Електронний металошукач

Eugene Lisovy aka F0RESTER 2:4635/9.11@fidonet
Євген Лісовий, України, м.Умань, +380-4744-58771


Металошукач являє собою відносно простий пристрій, електронна схема якого забезпечує гарну 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 за 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 та налаштування схеми потрібен відповідний досвід і досвід.

Блок схема металошукача наводиться на рис. 1.

 

Генератор металошукача збуджує коливання в передавальної котушці на частоті близько 3 кГц, створюючи в ній змінне магнітне поле. Приймальня котушка розташована перпендикулярно передавальної котушці таким чином, що проходять через неї магнітні силові лінії створять малу ЕРС. На виході приймальні 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 підсилюється, 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, яке 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 призводить в дію електронний перемикач, в результаті чого на вихідні підсилювальні каскади надходить звуковий сигнал, що сповіщає оператора про присутність металевого предмета.

Принципова електрична схема металошукача представлена на рис. 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 C9 і згладжується фільтром низьких частот, який складається з резисторів R14, R15 і конденсаторів C10 і C11. 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, а RP3 забезпечує точне регулювання опорної напруги. Генератор, зібраний на транзисторі з одним переходом VT2, працює в безперервному режимі, але сигнал, що виробляється їм, надходить на базу транзистора VT4 тільки тоді, коли закриється транзистор VT3, 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 VT3 і сигнал від транзистора VT2 через транзистор VT4 і регулятор гучності RP5 надходить на вихідний каскад і гучномовець.

У схемі використовується два джерела живлення, що усуває можливість виникнення будь-якої зворотного зв'язку виходу схеми до її чутливого входу. Основна схема харчується від батареї напругою 18 В, яке з допомогою мікросхеми D4 знижується до стабільного напруги 12 В. При цьому зниження напруги батареї під час роботи схеми не викликає зміни налаштування. Вихідні каскади харчуються від окремого джерела живлення напругою 9 В. 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 у відсутність сигналу вихідний каскад не споживає струму.

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 у кожній з кроком 2,5 мм. Перш за все в смужках роблять 64 розрізу і висвердлюють три настановних отвори. Потім на звороті плати встановлюють 20 перемичок, штирі для зовнішніх сполук, а також два штирі для конденсатора C5.

 


Потім встановлюють конденсатори C16, C17 і мікросхему D4. Ці елементи утворюють джерело живлення з напругою 12 В. Перевірка цього каскаду здійснюється шляхом тимчасового підключення батареї напругою 18 В. При цьому напруга на конденсаторі C16 має становити 12 + – 0,5 В. Після цього проводиться монтаж елементів вихідного каскаду: резисторів R23-R26, конденсаторів C14 і C15 і транзисторів VT4-VT6. Слід врахувати, що корпус транзистора VT6 з'єднаний з його колектором, тому контакт корпусу з сусідніми елементами і перемичками неприпустимий. Оскільки вихідний каскад при відсутності сигналу не споживає струму, його перевіряють тимчасовим підключенням гучномовця, змінного резистора RP5 й батареї напругою 9 В.

Потім встановлюють резистори R20-R22 і транзистор VT2, 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 C12, транзистор VT3 і мікросхему D3. Робота схеми порівняння перевіряється наступним чином. До вимірювального входу D3 підключають змінні резистори RP3 і RP4. Цей вхід утворюється з допомогою двох резисторів опором 10 кому, один з яких підключається до позитивної шині живлення +12 В, а інший – до нульової шині. Другі висновки резисторів під'єднують до висновку 2 мікросхеми D3. Перемичка від цього висновку є тимчасової точкою з'єднання. При грубій настройці (включені обидві батареї), яка здійснюється змінним резистором RP4, в певному його положенні відбувається зрив звукового сигналу, у той час як при точній настройці змінним резистором RP3 повинно здійснюватись плавну зміну сигналу поблизу цього положення. При виконанні цих умов почали встановлення резисторів R6-R15, конденсаторів C6-C11, діода VD3 і мікросхем D1 і D2.

Включивши джерело живлення, спочатку перевіряють наявність сигналу на виході мікросхеми D1 (вивід 6). Він не повинен перевищувати половини значення джерела харчування (приблизно 6 В). Напруга на конденсаторі C9 не повинно відрізнятися від напруги вихідного сигналу цієї мікросхеми, хоча наведення від мережі змінного струму можуть викликати невелике збільшення цієї напруги. Торкання пальцем входу мікросхеми (підстави конденсатора C6) викликає збільшення напруги через підвищення рівня шумів. Якщо регулятори налаштування знаходяться в положенні, при якому звуковий сигнал відсутній, торкання пальцем конденсатора C6 призводить до появи та зникнення жтого 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 C5. Змінний резистор RP2 тимчасово встановлюється в середнє положення. Плата кріпиться до L-образним алюмінієвому шасі через пластмасові шайби (для усунення можливості короткого замикання) за допомогою трьох гвинтів. Шасі закріплюється в корпусі пульта керування двома болтами, які утримують два затиски, 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.

