монети, викликають швидке збільшення вихідного сигналу, а залізні предмети - його незначне зменшення. Якщо необхідний результат не досягається, необхідно поміняти місцями кінці однієї з котушок. Слід пам'ятати, що остаточна настройка або підгонка котушок повинна проводитися при відсутності металевих предметів. Після установки і міцного закріплення котушки покриваються шаром епоксидної смоли, потім на них накладається склотканина і все це герметизується епоксидною смолою.
Після виготовлення головки шукача в схему вбудовується конденсатор С5, змінний резистор RP1 встановлюється в середнє положення, а змінний резистор RP2 налаштовується на мінімум вихідного сигналу. При цьому, з одного боку середнього положення змінний резистор RP1 забезпечує розпізнавання сталевих предметів, а по іншу сторону - предметів з кольорового металу. Слід мати на увазі, що при кожній зміні номінального значення опору змінного резистора RP1 необхідно проводити повторну настройку пристрою.
На практиці металошукач є легке, добре збалансоване, чутливе пристрій. Протягом перших декількох хвилин після включення пристрою може бути розбаланс нульового рівня, однак через деякий час він зникає або стає незначним.
R1, R6, R7, R8 100 кОм
R2, R3, R22, R23 100 Ом