Admin

Металлоискатель для начинающих

А. СЕРОВ, г. Барановичи Брестской обл., Беларусь

аспространённые в настоящее время бытовые металлоискатели работают на основе различных методов. Один из них — измерение или регистрация изменения частоты ВЧ-генератора. С этой целью применяют различные методы, например, метод биений на основе смесителя (перемно-жителя) [1—3], частотного детектора традиционного или на основе ФАПЧ, цифрового частотомера [4]. В последние годы популярным стал импульсный метод (метод отклика). На основе этого метода работает распиаренный металлоискатель "Пират" [5], собранный на микросхемах. Ещё один метод — регистрация искажений магнитного поля [6]. Существуют, конечно, металлоискатели, использующие другие принципы, но они более сложные и применяются в основном в профессиональной деятельности.


Металлоискатель, описание конструкции которого предлагается вниманию читателей, использует другой метод — регистрация изменений амплитуды сигнала ВЧ-генератора под воздействием расположенных близко к его LC-контуру металлических предметов. Схема исходного варианта металлоискателя, собранного много лет назад для поиска труб и люков колодцев, засыпанных песком, снегом, закатанных в асфальт, показана на рис. 1. Он собран на четырёх транзисторах, прост как в изготовлении, так и в налаживании. На транзисторе VT1 собран LC-автогенератор с индуктивной обратной связью. Частотозадающий контур — L1C3, L2 — катушка обратной связи.


Катушки L1 и L2 расположены соосно, имеют разные размеры и между ними существует индуктивная связь. При этом транзистор VT1 автогенератора надо "держать на голодном пайке", ограничив ток базы настолько, чтобы возникшая генерация была на грани срыва. В таком состоянии LC-контур автогенератора наиболее сильно подвержен влиянию внешних факторов и реагирует на любой металл, находящийся между катушками. Это приводит не только к изменению частоты автогенератора, но и к снижению эквивалентной добротности LC-контура (потери в контуре увеличиваются), а значит, и к уменьшению амплитуды колебаний вплоть до их срыва. Это происходит за счёт отбора части энергии, излучаемой генератором, посторонним металлическим предметом, в котором наводятся вихревые токи (токи Фуко).
На транзисторе VT2 собран детектор сигнала, который работает на микротоках, чтобы не нагружать LC-контур автогенератора. Конденсатор С4 сглаживает выпрямленное напряжение. На транзисторах VT3, VT4 собран усилитель тока по схеме Дарлингтона. Нагрузкой этого усилителя служит индикаторная лампа накаливания СМН 6,3, находящаяся внутри корпуса выключателя МПК1с-6 (рис. 2), поскольку в те времена светодиоды были не столь широко распространены. Если сейчас повторить эту конструкцию, взамен лампы накаливания можно установить светодиод с последовательно включённым токоограничивающим резистором сопротивлением 1,5...2 кОм. Конденсаторы С1 и С2 — блокировочные.
Металлоискатель работает следующим образом. Вдали от металлических предметов (в воздухе) движок переменного резистора R2 устанавливают в верхнее по схеме положение. При этом автогенератор работать не должен, транзистор VT2 будет закрыт, через резистор R6 открывающее напряжение поступит на базу транзистора VT3. Он, а вслед за ним и транзистор VT4 открываются, и лампа накаливания станет светить. Плавным перемещением движка переменного резистора R2 добиваются возникновения генерации, при этом транзистор VT2 открывается, а транзисторы VT3, VT4 закрываются, и лампа гаснет. При приближении к катушке автогенератора металлического предмета амплитуда колебаний уменьшается, транзистор VT2 закрывается, и включается лампа накаливания.
В устройстве можно применить постоянные резисторы МЛТ, переменный — СПО, СП4-1, конденсатор С2 — оксидный К50-35 или импортный, остальные конденсаторы — К10-17. Если применить индикаторный светодиод, как об этом сказано выше, выключатель питания можно использовать любой малогабаритный. О конструкции катушек будет сказано далее. Смонтировать все элементы можно на макетной печатной плате. Потребляемый устройством ток определяется в основном лампой накаливания — это не более 20 мА, когда лампа включена. Источник питания — батарея из четырёх гальванических элементов типоразмера АА или ААА.

