Однокатушечний індукційний металошукач

Пропонований металошукач індукційного типу універсальний. Його датчик простий за конструкцією і може бути виготовлений діаметром 0,1-1 (м). Приблизно пропорційно діаметру буде змінюватися розмір виявляються об'єктів і відстань, на якій металошукач ці об'єкти виявляє. Для стандартного датчика діаметром 180 (мм) глибина виявлення становить:

– Монета Ж 25 (мм) – 0,15 (м)

– Пістолет – 0,4 (м)

– Каска – 0,6 (м)

Прилад посідає найпростішим дискримінатора, який дозволяє відфільтрувати сигнали від невеликих залізних предметів, якщо останні не представляють інтересу для пошуку.

Структурна схема

Структурна схема зображена на ріс.25.


Ріс.25. Cтруктурная схема індукційного металошукача.

Вона складається з декількох функціональних блоків. Кварцовий генератор є джерелом прямокутних імпульсів, з яких надалі формується сигнал, що поступає на котушку датчика. Сигнал генератора ділиться по частоті на 4 за допомогою кільцевого лічильника на тригерах. По кільцевій схемі лічильник виконаний для того, щоб на його виходах можна було сформувати два сигнали Ф1 та Ф2, зрушені один щодо одного по фазі на 90 про , Що необхідно для побудови схеми дискримінатора. Прямокутний сигнал (Меандр) подається на вхід першого інтегратора, на виході якого виходить кусково-лінійне Пікоподібне напруга. Другий інтегратор робить з "пилки" сигнал, дуже близько наближається за формою до синусоїдальній і складається з напівхвиль параболічної форми. Цей сигнал стабільної амплітуди надходить на підсилювач потужності , Який представляє собою перетворювач "напруга-струм", навантажений на котушку датчика. Напруга датчика вже не є стабільним по амплітуді, так як залежить від сигналу, відбитого від металевих об'єктів. Абсолютна величина цієї нестабільності досить мала. Щоб збільшити її, тобто виділити корисний сигнал, у схемі компенсації відбувається віднімання вихідної напруги другого інтегратора з напруги на котушці датчика.

 

Тут свідомо опускаються багато деталей побудови підсилювача потужності, схеми компенсації і способу включення котушки датчика, що роблять це опис більш простим для розуміння принципу роботи приладу, хоча і не цілком коректним. Докладніше – див. опис принципової схеми.

Зі схеми компенсації корисний сигнал надходить на приймальний підсилювач , Де відбувається його посилення по напрузі. Синхронні детектори перетворять корисний сигнал у повільно мінливі напруги, величина і полярність яких залежить від зсуву відбитого сигналу по фазі щодо сигналу напруги котушки датчика.

Іншими словами, вихідні сигнали синхронних детекторів є не чим іншим, як компонентами ортогонального розкладу вектора корисного відбитого сигналу по базису векторів основних гармонік опорних сигналів Ф1 і Ф2.

У приймальний підсилювач неминуче проникає частина некорисного сигналу, не скомпенсований схемою компенсації з огляду на її неідеальний. На виходах синхронних детекторів ця частина сигналу перетворюється в постійні складові. Фільтри високої частоти (ФВЧ) відсікають даремні постійні складові, пропускаючи і підсилюючи тільки змінюються компоненти сигналів, пов'язані з рухом датчика щодо металевих предметів.
Дискримінатор видає керуючий сигнал для запуску формувача звукового сигналу тільки при певному поєднанні полярностей сигналів на виході фільтрів, що виключає спрацьовування звукової індикації від дрібних залізних предметів, іржі та деяких мінералів.


Принципова схема

Принципова схема розробленого автором індукційного металошукача зображена на ріс.26 – вхідна частина, ріс.27 – синхронні детектори та фільтри, ріс.28 – дискримінатор і формувач звукового сигналу, ріс.29 – схема зовнішніх з'єднань.


Кварцовий генератор (ріс.26)

Зібрано на інвертора D1.1-D1.3. Частота генератора стабілізована кварцовим або п'єзокерамічним резонатором Q з резонансною частотою 2 15 (Гц) » 32 (кГц) ("часовий кварц"). Ланцюжок R1C2 перешкоджає порушенню генератора на вищих гармоніках. Через резистор R2 замикається ланцюг ООС, через резонатор Q – ланцюг ПОС. Генератор відрізняється простотою, малим споживаним струмом, надійно працює при напрузі живлення 3-15 (В), не містить підлаштування елементів і надто високоомних резисторів. Вихідна частота генератора – близько 32 (кГц).


Ріс.26. Принципова електрична схема індукційного металошукача. Вхідна частина.

Кільцевій лічильник (ріс.26)

Кільцевій лічильник виконує дві функції. По-перше, він ділить частоту генератора на 4, до частоти 8 (кГц) (рекомендації щодо вибору частоти – див гл.1.1). По-друге, він формує два опорних сигналу для синхронних детекторів, зсунутих один щодо одного на 90 про по фазі.

Кільцевій лічильник представляє собою два D-тригера D2.1 і D2.2, замкнуті в кільце з інверсією сигналу по кільцю. Тактовий сигнал – спільний для обох тригерів. Будь-який вихідний сигнал першого тригера D2.1 має зсув по фазі на плюс-мінус чверть періоду (тобто на 90 про ) Щодо будь-якого вихідного сигналу другого тригера D2.2.


Інтегратори (ріс.26)

Зібрані на ОУ D3.1 і D3.2. Їх постійні часу визначаються ланцюжками R3C6 і R5C9. Режим по постійному струму підтримується резисторами R4, R6. Розділові конденсатори С5, С8 перешкоджають накопиченню статичної похибки, яка може вивести інтегратори з режиму з огляду на їх великого посилення по постійному струму. Номінали елементів, що входять до схеми інтеграторів вибрані так, щоб сумарний зсув фази обох інтеграторів на робочій частоті 8 (кГц) становив рівно 180 про з урахуванням як основних RC-ланцюжків, так і з урахуванням впливу розділових ланцюгів і кінцевого швидкодії ОУ при вибраній корекції. Ланцюги корекції ОУ інтеграторів – стандартні і складаються з конденсаторів ємністю 33 (пФ).


Підсилювач потужності (ріс.26)

Зібраний на ОП D4.2 з паралельною ООС по напрузі. Термокомпенсірованний токозадающій елемент, що складається з резисторів R71, R72 і терморезистора R73 (див. ріс.29), включений між виходом другого інтегратора і інвертується входом ОУ D4.2. Навантаження підсилювача, що є одночасно елементом ООС, являє собою коливальний контур, що складається з котушки датчика L1 і конденсатора С61.

 

У нумерації резисторів і конденсаторів за схемами ріс.26 – ріс.29 пропущені деякі позиції, що пов'язано з численними модифікаціями схеми індукційного металошукача і не є помилкою.

Коливальний контур настроєний в резонанс на чверть частоти кварцового резонатора задаючого генератора, тобто на частоту що подається на нього сигналу. Модуль повного опору коливального контуру на резонансній частоті становить близько 4 (кОм). Параметри котушки датчика L1 такі: число витків – 100, марка дроту – ПЕЛ, ПЕВ, ПЕЛШО 0,3-0,5, середній діаметр і діаметр оправки для намотування – 165 (мм). Котушка має екран з алюмінієвої фольги, підключений до загальної шині приладу. Для запобігання утворення короткозамкнутого витка, від екрану вільна невелика частина, близько 1 (см), довжини кола обмотки котушки.

Елементи датчика R71 – R73 і L1, C61 підібрані так, щоб: по-перше, були рівні за величиною напруги на вході і на виході підсилювача потужності. Для цього необхідно, щоб опір ланцюжка R71 – R73 дорівнювало модулю повного опору коливального контуру L1, C61 на резонансній частоті 8 (кГц), а точніше, 8192 (Гц). Цей модуль опору становить, як уже говорилося, близько 4 (кОм) і його значення повинно уточнюватися для конкретного датчика. По-друге, температурний коефіцієнт опору (ТКС) ланцюжка R71 – R73 повинен збігатися за величиною і за знаком з ТКС модуля повного опору коливального контуру L1, C61 на резонансній частоті, що досягається: грубо – шляхом вибору номіналу терморезистора R73, а точно – вибором співвідношення R71 – R72 і досягається експериментально при настройці.

Резистор R18 не грає у схемі принципової ролі і служить для підтримки ОУ D4.2 в режимі при відключеній відповідної частини роз'єму Х1. Ланцюг корекції ОУ D4.2 – стандартна і складається з конденсатора ємністю 33 (пФ).


Схема компенсації (ріс.26)

Її основні елементи, які реалізують віднімання вихідної напруги другого інтегратора з напруги котушки датчика – це резистори R15, R17 з однаковою величиною опору. З їх загальної точки з'єднання корисний сигнал надходить на приймальний підсилювач. Додаткові елементи, завдяки яким досягається ручне налаштування і підстроювання приладу – це потенціометри R74, R75 (рис. 29). З цих потенціометрів можна зняти сигнал, який лежить в діапазоні [-1, + 1] від сигналу напруги датчика (або практично рівного йому по амплітуді вихідного сигналу другого інтегратора). Регулюванням зазначених потенціометрів досягається мінімальний сигнал на вході приймального підсилювача і нульові сигнали на виходах синхронних детекторів.

Через резистор R16 частина вихідного сигналу одного потенціометра підмішується в схему компенсації безпосередньо, а за допомогою елементів R11-R14, С14-С16 – зі зрушенням в 90 про з виходу іншого потенціометра.

ОУ D4.1 є основою компенсатора вищих гармонік схеми компенсації. На ньому реалізований подвійний інтегратор з інверсією, постійні часу якої задаються звичайної для інтегратора ланцюжком паралельної ООС по напрузі R7C12, а також конденсатором С16 з усіма навколишніми його резисторами. На вхід подвійного інтегратора надходить меандр з частотою 8 (кГц) з виходу елемента D1.5. Через резистори R8, R10 з меандру віднімається основна гармоніка. Сумарний опір цих резисторів складає близько 10 (кОм) і підбирається експериментально при настройці по мінімуму сигналу на виході ОП D4.1. Що залишилися на виході подвійного інтегратора вищі гармоніки надходять на схему компенсації в тій же амплітуді, що і вищі гармоніки, що проникають через основні інтегратори. Співвідношення фаз таке, що на вході приймального підсилювача вищі гармоніки із зазначених двох джерел практично компенсуються.

 

 

 

 

 

 

Вихід підсилювача потужності не є додатковим джерелом вищих гармонік, так як висока добротність коливального контуру (близько 30) забезпечує високу ступінь придушення вищих гармонік.

Вищі гармоніки, в першому наближенні, не впливають на нормальну роботу приладу, навіть якщо вони в багато разів перевершують корисний відбитий сигнал. Тим не менше, їх необхідно зменшувати, щоб прийомний підсилювач не потрапив в режим обмеження, коли верхівки "коктейля" з вищих гармонік на його виході починають обрізатися зважаючи на кінцевого значення напруг живлення ОП. Такий перехід підсилювача в нелінійний режим різко знижує коефіцієнт підсилення по корисному сигналі.

Елементи

D1.4 і D1.5 запобігають утворенню кільця паразитної ПОС через резистор R7 зважаючи на ненульового значення вихідного опору виходу тригера D2.1. Спроба підключити резистор R7 безпосередньо до тригера призводить до самозбудження схеми компенсації на низькій частоті.

Ланцюг корекції ОУ D4.2 – стандартна і складається з конденсатора ємністю 33 (пФ).


Приймальний підсилювач (ріс.26)

Приймальний підсилювач – Двохкаскадний. Його перший каскад виконаний на ОП D5.1 з паралельною ООС по напрузі. Коефіцієнт підсилення по корисному сигналу становить: K U = – R19/R17 » – 5. Другий каскад виконаний на ОП D5.2 з послідовною ООС по напрузі. Коефіцієнт підсилення K U = R21/R22 + 1 = 6. Постійні часу розділових ланцюжків обрані такими, щоб на робочій частоті створюваний ними набіг по фазі компенсував запізнювання сигналу, обумовлене кінцевим швидкодією ОП. Ланцюги корекції ОУ D5.1 і D5.2 – стандартні і складаються з конденсаторів ємністю 33 (пФ).


Синхронні детектори (ріс.27)

Синхронні детектори однотипні і мають ідентичні схеми, тому буде розглянуто тільки один з них, верхній за схемою. Синхронний детектор складається з балансного модулятора, що інтегрує ланцюжки та підсилювача постійних сигналів (УПС). Балансний модулятор реалізований на основі інтегральної збирання аналогових ключів D6.1 на польових транзисторах. З частотою 8 (кГц) аналогові ключі по черзі замикають на загальну шину виходи "трикутника" інтегруючої ланцюжка, що складається з резисторів R23 і R24 і конденсатора С23. Сигнал опорної частоти надходить на балансний модулятор з одного з виходів кільцевого лічильника. Цей сигнал є керуючим для аналогових ключів.

Сигнал на вхід "трикутника" інтегруючої ланцюжка надходить через розділовий конденсатор С21 з виходу приймального підсилювача.


Ріс.27. Принципова електрична схема індукційного металошукача. Синхронні детектори та фільтри.

Постійна часу інтегруючої ланцюжка t » R23 Ч C23 = R24 Ч C23. Більш докладно про схему синхронного детектора можна прочитати в главі 4.1.

ОП УПС D7 має стандартну ланцюг корекції, що складається з конденсатора ємністю 33 (пФ) для ОП типу К140УД1408. У разі використання ОУ типу К140УД12 (з внутрішнього корекцією) конденсатор корекції не потрібен, проте необхідний додатковий токозадающій резистор R68 (показаний пунктиром).


Фільтри (ріс.27)

Фільтри однотипні і мають ідентичні схеми, тому буде розглянуто тільки один з них, верхній за схемою.

Як вже зазначалося вище, за типом фільтр відноситься до ФВЧ. Крім того, на нього у схемі покладена роль подальшого посилення випрямленої синхронним детектором сигналу. При реалізації подібного роду фільтрів в металошукача виникає специфічна проблема. Суть її полягає в наступному. Корисні сигнали, що надходять із виходів синхронних детекторів є порівняно повільними, тому нижня гранична частота ФВЧ зазвичай лежить в діапазоні 2-10 (Гц). Динамічний діапазон сигналів по амплітуді дуже великий, він може досягати 60 (дБ) на вході фільтра. Це означає, що фільтр дуже часто буде працювати в нелінійному режимі перевантаження по амплітуді. Вихід з нелінійного режиму після впливу таких великих перевантажень по амплітуді для лінійного ФВЧ може затягнутися на десятки секунд (як і час готовності приладу після включення живлення), що робить звичайні схеми фільтрів непридатними для практики.

Для розв'язання зазначеної проблеми йдуть на всілякі хитрощі. Найбільш часто фільтр розбивають на три-чотири каскаду з порівняно невеликим посиленням і більш-менш рівномірним розподілом времязадающіх ланцюжків по каскадам. Таке рішення прискорює вихід пристрою в нормальний режим після перевантажень. Однак, для його реалізації потрібна велика кількість ОУ.

У запропонованій схемі ФВЧ – однокаскадний. Для зменшення наслідків перевантажень він виконаний нелінійним. Його постійна часу для великих сигналів приблизно в 60 разів менше, ніж для сигналів малої амплітуди.

Схемотехнічних, ФВЧ являє собою підсилювач напруги на ОУ D9.1, охоплений ланцюгом ООС через інтегратор на ОУ D10. Для малого сигналу, частотні та часові властивості ФВЧ визначаються дільником з резисторів R45, R47, постійної часу інтегратора R43 . C35 і коефіцієнтом підсилення підсилювача напруги на ОУ D9.1. При збільшенні вихідної напруги ФВЧ, після певного порогу починає позначатися вплив ланцюжка діодів VD1-VD4, які і є основним джерелом нелінійності. Зазначена ланцюжок на великих сигналах шунтується резистор R45, збільшуючи тим самим глибину ООС в ФВЧ і зменшуючи постійну часу ФВЧ.

Коефіцієнт підсилення по корисному сигналу становить близько 200. Для придушення високочастотних перешкод у схемі фільтра є конденсатор С31. ОП підсилювача напруги D9.1 має стандартну ланцюг корекції, що складається з конденсатора ємністю 33 (пФ). ОУ інтегратора D10 має ланцюг корекції, що складається з конденсатора ємністю 33 (пФ) для ОП типу К140УД1408. У разі використання ОУ типу К140УД12 (з внутрішнього корекцією) конденсатор корекції не потрібен, проте необхідний додатковий токозадающій резистор R70 (показаний пунктиром).


Дискримінатор (ріс.28)


Ріс.28. Принципова електрична схема індукційного металошукача. Дискримінатор і формувач звукового сигналу

Дискримінатор складається з компараторів на ОУ D12.1, D12.2 і одновібраторов на тригерах D13.1, D13.2. При проходженні датчика металошукача над металевим предметом на виходах фільтрів виникає корисний сигнал у вигляді двох напівхвиль напруги протилежної полярності, наступних одна за одною одночасно на кожному виході. Для невеликих предметів із заліза сигнали на виходах обох фільтрів будуть синфазних: вихідна напруга "хитнеться" спочатку в мінус, а потім в плюс і повернеться до нуля. Для неферомагнітних металів і великих залізних предметів відгук буде інший: вихідна напруга тільки першого (верхнього за схемою фільтра) "хитнеться" спочатку в мінус, а потім в плюс. Реакція ж на виході другого фільтра буде протилежною: вихідна напруга "хитнеться" спочатку в плюс, а потім в мінус.

Таким чином, визначивши, напівхвиля який полярності на виході першого фільтра була першою за часом, можна визначити, до якого типу відноситься виявлений предмет. Процес прийняття рішення дискримінатора протікає в такий спосіб. Компаратори D12.1, D12.2 формують на своїх виходах прямокутні імпульси позитивної полярності при перевищенні (по модулю) амплітудою негативній напівхвилі вихідного напруги фільтра деякого порога. Цей поріг задається подільником R51, R52 і становить близько -1 (В).

Вихідні імпульси компараторів запускають один з одновібраторов на тригерах D13.1, D13.2. Одночасно одновібратори запуститися не можуть – перехресна ОС через діоди VD9, VD11 блокує запуск одновібратора, якщо інший вже запущений. Тривалість імпульсів на виходах одновібраторов становить близько 0,5 (с) і це у декілька разів більше, ніж тривалість обох сплесків корисного сигналу при швидкому русі датчика. Тому другі напівхвилі вихідних сигналів фільтрів вже не впливають на рішення дискримінатора – по перших сплесків корисного сигналу він запускає один з одновібраторов, інший при цьому блокується і такий стан фіксується на час 0,5 (с).

Щоб виключити спрацьовування компараторів від перешкод, а також, щоб затримати за часом вихідний сигнал першого фільтра щодо другого, на входах компараторів встановлені інтегруючі ланцюжки R49, C41 і R50, C42. Постійна часу ланцюжка R49, C41 в кілька разів більше, тому при одночасному прихід двох негативних напівхвиль з виходів фільтрів першим спрацює компаратор D12.2 і запуститься одновібратор на тригері D13.2, видавши керуючий сигнал ("Ферро" – залізо).


Формувач звукового сигналу (ріс.28)

Формувач звукового сигналу складається з двох ідентичних керованих генераторів звукової частоти на тригерах Шмідта з логікою "І" на вході D14.1, D14.2. Запускається кожен генератор безпосередньо вихідним сигналом відповідного одновібратора дискримінатора. Верхній генератор спрацьовує по команді "метал" з виходу верхнього одновібратора – неферомагнітних мішень або великий залізний предмет – І видає тональну посилку з частотою близько 2 (кГц). Нижній генератор спрацьовує по команді "Ферро" з виходу нижнього одновібратора – невеликі залізні предмети – і видає тональну посилку з частотою близько 500 (Гц). Тривалості посилок рівні тривалості імпульсів на виходах одновібраторов. Елементом D14.3 здійснюється змішування сигналів двох тональних генераторів. Елемент D14.4, включений по схемою інвертора, призначений для реалізації мостовий схеми включення пьезоізлучателя. Резистор R63 обмежує сплески споживаного мікросхемою D14 струму, викликані ємнісним характером імпедансу пьезоізлучателя. Це є профілактичним заходом щодо зменшення впливу наведень з харчування та запобігання можливого самозбудження підсилювального тракту.


Схема зовнішніх з'єднань (ріс.29)

На схемі зовнішніх з'єднань показані елементи, не встановлені на друкованій платі приладу і компоненти до неї за допомогою електричних роз'ємів. До таких елементів відносяться:


– Потенціометри налаштування і балансування R74, R75,

– Датчик з кабелем та роз'ємом підключення,

– Захисні діоди з харчування VD13, VD14,

– Перемикач режимів роботи S1.1-S1.6,

– Вимірювальні прилади W1, W2,

– Батареї живлення,

– Пьезоізлучатель Y1.

Призначення перерахованих елементів, в основному, очевидно і не вимагає додаткових пояснень.



Типи деталей і конструкція

Типи використовуваних мікросхем наведені в таблиці.

 


Ріс.29. Принципова електрична схема індукційного металошукача. Схема зовнішніх з'єднань.

Таблиця.

Позначення за

ріс.26 – ріс.28

Тип

Функціональне

призначення

D1

D2, D13

D3-D5, D9, D12

D6

D7-D8, D10-D11

D14

К561ЛН2

К561ТМ2

К157УД2

КР590КН4

КР140УД1408

К561ТЛ1

6 інверторів

2 D-тригера

здвоєний ОУ

аналогові ключі

точний ОУ

4 ел-та 2И-НЕ з тригерами Шмідта на вході

Замість мікросхем серії К561 можливе використання мікросхем серії К1561. Можна спробувати застосувати деякі мікросхеми серії К176.

Здвоєні операційні підсилювачі (ОП) серії К157 можна замінити будь-якими подібними по параметрам одиночними ОУ загального призначення (з відповідними змінами в цокольовка і ланцюгах корекції), хоча застосування здвоєних ОУ зручніше (зростає щільність монтажу). Бажано, щоб застосовувані типи ОУ не поступалися рекомендованим типів за швидкодією. Особливо це стосується мікросхем D3-D5.