Штанга і сполучні частини, що утворюють утримувач головки шукача 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 наждаковим папером, що забезпечує хороше склеювання з епоксидної смолою.

Основні характеристики металошукача багато в чому залежать від застосовуваних котушок, тому їх виготовлення вимагає особливої уваги. Котушки, що мають однакову форму і розміри, намотують на D-подібний контур, який утворений з штипей, закріплених у відповідному шматку плати (рис. 4).

 

Виготовлені таким чином котушки закріплюються за допомогою затискачів по краях пластмасової тарілки і під'єднуються до блоку управління за допомогою чотирижильного екранованого кабелю. Два центральних відведення та екран приймальні котушки під'єднуються до нульової шині через екранують дроти. Якщо включити пристрій і радіоприймач, розташований недалеко від котушки, можна почути високотональний свист (На частоті металошукача), обумовлений наводкою звукового сигналу в радіоприймачі. Це вказує на справність генератора металошукача. У 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 мінімальною, або за показниками вимірювального приладу (вольтметра), підключеного безпосередньо до конденсатора C9.

Другий варіант для одгонкі котушок значно простіше. Напруга на конденсаторі має становити приблизно 6 В. Після цього зовнішні частини котушок приклеюються епоксидної смолою, а внутрішні, що проходять через центр, залишаються незакріпленими, що дозволяє провести остаточне настроювання.

Остаточна налаштування складається в установці незакріплених частин котушок в таке положення, при якому предмети з кольорового металу, наприклад монети, викликають швидке збільшення вихідного сигналу, а інші предмети – його незначне зменшення. Якщо необхідний результат не досягається, необхідно поміняти місцями кінці однієї з котушок. Слід пам'ятати, що остаточна налаштування або підгонка котушок повинна проводитися без металевих предметів. Після установки і міцного закріплення котушки покривають шаром епоксидної смоли, потім на них накладається склотканина і все це герметизується епоксидної смолою.

Після виготовлення головки шукача в схему вбудовується конденсатор C5, змінний резистор RP1 встановлюється в середнє положення, а змінний резистор RP2 налаштовується на мінімум вихідного сигналу. При цьому за один бік середнього положення змінний резистор RP1 забезпечує розпізнавання сталевих предметів, а по інший бік – предметів з кольорового металу. Слід мати на увазі, що при кожній зміні номінального значення опору змінного резистора RP1 необхідно проводити повторну налаштування пристрою.

На практиці металошукач представляє собою легке, добре збалансоване, чутливе пристрій. Протягом перших кількох хвилин після включення пристрою може бути розбаланс нульового рівня, проте через деякий час він зникає або стає незначним.

Елементи металошукача
————————————————– ———–
Резистори:
R1, R6, R7, R8 100 кОм
R2, R3, R22, R23 100 Ом
R4, R5 6,8 кОм
R9, R11, R21, R25 10 ком
R10 220 кОм
R14 15 кОм
R15, R19 68 кОм
R16 8,2 кОм
R17 18 кОм
R18 3,9 МОм
R12, R13 47 кому
R24 4,7 кОм
R20 33 кОм
R26 1,8 кОм

Змінні резистори:
RP1, RP4 10 кОм (лінійні)
RP2 10 кОм (мікромініатюрних, з горизонтальною
установкою)
RP3 100 кОм (лінійний)
RP5 10 кОм (суміщений з перемикачем)

Конденсатори:
C1 100 мкФ, 16 В (електролітичний)
C2, C5, C14 0,01 мкФ
C3, C4 0,22 мкФ
C6, C13 0,1 мкФ
C7, C8, C12 1 мкФ
C9 47 мкФ, 16 В
C10 2,2 мкФ, 35 В
C11 0,47 мкФ, 35 В
C15, C16 220 мкФ, 16 В (електролітичний)
C17 470 мкФ, 25 В (електролітичний)

Транзистори:
VT1, VT5 BC214L (КТ3107Б, КТ3107І)
VT2 TIS43 одноперехідні (КТ117)
VT3, VT4 BC184L (КТ3102Д)
VT6 BFY51 (КТ630Д)

Діоди:
VD1, VD2, VD3 1N914 (КД521А)

Мікросхеми:
D1, D2, D3 CA3140 (К1109УД1)
F4 mA78L12AWC стабілізатор напруги +12 В, 100 мА
(К142ЕН1, К142ЕН2)