Налаживание начинают с проверки усилителя тока. Не впаивая резистор R5, через резистор сопротивлением 1 МОм соединяют базу транзистора VT2 сначала с минусовой, а затем с плюсовой линией питания. В первом случае лампочка (светодиод) загорится, а во втором — погаснет. Значит, усилитель работает. Впаяв резистор R5, вращая движок резистора R2 в разные стороны, будет наблюдаться та же картина. Если нет, надо поменять
местами концы катушки L2 или заменить транзистор VT1.
Из разных испытанных транзисторов лучше всех в автогенераторе работает транзистор П416Б (П416А). Если у него будет большой коэффициент передачи по току, автогенератор сразу резко входит в режим самовозбуждения. Чтобы добиться плавного возникновения возбуждения, можно отмотать витки катушки L2, но поскольку это неудобно, в эмиттер транзистора VT1 можно установить резистор сопротивлением 10...50 Ом.
По просьбе внука был изготовлен второй вариант металлоискателя, который собран на более современных элементах (рис. 3). Как и в первом варианте, он содержит автогенератор на транзисторе VT1 и детектор на транзисторе VT2. Взамен усилителя тока на транзисторах VT3, VT4 собран триггер Шмитта и использованы два светодиода разного цвета свечения. Применение триггера Шмитта позволило сделать порог обнаружения более чётким.
Металлоискатель состоит из того же генератора, собранного на транзисторе VT1, детектора на транзисторе VT2 и триггера на транзисторах VT3, VT4, в коллекторные цепи которых включены светодиоды HL1 и HL2. При наличии генерации светит светодиод HL2 зелёного свечения. При снижении амплитуды сигнала автогенератора или срыве генерации (металл найден) загорается светодиод HL1 красного свечения. О включении металлоискателя свидетельствует один из светящихся светодиодов.


Здесь применены в основном аналогичные детали. Светодиоды можно применить любые маломощные с диаметром корпуса 3...5 мм разного цвета свечения.
Налаживание проводят по аналогии с первым вариантом. Сначала проверяют работу триггера Шмитта, так же как и усилителя тока, при этом светодиоды должны переключаться. Затем проверяют работу металлоискателя в целом.
Элементы устройства (кроме катушек) можно разместить на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5...2 мм. Чертёж платы и размещение на ней элементов показаны на рис. 4. Плата рассчитана для установки выключателя МТ-1.
Был изготовлен и третий вариант металлоискателя, дополненный звуковой сигнализацией, его схема показана на рис. 5. Он состоит также из генератора на транзисторе VT1 и детектора на транзисторе VT2. Дополнительно вве-
дена микросхема К561ТЛ1. Из четырёх её элементов два (DD1.1 и DD1.2) использованы для световой индикации, а остальные два (DD1.3 и DD1.4) — для построения звукового генератора. Взамен этой микросхемы можно применить микросхему К561ЛА7, их цоколёвка совпадает, а разница в работе малозаметна, просто будет менее чёткое переключение.

Акустический излучатель — малогабаритный электромагнитный сопротивлением несколько десятков или сотен ом. Взамен электромагнитного звукоизлучателя можно применить пьезоэлектрический, например НРМ14А. В этом случае элементы R11, VT3 становятся ненужными, а пьезоизлучатель подключают между выходом элемента DD1.4 и плюсовой линией питания. Громкость сигнала при этом уменьшится. С помощью подстроечного резистора R10 можно изменять частоту звукового сигнала.
Для устройства можно использовать печатную плату, чертёж которой и размещение на ней элементов показаны на рис. 6.