ОУ синхронних детекторів та інтеграторів ФВЧ за своїми параметрами повинні наближатися до прецизійним ОУ. Крім типу, зазначеного в таблиці, підійдуть К140УД14, 140УД14. Можливе застосування мікромощних ОУ К140УД12, 140УД12, КР140УД1208 у відповідній схемі включення.

До застосовуваним у схемі металошукача резистора не пред'являється особливих вимог. Вони лише повинні мати міцну і мініатюрну конструкцію і бути зручні для монтажу. C метою отримання максимальної термостабільності слід іспльзовать в схемах датчика, інтеграторів і в схемі компенсації тільки металлопленочні резистори. Номінал розсіюваною потужності 0,125-0,25 (Вт).

Терморезистор R73 повинен мати негативний ТКС і номінал близько 4,7 (кОм). Рекомендований тип – КМТ-17вт.

Потенціометри компенсації R74, R75 бажані багатооборотні типу СП5-44 або з ноніусной підстроюванням типу СП5-35. Можна обійтися і звичайними потенціометра будь-яких типів. У цьому випадку бажано їх використовувати два. Один – для грубої підстроювання, номіналом 10 (кОм), що входить у відповідності зі схемою. Інший – для точного підстроювання, включений за схемою реостата в розрив одного з крайніх висновків основного потенціометра, номіналом 0,5-1 (кОм).

Конденсатори С45, С49, С51 – електролітичні. Рекомендовані типи – К50-29, К50-35, К53-1, К53-4 та ін малогабаритні. Решта конденсатори, за винятком конденсаторів коливального контуру датчика, – керамічні типу К10-7 (до номіналу 68 (нФ)) та металлопленочні типу К73-17 (номінали вище 68 (нФ)).

Конденсатор контуру С61 – особливий. До нього пред'являються високі вимоги по точності і термостабільності. Конденсатор С61 складається з декількох (5 … 10 шт.) Конденсаторів, включених в паралель. Налаштування контуру в резонанс здійснюється підбором кількості конденсаторів і їх номіналу. Рекомендований тип конденсаторів К10-43. Їх група з термостабільності – МП0 (тобто приблизно нульовою ТКЕ). Можливе застосування прецизійних конденсаторів та інших типів, наприклад, К71-7. Зрештою, можна спробувати використовувати старовинні термостабільні слюдяні конденсатори з срібними обкладинками типу КСВ або будь-які полістирольні конденсатори.

Діоди VD1-VD12 типу КД521, КД522 або аналогічні кремнієві малопотужні. Як діодів VD1-VD4 і VD5-VD8 зручно також використовувати інтегральні мостові діодні зборки типу КД906. Висновки (+) і (-) діодним збирання Міцно припаяти разом, а висновками ( ~ ) Вона включається в схему замість чотирьох діодів. Захисні діоди VD13-VD14 типів КД226, КД243, КД247 та інші малогабаритні на струм від 1 (А).

Мікроамперметр – будь-якого типу на струм 100 (мкА) з нулем посередині шкали. Зручні малогабаритні мікроамперметра, наприклад, типу М4247.

Кварцовий резонатор Q – будь-який малогабаритний часовий кварц (аналогічні використовуються також в портативних електронних іграх).

Перемикач режимів роботи – Будь-якого типу малогабаритний поворотний галетним або кулачковий на 5 положень і 6 напрямів. Батареї живлення – типу 3R12 – з міжнародного позначення, "квадратні" – на нашу радянсько-російському.

Пьезоізлучатель Y1 – може бути типу ЗП1 … ЗП18. Гарні результати виходять при використанні пьезоізлучателей імпортних телефонів (ідуть у величезних кількостях "у відвал" при виготовленні телефонів з визначником номера).

Рознімання Х1-Х3 – стандартні, під пайку на друковану плату, з кроком висновків 2,5 (мм). Подібні роз'єми широко застосовуються в даний час в телевізорах і іншої побутової техніки. Роз'єм Х4 повинен бути зовнішнього виконання, з металевими зовнішніми деталями, бажано – з посеребрянимі або позолоченими контактами і герметичним виходом на кабель. Рекомендований тип – РС7 або РС10 з різьбовим або байонетним з'єднанням.

Друкована плата

Конструкція приладу може бути достатньо довільної. При її розробці варто врахувати рекомендації, викладені нижче в параграфах, присвячених датчиків і конструкції корпусів. Основна частина елементів принципової схеми приладу розміщується на друкованій платі.

Друкована плата електронної частини металошукача може бути виготовлена на основі готової універсальної макетної друкованої плати під DIP корпусу мікросхем з кроком 2,5 мм. У цьому випадку монтаж ведуть одножильний мідним лудіння проводом в ізоляції. Така конструкція зручна для експериментальної роботи.

Більш акуратна і надійна конструкція друкованої плати виходить при розводці доріжок традиційним способом під задану схему. Зважаючи на її складності, в цьому випадку друкована плата має бути з двостороннім металізацією. Використана автором топологія друкованих доріжок наведена на ріс.30 – сторона друкованої плати з боку установки деталей і на ріс.31 – сторона друкованої плати з боку пайки. Малюнок топології наведено не в натуральну величину . Для зручності виготовлення

фотошаблонів автор наводить розмір друкованої плати із зовнішньої рамці малюнка – 130 х 144 (мм).


Ріс.30. Топологія доріжок друкованої плати. Вид з боку деталей.


Ріс.31. Топологія доріжок друкованої плати. Вид з боку пайки.

Особливості друкованої плати:

– Перемички, без яких розводка друкованої плати виявилася неможливою,

– Загальну шину, яка виконана у вигляді сітчастого малюнка максимально можливої площі на платі,

– Розташування отворів по вузлах сітки з кроком 2,5 (мм), – мінімальна відстань між центром отвору і середньої лінією провідника або між середніми лініями двох сусідніх провідників – 1,77 (мм),

– Напрям прокладки окремих провідників друкованої плати за кутом кратно 45 про .

Щільність провідників на друкованій платі не занадто висока, що дозволяє виготовити малюнок під труїть в домашніх умовах. Для цього рекомендується використовувати тонкий скляний рейсфедер або голку шприца з спиляні вістрям у комплекті з пластиковою трубкою.

Малюнок зазвичай виконують нітрофарбою, Кузбас-лаком, цапон-лаком і т.п. барвниками, розбавленими придатними розчинниками до зручної концентрації. Звичайний реагент для травлення стандартної друкованої плати з склотекстоліти з мідною фольгою 35-50 (мкм) – водний розчин хлорного заліза FeCl 3 .

Розташування деталей на друкованій платі наведено на ріс.32 (мікросхеми, роз'єми, діоди і кварцовий резонатор), на ріс.33 (резистори і перемички) і на ріс.34 (конденсатори).

 


Ріс.32. Розташування елементів на друкованій платі.

Роз'єми, мікросхеми, діоди і кварцовий резонатор.


Ріс.33. Розташування елементів на друкованій платі. Резистори.


Ріс.34. Розташування елементів на друкованій платі. Конденсатори.

Налагодження приладу


Налагодження приладу рекомендується проводити в наступній послідовності.


1. Перевірити правильність монтажу по принциповій схемі. Переконатися у відсутності коротких замикань між сусідніми провідниками друкованої плати, сусідніми ніжками мікросхем і т.п.

2. Підключити батареї або Двуполярность джерело живлення, суворо дотримуючись полярності. Включити прилад і виміряти споживаний струм. Він повинен становити близько 40 (мА) по кожній шині живлення. Різке відхилення виміряних значень від зазначеної величини свідчить про неправильність монтажу або несправності мікросхем.

3. Переконатися в наявності на виході генератора чистого меандру з частотою близько 32 (кГц).

4. Переконатися в наявності на виходах тригерів D2 меандру з частотою близько 8 (кГц).

5. Переконатися в наявності на вихід першого інтегратора пилоподібного напруги, а на виході другого – практично синусоїдальної з нульовими постійними складовими.

Увага! Подальшу настройку приладу необхідно проводити при відсутності поблизу котушки датчика металошукача великих металевих предметів, включаючи вимірювальні прилади! В іншому випадку, при переміщенні цих предметів або при переміщенні датчика щодо них прилад засмутиться, а за наявності великих металевих предметів поблизу датчика настройка буде неможливою.

6. Переконатися в працездатності підсилювача потужності по наявності на його виході синусоїдальної напруги частотою 8 (кГц) з нульовою постійною складовою (при підключеному датчику).

7 . Налаштувати коливальний контур датчика в резонанс шляхом підбору кількості конденсаторів коливального контуру і їх номіналу. Контроль налаштування проводиться грубо – за максимальною амплітудою напруги контуру, точно – щодо зрушення фази в 180 про між вхідним і вихідним напругами підсилювача потужності.

8 . Замінити резисторний елемент датчика (резистори R71-R73) постійним резистором. Підібрати його величину так, щоб вхідні та вихідні напруги підсилювача потужності були рівні по амплітуді.

9 . Переконатися в працездатності приймального підсилювача, для чого перевірити режим його ОУ та проходження сигналу.

10 . Переконатися в працездатності схеми компенсації вищих гармонік. Потенціометри налаштування R74, R75 домогтися мінімуму сигналу основної гармоніки на виході приймального підсилювача. Підбором додаткового резистора R8 домогтися мінімуму вищих гармонік на виході приймального підсилювача. При цьому відбудеться деякий разбаланс по основній гармоніці. Усунути його налаштуванням потенціометра R74, R75 і знову домогтися мінімуму вищих гармонік з допомогою підбору резистора R8 і так кілька разів.

11 . Переконатися в працездатності синхронних детекторів. При правильно налаштованому датчику і при правильно налаштованої схемою компенсації вихідні напруги синхронних детекторів встановлюються в нуль приблизно при середньому положенні движків потенціометрів R74, R75. Якщо цього не відбувається (за відсутності помилок в монтажі), необхідно точніше налаштувати контур датчика і точніше підібрати його резисторний елемент. Критерієм правильної остаточної налаштування датчика є балансування приладу (тобто установка нуля на виходах синхронних детекторів) в середньому положенні движків потенціометрів R74, R75. Під час налаштування слід переконатися, що поблизу стану балансування на рух рукоятки потенціометра R74 реагує тільки прилад W1, а на рух рукоятки потенціометра R75 – тільки прилад W2. Якщо рух рукоятки одного з потенціометрів поблизу стану балансування відбивається на двох приладах одночасно, то з такою ситуацією слід або змиритися (при цьому декілька важче буде балансувати прилад при кожному включенні), або точніше підібрати номінал конденсатора С14.

12 . Переконатися в працездатності фільтрів. Постійна складова на їх виходах не повинна перевищувати 100 (мВ). Якщо це не так, слід змінити конденсатори С35, С37 (навіть серед плівкових типу К73-17 попадаються браковані з опором витоку одиниці – десятки мегом). Може знадобитися і заміна ОУ D10 і D11. Переконатися у реагуванні фільтрів на корисний сигнал, який можна зімітувати невеликими поворотами рукояток R74, R75. Спостерігати вихідний сигнал фільтрів зручно безпосередньо за допомогою стрілочних приладів W1 і W2. Переконатися в поверненні вихідної напруги фільтрів в нуль після впливу сигналів великої амплітуди (не пізніше, ніж через 2 (сек)).

13 . Переконатися в працездатності дискримінатора та схеми формування звукового сигналу.

14 . Провести термічну компенсацію датчика. Для цього спочатку необхідно налаштувати і отбалансіровать металошукач з резистором замість резистивного елемента датчика. Потім – трохи нагріти датчик на батареї опалення або охолодити в холодильнику. Відзначити, в якому становищі движка потенціометра "метал" R74 буде досягатися балансування приладу при температурі, що змінилася датчика. Заміряти опір резистора, тимчасово встановленого в датчику, і замінити його на ланцюжок R71-R73 з термісторів і з резисторами таких номіналів, щоб сумарний опір ланцюжка R71-R73 було б одно опору замінного постійного резистора. Витримати датчик при кімнатній температурі не менше півгодини і повторити експеримент із зміною температури. Порівняти отримані результати. Якщо точка балансування за шкалою движка R74 зміщується в один бік, значить, датчик недокомпенсірован і необхідно посилити вплив термісторів, послабивши шунтуючі дію резистора R72, для чого збільшити його опір, а опір додаткового резистора R71 – зменшити (для збереження величини опору всього ланцюжка постійної). Якщо ж точка балансування для цих двох експериментів зміщується в різні боки, то датчик перекомпенсірован і необхідно ослабити вплив термісторів, посиливши шунтуючі дію резистора R72, для чого зменшити його опір, а опір додаткового резистора R71 – збільшити (Для збереження величини опору всього ланцюжка постійної). Провівши кілька експериментів з підбором резисторів R71 і R72, необхідно домогтися, щоб налаштований і отбалансірованний прилад не втрачав здатності для балансування при зміні температури на 40 про С (охолодження від кімнатної температури до температури морозильної камери холодильника).

При наявності несправностей і відхилень у поведінці окремих вузлів схеми металошукача слід діяти за загальноприйнятою методикою:

– Перевірити відсутність самозбудження ОУ,

– Перевірити режими ОУ по постійному струму,

– Сигнали і логічні рівні входів / виходів

цифрових мікросхем, і т.д. і т.п.

Джерело матеріалу.