Налаживание проводят в той же последовательности, как и в предыдущих случаях, только теперь при включении светодиода красного свечения появляется и звуковой сигнал.
Следует отметить, что металлоискатель с триггером Шмитта на транзисторах получился более чувствительным, чем при применении цифровой микросхемы. Видимо, это связано с разным напряжением их переключения.
Катушка L1 изготовлена следующим образом. В дощечку были вбиты два гвоздя на расстоянии 25 см друг от друга, и между ними намотано 70 витков эмалированного провода ПЭЛ 0,2. Итого потребуется примерно 35 м провода. Был использован провод от отклоняющей системы кинескопа старого телевизора. В результате получилась катушка с длиной окружности 50 см и диаметром около 16см. Затем был взят отрезок старого телевизионного коаксиального кабеля диаметром 8 мм и длиной 55...60 см. Внешняя изоляция кабеля была аккуратно разрезана вдоль и удалена. В неё вставлена намотанная катушка. Внешнюю изоляцию кабеля подгоняют по длине так, чтобы получилось замкнутое кольцо, затем плотно обматывают изоляционной лентой. Катушку соединяют с платой металлоискателя экранированным проводом, который проходит в держателе-ручке. Экранированный провод можно сделать из экранирующей оплётки от кабеля и отрезка монтажного провода в изоляции. При этом частота автогенератора с конденсатором СЗ = 1500 пф получилась примерно 80 кГц.


Держатель катушек, корпус металлоискателя (размеры — 850x750x50 мм) и его крышка изготовлены из пластмассы толщиной несколько миллиметров. Была использована задняя крышка от старого телевизора. П-образная крышка металлоискателя закреплена двумя винтами М3 и может вращаться, это позволяет открывать её без какого-либо инструмента для смены элементов питания (рис. 7). По центру держателя, на котором закреплена катушка L1, приклеены два пластмассовых диска толщиной 3...4 мм. Сначала — первый диск диаметром 20 мм, который служит оправкой. Затем приклеивают второй диск диаметром 35 мм, который выполняет функцию ограничителя обмотки. На первый диск наматывают 40...50 витков провода ПЭЛ 0,2. Это будет катушка L2, её соединяют с платой витым изолированным проводом.
Плата крепится в корпусе за счёт гаек крепления выключателя SA1 и переменного резистора R2. Ручка металлоискателя — колено от старой телескопической удочки. Внешний вид металлоискателя показан на рис. 8.

В процессе налаживания было выяснено, что для повышения чувствительности металлоискателя автогенератор на транзисторе VT1 лучше питать пониженным напряжением 3...3,3 В. Проще всего это сделать, запитав его от стабилизатора напряжения на микросхеме.

Можно также уменьшить общее напряжение питания металлоискателя, но тогда придётся применить светодиоды красного свечения, поскольку они светят при напряжении 1,5...1,8 В.
Какая частота подходит лучше для металлоискателя, мне не известно. Глубина обнаружения напрямую зависит от диаметра катушки L1 и свойств почвы. Причём чем больше глубина обнаружения, тем больше должен быть диаметр катушки L1 и массивнее должен быть металлический предмет. Но большая катушка будет слабо реагировать на мелкие предметы.

При испытании в "полевых условиях", во дворе многоэтажки, возле скамейки, где любят отдыхать любители свежего воздуха, был обнаружен "клад" в виде горстки металлических пробок от бутылок и несколько гвоздей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Булгак Л., Степанов А. Металлоискатель. — Радио, 1984, № 1, с. 49, 50.
2. Нечаев И. Металлоискатель на микросхеме. — Радио, 1987, № 1, с. 49.
3. Соломеин В. Металлоискатель с дополнительными функциями. — Радиомир, 2011, № 11, с. 18—20.
4. Щедрин А., Колоколов Ю. Металлоискатель по принципу частотомера. — Радиолюбитель, 2002, № 5, с. 17—20.
5. Металлоискатель "Пират" своими руками. — URL: https://clck.ru/376BDS (14.12.23).
6. Джуган В. Клюшка-металлоискатель. — Радио, 2019, № 4, с. 34—36.
От редакции Чертежи печатных плат находятся по адресу http://ftp.radio.ru/ pub/2024/02/metal.zip на нашем FTP-сервере.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК