Металлоискатель - это электронное устройство для поиска и различения металлов, предметов из металла, которые могут быть спрятаны на разной глубине под слоем песка, земли, в стенах помещений и различных конструкций.
Приведены принципиальные схемы металлоискателей, выполненных на транзисторах, микросхемах и микроконтроллерах. Металлоискатель заводского производства является достаточно дорогим устройством, поэтому самостоятельное изготовление самодельного металлоискателя может сэкономить не мало средств.
Схемы современных металлоискателей могут быть построены по разным принципам работы, перечислим наиболее популярные из них:
- Метод биений (измерение изменения эталонной частоты);
- Индукционный баланс на низких частотах;
- Индукционный баланс на разнесённых катушках;
- Импульсный метод.
Многие начинающие радиолюбители и кладоискатели задаются вопросом: как самому изготовить металлоискатель? Желательно начать свое знакомство со сборки простой схемы металлодетектора, это позволит разобраться в работе подобного устройства, получить первые навыки в поиске кладов и изделий из разноцветных металлов.
Сейчас существует достаточно большой выбор мультиметров, по самой разной цене.Теперь радиолюбитель может не ограничиваться скромным набором функций «легендарного» М-838. Ненамного дороже можно приобрести более современный прибор, который способен так же измерять и частоту переменного тока...
0 329 0
Металлоискатель предназначен для обнаружения металлического предмета (крышка колодца, отрезок трубы, скрытая проводка). Металлоискатель состоит из параллельного стабилизатора напряжения (транзисторы V1 V2)у генератора высокой (около 100 кГц) частоты на транзисторе V4, детектора ВЧ колебаний (V5) и...
13 5437 6
Металлоискатель позволяет на расстоянии до 20 см обнаруживать любой металлический предмет. Дальность обнаружения зависит только от площади металлического предмета. Для тех, кому этого расстояния недостаточно, например искателям кладов, можно порекомендовать увеличить размеры рамки. Это должно увеличить и глубину обнаружения. Принципиальная схема металлоискателя приведена на рисунке. Схема собрана на транзисторах, работающих в режиме...
9 4991 1
Схема самодельного металлоискателя на биениях, которая построена на пяти микросхемах. Находит монету 0,25мм на глубине 5см, пистолет - на глубине 10см, металлическую каску - 20см. Принципиальная схема металлоискателя на биениях изображена ниже. Схема состоит из следующих узлов: кварцевый генератор, измерительный генератор, синхронный детектор, триггер Шмидта, устройство индикации...
11 5125 4
Схема, представленная на рисунке - это классический металлоискатель. Работа схемы основана на принципе супергетеродинного преобразования частоты, которое обычно используется в супергетеродинном приемнике. Принципиальная схема металлоискателя с интегральным УНЧ, в нем используются два генератора радиочастоты, частоты которых составляют 5,5 МГц. Первый радиочастотный генератор собран на транзисторе Т1 типа BF494, частота...
5 5119 2
Этот металлоискатель, несмотря на малое число деталей и простоту в изготовлении, отличается достаточно большой чувствительностью. Крупные металлические предметы, такие как батарея отопления, он способен обнаружить на расстоянии до 60 см, мелкие же, например, монету диаметром 25 мм — на расстоянии 15 см. Принцип работы устройства основан на изменении частоты в измерительном генераторе под воздействием находящихся рядом металлов и...
19 5050 0
Простой компактный металлоискатель нужен для обнаружения в стенах под слоем штукатурки разнообразных металлических предметов (например, труб, проводки, гвоздей, арматуры). Это устройство полностью автономно, питается от 9 вольтовой батареи типа «Крона», потребляя от нее 4-5 мА. Металлоискатель имеет достаточную чувствительность для обнаружения: трубы на расстоянии 10-15 см; проводки и гвоздей на расстоянии 5-10...
8 4916 0
Схема малогабаритного высокоэкономичного металлоискателя с хорошей повторяемостью и высокими эксплуатационными характеристиками, используя широко распространенные и недорогие детали. Анализ большинства распространённых схем показал, что все они питаются от источника с напряжением не ниже 9 В (то есть «Крона»), а это и дорого и неэкономично. Так, собранный на микросхеме K561ЛE5...
18 5690 1
Предназначение металлоискателя, или, как его еще называют, металлодетектора, - это поиск металлических изделий с помощью электрических или магнитных свойств, которые отличают их от окружающей среды. Проще говоря, при помощи металлодетектора можно найти металл даже в земле. Однако этой средой его возможности не ограничиваются, так как его применяют и в воде. Данным приспособлением пользуются службы охраны, криминальная служба, военные, геологи и рабочие многих других специальностей. Но подробная инструкция по сборке металлоискателя своими руками может пригодиться также и для применения устройства в домашнем хозяйстве.
Область применения прибора
Для тех, кто потерял кольцо или ключи и знает их примерное местоположение, металлоискатель станет настоящим спасением. Сделать самодельный металлоискатель не так уж и сложно , особенно если есть схема самодельного металлоискателя и подробное описание сборки. Чаще всего сборкой занимаются любители радиомеханики, кладоискатели, краеведы и военно-исторические объединения. Устройство дает возможность найти монету в верхнем слое грунта или большие металлические детали на внушительной глубине до 1,5 метра.
Такими свойствами обладают и самодельные устройства, но при помощи опытного радиомеханика можно собрать прибор и помощнее. Немало людей используют металлодетектор в коммерческих целях: при обнаружении разных деталей сдают их в металлолом, зарабатывая определенную сумму. Находки могут быть и более важные, к примеру, старинные вещи или настоящие клады в виде сундуков с сокровищами.
Заключается в использовании электромагнитной технологии. Катушкой создается электромагнитное поле, которое взаимодействует с токопроводящими предметами в результате этого создается вихревой ток, искажающий сигнал катушки. Даже при отсутствии токопроводимости, предмет может иметь свое магнитное поле, которое также будет создавать помехи, тем самым указывая на местонахождение предмета.
После поступления помех изменяется электромагнитный импульс, который поступает прямо на блок управления, издающий при этом звуковые сигналы или показывая данные на дисплее, свидетельствующие о находке. Устройства разделяются на множество групп и имеют огромное количество названий и классифицируются все они по множеству параметров.
Разновидности детекторов
Общие характеристики приборов:
Дискриминация является составным параметром, так как сигнальных выходов, скорее всего, 1 или 2, а определений по свойству и расположению предмета несколько. Однако, по реакции прибора, учитывая приближение к объекту, выделяются сигналы:
- Пространственный - можно определить расположение объекта в месте поиска и глубину расположения.
- Геометрический - возможность образного формирования длины и ширины находки.
- Качественный - возможность предполагать о структуре находки.
Рабочие параметры
Все параметры чувствительности связаны с частотой генератора. Поэтому изначально металлоискатели классифицируют в зависимости от рабочей частоты:
Метод поиска металлических изделий
Существует больше 10 методов поиска, однако методы с оцифровкой сигналов и обработкой через компьютер относятся к профессиональному оборудованию. Схемы металлоискателей своими руками чаще всего изготавливают с учетом следующих методов поиска:
- Параметрический.
- Приемопередающий.
- Накопление фазы.
- Биение.
Без приемной катушки
Параметрические устройства
не имеют ни приемной катушки, ни приемника. Детекция происходит благодаря влиянию предмета на индуктивную катушку генератора. В зависимости от добротности катушки будет меняться частота и амплитуда колебаний, что может фиксироваться по-разному, к примеру:
- Измеряется частота и амплитуда.
- Измеряется ток генератора.
- Измерение напряжения петли ФАПЧ (фазовая автоподстройка частоты).
В большинстве случаев такие приборы применяют в качестве магнитодетекторов. Имеют плохую чувствительность, но дешевые и помехоустойчивые, а использование требует определенного навыка.
Со встроенным передатчиком
Приборы с приемником и передатчиком очень эффективны, но имеют сложное схемотехническое строение и для них нужны качественные катушки. Устройства с одной катушкой называются индукционными.
Щелчки после приближения к предмету
В металлоискателях с накоплением фазы могут быть с одной катушкой импульсного типа или с двумя генераторами. В устройстве с одной катушкой, при прохождении импульсов увеличивается сдвиг фазы и при достижении определенного уровня срабатывает дискриминатор и в наушники подается сигнал по типу щелчка. Чем ближе предмет, тем чаще повторяются щелчки.
Двухкатушечный металлоискател ь по схемотехнике проще импульсного, но и слабее по чувствительности, проницание тоже меньше до 2 раз.
Металлоискатели на биении
Устройства собираются с 2 генераторами, опорным и рабочим. Рабочий генератор настраивается на нулевое значение биения и в зависимости от звукового тона можно судить о месте расположения объекта, его размере и свойствах.
Сборка металлоискателя своими руками
Существует мнение, что фирменные образцы металлоискателей по многим параметрам превосходят самодельные устройства. Однако факты говорят обратное: если прибор правильно собрать, то самоделка может оказаться не только дешевле заводской конструкции, но и лучше. Многими кладоискателями приобретаются самые дешевые типы устройства, а в дальнейшем они либо самостоятельно собирают металлоискатель, либо покупают кастомный вариант.
Новичку или человеку, который плохо разбирается в электронике, может показаться сложной специальная терминология, формулы и схемы. Но при подробном разборе всей информации, становится ясно, что имея хотя бы средний уровень знаний, можно разобраться как сделать самодельный металлоискатель.
Самостоятельное изготовление печатной платы
Для дальнейшего размещения деталей металлоискателя нужна печатная плата. Для этого лучше всего использовать метод ЛУТ - лазерно-утюжная технология.
Изготовление происходит поэтапно в такой последовательности:
На последнем этапе проводится лужение дорожек. Паяльником размазывается раствор ЛТИ-120.
Монтаж радиодеталей на плату
На этом этапе сборки металлоискателя в подготовленную плату устанавливаются все элементы:
В данном случае используется старая схема, но можно найти и спаять похожий, современный вариант, так как усилитель К157УД2 в настоящее время найти непросто.
Изготовление катушки устройства
Самодельную катушку наматывают на жесткой оправе с радиусом 100 мм. Нужно намотать примерно 25 витков . Такой показатель является приемлемым в случае использования проволки ПЭВ с диаметром около 0,5 мм, но также можно использовать и другой крепкий материал.
Для выбора оптимального количества витков можно провести эксперимент, проверив устройство на улавливание монетки.
Каркас и дополнительные элементы
В качестве сигнального динамика может использоваться деталь из переносного приемника с сопротивлением Ом. Допускается применение китайских аналогов с таким же сопротивлением.
Для нормальной работы металлоискателя, нужно настроить чувствительность
. Порог определяется при достижении равномерного, но не очень сильного потрескивания. Для этого используют два потенциометра с разной мощностью. Понадобится один с мощностью 10 кОм, а другой - 100 кОм. Для увеличения помехоустойчивости рекомендовано применять экранированный кабель для соединения катушки со схемой. Источником питания могут выступать аккумуляторные батареи. Минимальное напряжение должно составлять 12 В. Для устойчивости электросхемы на выходе устанавливается стабилизатор напряжения типа L7812.
После изготовления конструкции и проверки работоспособности нужно сделать корпус переносного устройства. Каждый любитель может создавать каркас по своему усмотрению из подручных предметов, но внимание нужно обратить на следующие рекомендации:
- Для удобства и лучшей устойчивости штангу можно усилить, купив для этого несколько метров водопроводной ПВХ трубы и несколько перемычек для соединения. На верхней части желательно сделать подставку для рук. Идеальным вариантом будет изготовление подлокотника. В таком случае оператору будет легче пользоваться металлоискателем.
- Плату нужно поместить в защищенную коробку, соответствующую ее размеру, и закрепить на корпусе.
- В качестве питания используется аккумулятор от шуруповерта, который имеет небольшой вес и достаточную емкость. С учетом параметров может использоваться какой-нибудь другой вариант.
- При создании корпуса и всей конструкции нужно учитывать то, что присутствие посторонних металлических элементов будет сильно искажать сигнал магнитного поля металлоискателя и его эффективность будет нарушена.
Эффективность устройства
Прибор, изготовленный по такой схеме
, не будет эффективным при поиске мелких предметов на большой глубине, но некоторые советские монеты можно найти на глубине около 30−40 см, а крупный размер металлических деталей детектор чувствует на расстоянии около 1 метра и больше.
Такой самодельный вариант металлоискателя подойдет людям, осваивающим основы поиска или не имеющим возможности пользоваться дорогостоящей моделью. Специалистам или опытным кладоискателям эффективности прибора может быть недостаточно.
Был разработан на основе уже известного устройства "Терминатор Про". Основным его преимуществом является качественная дискриминация, а также малое потребление тока. Также сборка прибора обойдется не дорого, а работать он способен на любых типах грунтов.
Вот краткие характеристики устройства
По принципу работы металлоискатель относится и импульсно-балансному.
Рабочая частота составляет 8-15 кГц.
Что касается режима дискриминации, тот тут используется двух тональная озвучка. При обнаружении железа устройство подает низкий сигнал, а если попадется цветной металл, тон будет высоким.
Питается аппарат от источника в 9-12В.
Также присутствует возможность регулировки чувствительности и есть ручная отстройка от грунта.
Ну а теперь о главном, о глубине обнаружения металлоискателя. Прибор способен обнаруживать монеты диаметром 25 мм на расстоянии в 35 см по воздуху. Золотое кольцо можно поймать на расстоянии 30 см. Каску прибор обнаруживает на расстоянии порядка 1-го метра. Максимальная глубина обнаружения составляет 150 см. Что касается потребления, то без звука это порядка 35 мА.
Материалы и инструменты для сборки:
- минидрель (у автора самодельная из моторчика);
- провод для наматывания катушки;
- четырех жильный экранированный кабель;
- паяльник с припоем;
- материалы для изготовления корпуса;
- печатная плата;
- все необходимые радиодетали и их номиналы можно увидеть на фото схемы.
Процесс изготовления металлоискателя:
Шаг первый. Изготовление платы
Плата изготавливается методом травления. Далее можно сверлить отверстия, их диаметр составляет 0.8 мм. Для этих целей автор использует маленький моторчик с установленным сверлом.
Шаг второй. Сборка платы
Сборку нужно начинать с впаивания перемычек. После этого можно устанавливать панели под микросхемы и прочие впаивать прочие элементы. Очень важно иметь для качественной сборки тестер, который может замерить емкость конденсаторов. Поскольку в приборе используется два одинаковых канала усиления, то усиление по ним должно быть как можно ближе к одному значению, то есть быть одинаковым. На обоих каналах одного каскада должны быть одинаковые показания при измерении тестером.
Как выглядит уже собранная схема, можно увидеть на фото. Автор не стал устанавливать узел, определяющий степень разрядки аккумулятора.
После сборки плату нужно проверить тестером. Нужно подключить к ней питание и проверить все стратегически важные входы и выходы. Везде питание должно быть точно таким, как на схеме.
Шаг третий. Собираем катушку
Датчик DD собирается по тому же принципу, что и для всех подобных балансников. Передающая катушка обозначается буквами TX, а приемная RX. Всего нужно сделать 30 витков проводом, сложенным вдвое. Провод используется эмалированный, диаметром 0.4 мм. И приемная, и передающая катушка формируются двойными проводами, в итоге на выходе должно получиться четыре провода. Далее тестером нужно определить плечи обмоток и соединить начало одного плеча с концом другого, в итоге образуется средний вывод катушки.
Для фиксирования катушки после наматывания нужно хорошо обмотать нитками и затем пропитать лаком. После того как лак засохнет, катушки обматываются изолентой.
Впоследствии сверху делается экран из фольги, между началом и концом нужно сделать зазор порядка 1 мм, чтобы избежать короткозамкнутого витка.
Средний вывод ТХ необходимо подключить к земле платы, иначе не запустится генератор. Что касается среднего выхода RX, то он нужен для настройки по частоте. После настройки резонанса его нужно заизолировать и приемная катушка превращается в обычную, то есть без вывода. Что касается приемной катушки, то ее подключают вместо передающей и настраивают на 100-150 Гц ниже, чем предающая. Каждую катушку нужно настраивать отдельно, при настройке возле катушки не должно быть никаких металлических предметов.
Чтобы свести баланс, катушки сдвигают, как можно увидеть на фото. Баланс должен находиться в пределах 20-30 мв, но не более 100 мв.
Рабочие частоты прибора находятся в пределе от 7 кГц, до 20 кГц. Чем ниже будет частота, тем глубже будет брать прибор, но при низкой частоте дискриминация становится хуже. И наоборот, чем выше частота, тем лучше дискриминация, но при этом меньше глубина обнаружения. Золотой серединой можно считать частоту 10-14 кГц.
Для подключения катушки используется четырех жильный экранированный провод. экран подключается к корпусу, два провода идут идут на передающую катушку и два на приемную.
Не так часто, но все же случаются в нашей жизни потери. Например, пошли в лес по грибы по ягоды и обронили ключи. В траве под листьями их будет найти не так просто. Не стоит отчаиваться: нам поможет самодельный металлоискатель, который мы будем делать своими руками. Вот и я решил собрать свой первый металлоискатель
. В наше время мало кто решится на изготовление металлодетектора. Самодельные устройства были популярны лет двадцать-двадцать пять тому назад, когда купить их было просто негде.
Современные металлоискатели таких производителей, как Garrett, Fisher и многие другие имеют высокую чувствительность, дискриминацию по металлам, а некоторые и годограф. Они способны настраивать баланс грунта, отстраиваться от электрических помех. Благодаря этому глубина обнаружения современного металлодетектора на монету достигает 40 см.
Схему выбрал не очень сложную, чтобы можно было повторить в домашних условиях. Принцип работы основан на разности биения двух частот, которые мы будем улавливать на слух. Устройство собрано на двух микросхемах, содержит минимум деталей, в то же время имеет кварцевую стабилизацию частоты, благодаря которой прибор устойчиво работает.
Схема металлоискателя на микросхемах
Схема очень проста. Её с лёгкостью можно повторить в домашних условиях. Она построена на двух микросхемах 176 серии. Опорный генератор выполнен на ла9 и стабилизирован кварцем на 1 МГц.У меня этого, к сожалению, не оказалось, пришлось поставить на 1,6 МГц.
Перестраиваемый генератор собран на микросхеме к176ла7. Достичь нулевых биений поможет варикап D1, ёмкость которого меняется в зависимости от положении движка переменного резистора R2. Основой колебательного контура служит поисковая катушка L1, при приближении которой к металлическому предмету изменяется индуктивност, вследствие чего изменяется частота перестраиваемого генератора, что мы и слышим в наушниках.
Наушники я использую обычные от плеера, излучатели которых соединены последовательно, чтобы меньше нагружать выходной каскад микросхемы:
Если громкости окажется слишком много, можно ввести в схему регулятор громкости:
Детали самодельного металлоискателя:
- Микросхемы; К176ЛА7, К176ЛА9
- Кварцевый резонатор; 1 МГц
- Варикап; Д901Е
- Резисторы; 150к-3шт., 30к-1шт.
- Резистор переменного сопротивления; 10к-1шт.
- Конденсатор электролитический;50Мкф/15 вольт
- Конденсаторы; 0.047-2шт., 100-4шт., 0,022, 4700, 390
Большинство деталей расположены на печатной плате:
Всё устройство я разместил в обычной мыльнице, экранировав от помех алюминиевой фольгой, которую соединил с общим проводом:
Так как для кварца не предусмотрено место на печатной плате, то он располагается отдельно. Гнездо под наушники и регулятор частоты для удобства я вывел с торца мыльницы:
Весь блок металлодетектора при помощи двух хомутиков разместил на отрезке лыжной палки:
Осталась самая ответственная часть: изготовить поисковую катушку.
Катушка для металлоискателя
От качества изготовления катушки будет зависеть чувствительность устройства, стойкость к ложным срабатываниям, так называемым фонтонам. Хотелось бы сразу заметить, что от размера катушки напрямую зависит глубина обнаружения предмета. Так, чем больше диаметр, тем глубже прибор сможет обнаружить цель, но размер этой цели также должен быть больше, например, канализационный люк (маленький предмет с большой катушкой металлоискатель просто не увидит). И наоборот, катушка маленького диаметра способна обнаружить маленький предмет, но находящийся не очень глубоко (например, маленькая монета или кольцо).
Поэтому я сначала намотал катушку среднего размера, так сказать, универсальную. Забегая вперёд, хочу сказать, что металлоискатель задумывался на все случаи жизни, то есть катушки должны быть разного диаметра и их можно менять. Чтобы быстро сменить катушку, я поставил на штангу разъём, который выдернул из старого лампового телевизора:
Ответную часть разъёма я закрепил на катушке:
В качестве каркаса для будущей катушки я использовал пластмассовый ковш, который был куплен в хозяйственном магазине. Диаметр ковша следует подобрать приблизительно равным 200 мм. От ковша следует отрезать часть ручки и днища так, чтобы остался пластмассовый ободок, на который следует намотать 50 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,27 миллиметров. На часть оставшейся ручки следует закрепить разъем. Получившуюся катушку изолируем при помощи изоленты в один слой. Затем нам нужно эту катушку заэкранировать от помех. Для этого нам понадобится алюминиевая фольга в виде полосы, которой мы обмотаем сверху так, чтобы концы получившегося экрана не замкнулись и расстояние между ними было приблизительно 20 миллиметров. Получившийся экран следует соединить с общим проводом. Сверху я также обмотал изолентой. Конечно, можно все это пропитать эпоксидным клеем, но я оставил так.
После испытаний большой катушки я понял, что нужно изготовить маленькую, так называемую снайперку, чтобы было легче обнаруживать предметы небольших размеров.
Готовые катушки выглядят вот так:
Настройка готового металлоискателя
Прежде чем начать настраивать металлоискатель, нужно убедиться в отсутствии металлических предметов вблизи поисковой катушки. Настройка заключается в подборе емкости конденсатора C2, для того чтобы получить максимальный уровень биений, который мы слышим в наушниках, так как в сигнале присутствуют множество гармоник(нужно выделить самую сильную). При этом движок переменного резистора R2 должен находиться как можно ближе к середине:
Штанга у меня получилась из двух частей, трубки были подобраны таким образом, что они входят друг в друга очень плотно, благодаря чему не пришлось придумывать специального крепления для этих трубок. Также были изготовлены подлокотник и рукоятка, чтобы было удобно выполнять проводку над землей. Как показала практика, это очень удобно: рука совершенно не устает. В разобранном виде металлоискатель получился очень компактный и умещается буквально в пакет:
Внешний вид готового прибора выглядит вот так:
В заключение хотелось бы сказать, что данный металлоискатель не подходит лицам, которые собираются работать по старине. Так как в нем нет дискриминации по металлам, вам придется копать все подряд. Скорее всего, вы очень сильно разочаруетесь. А вот любителям собирать металлолом данное устройство будет в помощь. Да и просто как развлечение детям.
Металлоискатель или металлодетектор предназначен для обнаружения предметов, по своим электрическим и/или магнитным свойствам отличающихся от среды, в которой они находятся. Попросту говоря, он позволяет находить металл в земле. Но не только металл, и не только в грунте. Металлодетекторами пользуются службы досмотра, криминалисты, военные, геологи, строители для поиска профилей под обшивкой, арматуры, сверки планов-схем подземных коммуникаций, и люди многих других специальностей.
Металлоискатели своими руками чаще всего делают любители: кладоискатели, краеведы, члены военно-исторических объединений. Им, начинающим, и предназначена в первую очередь данная статья; описанные в ней устройства позволяют найти монету с советский пятак на глубине до 20-30 см или железяку с канализационный люк примерно в 1-1,5 м под поверхностью. Однако этот самодельный приборчик может пригодиться и на хозяйстве при ремонте или на стройке. Наконец, обнаружив в земле центнер-другой брошенной трубы или металлоконструкций и сдав находку в металлолом, можно выручить приличную сумму. А подобных сокровищ в земле российской точно больше, чем пиратских сундуков с дублонами или боярско-разбойничьих кубышек с ефимками.
Примечание: если вы не сведущи в электротехнике с радиоэлектроникой, не пугайтесь схем, формул и специальной терминологии в тексте. Самая суть излагается попросту, и в конце будет описание прибора, который можно сделать за 5 мин на столе, не умея не то что паять, а проводки скрутить. Но он позволит «пощупать» особенности поиска металлов, а возникнет интерес – придут и знания с навыками.
Немного больше внимания по сравнению с остальными будет уделено металлоискателю «Пират», см. рис. Этот прибор достаточно прост для повторения начинающими, но по своим качественным показателям не уступает многим фирменным моделям ценой до $300-400. А главное – он показал отличную повторяемость, т.е. полную работоспособность при изготовлении по описаниям и спецификациям. Схемотехника и принцип действия «Пирата» вполне современны; по его настройке и методике использования имеется достаточно руководств.
Принцип действия
Металлоискатель действует по принципу электромагнитной индукции. В общем схема металлоискателя состоит из передатчика электромагнитных колебаний, передающей катушки, приемной катушки, приемника, схемы выделения полезного сигнала (дискриминатора) и устройства индикации. Отдельные функциональные узлы часто объединяют схемотехнически и конструктивно, напр., приемник и передатчик могут работать на одну катушку, приемная часть сразу выделяет полезный сигнал и т.п.
Катушка создает в среде электромагнитное поле (ЭМП) определенной структуры. Если в зоне его действия оказывается электропроводящий предмет, поз. А на рис., в нем наводятся вихревые токи или токи Фуко, которые создают его собственное ЭМП. В результате структура поля катушки искажается, поз. Б. Если же предмет не электропроводящий, но обладает ферромагнитными свойствами, то он искажает исходное поле за счет экранирования. В том и другом случае приемник улавливает отличие ЭМП от исходного и преобразует его в акустический и/или оптический сигнал.
Примечание: в принципе для металлоискателя не обязательно, чтобы предмет был электропроводящим, грунт – нет. Главное, чтобы их электрические и/или магнитные свойства отличались.
Детектор или сканер?
В коммерческих источниках дорогие высокочувствительные металлодетекторы, напр. Терра-Н, нередко называют геосканерами. Это неверно. Геосканеры действуют по принципу измерения электропроводности грунта по разным направлениям на разной глубине, эта процедура называется боковым каротажем. По данным каротажа компьютер строит на дисплее картинку всего, что в земле, включая различные по свойствам геологические слои.
Разновидности
Общие параметры
Принцип действия металлодетектора возможно воплотить технически разными способами соответственно назначению прибора. Металлоискатели для пляжного золотоискательства и строительно-ремонтного поиска внешне могут быть похожи, но существенно отличаться по схеме и техническим данным. Чтобы правильно сделать металлоискатель, нужно четко представлять себе, каким требованиям он должен удовлетворять для данного рода работы. Исходя из этого, можно выделить следующие параметры поисковых детекторов металла:
- Проницание, или проникающая способность – максимальная глубина, на которую распространяется ЭМП катушки в грунте. Глубже прибор ничего не обнаружит при любом размере и свойствах объекта.
- Величина и размеры зоны поиска – воображаемая область в земле, в которой объект будет обнаружен.
- Чувствительность – способность обнаруживать более или менее мелкие предметы.
- Избирательность – способность сильнее реагировать на желательные находки. Сладкая мечта пляжных старателей – детектор, который пищит только на драгоценные металлы.
- Помехоустойчивость – способность не реагировать на ЭМП посторонних источников: радиостанций, грозовых разрядов, ЛЭП, электротранспорта и др. источников помех.
- Мобильность и оперативность определяются энергопотреблением (на сколько батареек хватит), массогабаритами прибора и размерами зоны поиска (сколько можно «прощупать» за 1 проход).
- Дискриминация, или разрешающая способность – дает оператору или управляющему микроконтроллеру возможность по реакции прибора судить о характере найденного объекта.
Дискриминация, в свою очередь, параметр составной, т.к. на выходе металлоискателя наличествует 1, максимум 2 сигнала, а величин, определяющих свойства и расположение находки, больше. Тем не менее, с учетом изменения реакции прибора во время приближения к объекту, в нем выделяются 3 составляющих:
- Пространственная – свидетельствует о расположении объекта в зоне поиска и глубине его залегания.
- Геометрическая – дает возможность судить о форме и размерах объекта.
- Качественная – позволяет строить предположения о свойствах материала объекта.
Рабочая частота
Все параметры металлоискателя связаны сложным образом и многие взаимосвязи взаимоисключающие. Так, напр., понижение частоты генератора позволяет добиться большего проницания и зоны поиска, но ценой увеличения энергопотребления, и ухудшает чувствительность и мобильность вследствие возрастания размеров катушки. В целом же каждый параметр и их комплексы так или иначе привязаны к частоте генератора. Поэтому первоначальная классификация металлоискателей строится по диапазону рабочих частот:- Сверхнизкочастотные (СНЧ) – до первых сотен Гц. Абсолютно не любительские приборы: энергопотребление от десятков Вт, без компьютерной обработки по сигналу ни о чем судить нельзя, для перемещения нужен автотранспорт.
- Низкочастотные (НЧ) – от сотен Гц до нескольких кГц. Просты схемотехнически и конструктивно, помехоустойчивы, но мало чувствительны, дискриминация плохая. Проницание – до 4-5 м при энергопотреблении от 10 Вт (т. наз. глубинные металлодетекторы) или до 1-1,5 м при питании от батареек. Реагируют острее всего на ферромагнитные материалы (черный металл) или большие массы диамагнитных (бетонные и каменные строительные конструкции), поэтому иногда называются магнитодетекторами. К свойствам грунта мало чувствительны.
- Повышенной частоты (ПЧ) – до нескольких десятков кГц. Сложнее НЧ, но требования к катушке невысоки. Проницание – до 1-1,5 м, помехоустойчивость на троечку, хорошая чувствительность, удовлетворительная дискриминация. Могут быть универсальными при использовании в импульсном режиме, см. ниже. На обводненных или минерализованных грунтах (с обломками или частицами скальных пород, экранирующих ЭМП) работают плохо или вовсе ничего не чуют.
- Высокой, или радиочастоты (ВЧ или РЧ) – типичные металлоискатели «на золото»: отличная дискриминация на глубину до 50-80 см в сухих непроводящих и немагнитных грунтах (пляжный песок и т.п.) Энергопотребление – как в пред. п. Остальное – на грани «неуда». Эффективность прибора во многом зависит от конструкции и качества исполнения катушки (катушек).
Примечание: мобильность металлоискателей по пп. 2-4 хорошая: от одного комплекта солевых элементов («батареек») АА и без переутомления оператора можно работать до 12 час.
Особняком стоят импульсные металлоискатели. У них первичный ток в катушку поступает импульсами. Задав частоту следования импульсов в пределах НЧ, а их длительность, которая определяет спектральный состав сигнала, соответствующей диапазонам ПЧ-ВЧ, можно получить металлодетектор, совмещающий в себе положительные свойства НЧ, ПЧ и ВЧ или перестраиваемый.
Метод поиска
Насчитывается не менее 10 методов поиска предметов с помощью ЭМП. Но такие, как, скажем, метод непосредственной оцифровки ответного сигнала с компьютерной обработкой – удел профессионального применения.
Самодельный металлоискатель схемотехнически строят более всего следующими способами:
- Параметрическим.
- Приемо-передающим.
- С накоплением фазы.
- На биениях.
Без приемника
Параметрические металлоискатели в некотором роде выпадают из определения принципа действия: в них нет ни приемника, ни приемной катушки. Для детекции используется непосредственно влияние объекта на параметры катушки генератора – индуктивность и добротность, а структура ЭМП значения не имеет. Изменение параметров катушки ведет к изменению частоты и амплитуды вырабатываемых колебаний, что фиксируется разными способами: измерением частоты и амплитуды, по изменению тока потребления генератора, измерением напряжения в петле ФАПЧ (системы фазовой автоподстройки частоты, «подтягивающей» ее к заданному значению) и др.
Параметрические металлоискатели просты, дешевы и помехоустойчивы, но пользование ими требует определенных навыков, т.к. частота «плывет» под влиянием внешних условий. Чувствительность у них слабая; более всего используются как магнитодетекторы.
С приемником и передатчиком
Устройство приемопередающего металлоискателя показано на рис. в начале, к пояснению принципа действия; там же описан и принцип работы. Такие приборы позволяют добиться наилучшей эффективности в своем диапазоне частот, но сложны схемотехнически, требуют особо качественной системы катушек. Приемопередающие металлоискатели с одной катушкой называются индукционными. Их повторяемость лучше, т.к. проблема правильного расположения катушек относительно друг друга отпадает, но схемотехника сложнее – нужно выделить слабый вторичный сигнал на фоне сильного первичного.
Примечание: в импульсных приемопередающих металлоискателях от проблемы выделения также удается избавиться. Объясняется это тем, что в качестве вторичного сигнала «ловят» т. наз. «хвост» переизлученного объектом импульса. Первичный импульс вследствие дисперсии при переизлучении расплывается, и часть вторичного импульса оказывается в промежутке между первичными, откуда ее несложно выделить.
До щелчка
Металлоискатели с накоплением фазы, или фазочувствительные, бывают либо однокатушечными импульсными, либо с 2-мя генераторами, работающими каждый на свою катушку. В первом случае используется тот факт, что импульсы при переизлучении не только расплываются, но и задерживаются. Во времени сдвиг фаз нарастает; когда он достигает определенной величины, дискриминатор срабатывает и в наушниках раздается щелчок. По мере приближения к объекту щелчки становятся чаще и сливаются в звук все более высокого тона. Именно на этом принципе построен «Пират».
Во втором случае техника поиска та же, но работают 2 строго симметричных электрически и геометрически генератора, каждый на свою катушку. При этом вследствие взаимодействия их ЭМП происходит взаимная синхронизация: генераторы работают в такт. При искажении общего ЭМП начинаются срывы синхронизации, слышимые как те же щелчки, а затем тон. Двухкатушечные металлоискатели со срывом синхронизации проще импульсных, но менее чувствительны: проницание их в 1,5-2 раза меньше. Дискриминация в обоих случаях близка к отличной.
Фазочувствительные металлодетекторы – любимые инструменты курортных старателей. Асы поиска настраивают свои приборы так, что точно над объектом звук снова пропадает: частота следования щелчков переходит в ультразвуковую область. Таким способом на ракушечном пляже удается находить золотые серьги размером с ноготь на глубине до 40 см. Однако на грунте с мелкими неоднородностями, обводненном и минерализованном, металлоискатели с накоплением фазы уступают прочим, кроме параметрических.
По писку
Биения 2-х электросигналов – сигнал с частотой, равной сумме или разности основных частот исходных сигналов или кратных им – гармоник. Так, напр., если на входы специального устройства – смесителя – подать сигналы с частотами 1 МГц и 1 000 500 Гц или 1,0005 МГц, а к выходу смесителя подключить наушники или динамик, то услышим чистый тон 500 Гц. А если 2-й сигнал будет 200 100 Гц или 200,1 кГц, случится то же самое, т.к. 200 100 х 5 = 1 000 500; мы «поймали» 5-ю гармонику.
В металлоискателе на биениях действуют 2 генератора: опорный и рабочий. Катушка колебательного контура опорного маленькая, защищенная от посторонних влияний, или его частота стабилизирована кварцевым резонатором (попросту – кварцем). Контурная катушка рабочего (поискового) генератора – поисковая, и его частота зависит от наличия предметов в зоне поиска. Перед поиском рабочий генератор настраивают на нулевые биения, т.е. до совпадения частот. Полного нуля звука как правило не добиваются, а настраивают до очень низкого тона или хрипа, так удобнее искать. По изменению тона биений судят о наличии, величине, свойствах и расположении объекта.
Примечание: чаще всего частоту поискового генератора берут в несколько раз ниже опорной и работают на гармониках. Это позволяет, во-первых, избежать вредного в данном случае взаимного влияния генераторов; во-вторых, точнее настроить прибор, в-третьих, вести поиск на оптимальной в данном случае частоте.
Металлоискатели на гармониках в общем сложнее импульсных, однако работают на любом грунте. Правильно изготовленные и настроенные, они не уступают импульсным. Об этом можно судить хотя бы по тому, что золотоискатели-пляжники никак не сойдутся во мнениях, что же лучше: импульсник или на биениях?
Катушка и прочее
Самое распространенное заблуждение начинающих радиолюбителей – абсолютизация схемотехники. Мол, если схема «крутая», то все будет тип-топ. Относительно металлоискателей это вдвойне неверно, т.к. их эксплуатационные достоинства сильнейшим образом зависят от конструкции и качества изготовления поисковой катушки. Как выразился некий курортный старатель: «Находимость детектора должна тянуть карман, а не ноги».
При разработке прибора его схему и параметры катушки подгоняют друг к другу до получения оптимума. Определенная схема с «чужой» катушкой если и заработает, то до заявленных параметров не дотянет. Поэтому, выбирая прототип для повторения, смотрите прежде всего описание катушки. Если оно неполное или неточное – лучше строить другой прибор.
О размерах катушки
Большая (широкая) катушка эффективнее излучает ЭМП и глубже «просветит» грунт. Ее зона поиска шире, что позволяет уменьшить «находимость ногами». Однако, если в зоне поиска окажется крупный ненужный предмет, его сигнал «забьет» слабый от искомой мелочи. Поэтому желательно брать или делать металлодетектор, рассчитанный на работу с катушками разного размера.
Примечание: типичные диаметры катушек 20-90 мм для поиска арматуры и профилей, 130-150 мм «на пляжное золото» и 200-600 мм «на большое железо».
Монопетля
Традиционный тип катушки детектора металла т. наз. тонкая катушка или Mono Loop (одинарная петля): кольцо из многих витков эмалированного медного провода шириной и толщиной раз в 15-20 меньше среднего диаметра кольца. Достоинства катушки-монопетли – слабая зависимость параметров от типа грунта, сужающаяся книзу зона поиска, что позволяет, двигая детектор, точнее определять глубину и расположение находки, и конструктивная простота. Недостатки – малая добротность, отчего в процессе поиска «плывет» настройка, подверженность помехам и расплывчатая реакция на объект: работа с монопетлей требует значительного опыта пользования данным конкретным экземпляром прибора. Самодельные металлоискатели начинающим рекомендуется делать с монопетлей, чтобы без особых проблем получить работоспособную конструкцию и приобрести с ней поисковый опыт.
Индуктивность
При выборе схемы, чтобы убедиться в достоверности обещаний автора, и тем более при самостоятельном конструировании или доработке, нужно знать индуктивность катушки и уметь ее рассчитывать. Даже если вы делаете металлоискатель из покупного набора, индуктивность все равно нужно проверить измерениями или расчетом, чтобы не ломать потом голову: почему, все вот вроде исправно, а не пищит.
Калькуляторы для расчета индуктивности катушек имеются в интернете, но компьютерная программа все случаи практики предусмотреть не может. Поэтому на рис. дана старая, десятилетиями проверенная номограмма для расчета многослойных катушек; тонкая катушка – частный случай многослойной.
Для расчета поисковой монопетли номограммой пользуются следующим образом:
- Берем величину индуктивности L из описания прибора и размеры петли D, l и t оттуда же или по своему выбору; типичные значения: L = 10 мГн, D = 20 см, l = t = 1 см.
- По номограмме определяем количество витков w.
- Задаемся коэффициентом укладки k = 0,5, по размерам l (высота катушки) и t (ширина ее) определяем площадь сечения петли и находим площадь чистой меди в ней как S = klt.
- Поделив S на w, получим сечение обмоточного провода, а по нему – диаметр провода d.
- Если получилось d = (0,5…0,8) мм, все ОК. В противном случае увеличиваем l и t при d>0,8 мм или уменьшаем при d<0,5 мм.
Помехоустойчивость
Монопетля хорошо «ловит» помехи, т.к. устроена точно так же, как рамочная антенна. Увеличить ее помехоустойчивость можно, во-первых, поместив обмотку в т. наз. экран Фарадея (Faraday shield): металлическую трубку, оплетку или обмотку из фольги с разрывом, чтобы не образовался короткозамкнутый виток, который «съест» все ЭМП катушки, см. рис. справа. Если на исходной схеме возле обозначения поисковой катушки есть пунктирная линия (см. схемы далее), то это значит, что катушка данного прибора обязательно должна быть помещена в экран Фарадея.
Также обязательно экран соединяется с общим проводом схемы. Тут таится подвох для новичков: заземляющий проводник нужно подключать к экрану строго симметрично разрезу (см. тот же рис.) и подводить его к схеме также симметрично относительно сигнальных проводов, иначе помехи все-таки «пролезут» в катушку.
Экран поглощает и некоторую долю поискового ЭМП, что снижает чувствительность прибора. Особенно этот эффект заметен в импульсных металлоискателях; их катушки вообще нельзя экранировать. В таком случае увеличения помехозащищенности можно добиться, симметрируя обмотку. Суть в том, что для удаленного источника ЭМП катушка – точечный объект, и э.д.с. помех в ее половинах подавят друг друга. Симметричная катушка может понадобиться и схемно, если генератор двухтактный или индуктивная трехточка.
Однако симметрировать катушку привычным радиолюбителям бифиллярным способом (см. рис.) в данном случае нельзя: при нахождении в поле бифиллярной катушки проводящих и/или ферромагнитных предметов ее симметрия нарушается. Т.е., помехоустойчивость металлоискателя пропадет как раз тогда, когда она больше всего нужна. Поэтому симметрировать катушку-монопетлю нужно перекрестной намоткой, см. тот же рис. Ее симметрия не нарушается ни при каких обстоятельствах, но мотать тонкую катушку с большим количеством витков перекрестным способом – адский труд, и тогда лучше сделать корзиночную катушку.
Корзинка
Корзиночные катушки имеют все достоинства монопетель в еще большей степени. Вдобавок, катушки-корзинки стабильнее, их добротность выше, а то, что катушка плоская – двойной плюс: чувствительность и дискриминация возрастут. К помехам корзиночные катушки менее восприимчивы: вредные э.д.с. в перекрещивающихся проводах гасят друг друга. Единственный минус – для катушек-корзинок нужна точно сделанная жесткая и прочная оправка: общая сила натяжения многих витков достигает больших величин.
Корзиночные катушки конструктивно бывают плоскими и объемными, но электрически объемная «корзинка» эквивалентна плоской, т.е. создает такое же ЭМП. Объемная корзиночная катушка еще менее чувствительна к помехам и, что важно для импульсных металлоискателей, дисперсия импульса в ней минимальна, т.е. легче поймать дисперсию, вызванную объектом. Преимущества оригинального металлоискателя «Пират» во многом обусловлены тем, что его «родная» катушка – объемная корзинка (см. рис.), однако ее намотка сложна и трудоемка.
Новичку самостоятельно лучше мотать плоскую корзинку, см. рис. ниже. Для металлоискателей «на золото» или, скажем, для описанных далее металлоискателя-«бабочки» и простого приемопередающего 2-катушечного хорошей оправкой будут негодные компьютерные диски. Их металлизация не повредит: она очень тонкая и никелевая. Непременное условие: нечетное, и никак иначе, число прорезей. Номограмма для расчета плоской корзинки не требуется; расчет ведут таким образом:
- Задаются диаметром D2, равным внешнему диаметру оправки минус 2-3 мм, и берут D1 = 0,5D2, это оптимальное соотношение для поисковых катушек.
- По формуле (2) на рис. вычисляют количество витков.
- По разности D2 – D1 с учетом коэффициента плоской укладки 0,85 вычисляют диаметр провода в изоляции.
Как не надо и надо мотать корзинки
Некоторые любители берутся самостоятельно мотать объемные корзинки способом, показанным на рис. ниже: делают оправку из изолированных гвоздей (поз. 1) или саморезов, мотают по схеме, поз. 2 (в данном случае, поз. 3, для количества витков, кратного 8; через каждые 8 витков «узор» повторяется), затем запенивают, поз. 4, оправку вытаскивают, а лишнюю пену обрезают. Но вскоре оказывается, что натянутые витки порезали пену и вся работа пошла всмятку. Т.е., чтобы намотать надежно, нужно отрезки прочного пластика вклеить в отверстия основы, и только тогда мотать. И помните: самостоятельный расчет объемной корзиночной катушки без соответствующих компьютерных программ невозможен; методика для плоской корзинки в данном случае неприменима.
ДД катушки
ДД в данном случае значит не дальнодействие, а двойной или дифферециальный детектор; в оригинале – DD (Double Detector). Это катушка из 2-х одинаковых половин (плеч), сложенных с некоторым пересечением. При точном электрическом и геометрическом балансе плеч ДД поисковое ЭМП стягивается в зону пересечения, справа на рис; слева – катушка-монопетля и ее поле. Малейшая неоднородность пространства в зоне поиска вызывает разбаланс, и появляется резкий сильный сигнал. ДД-катушка позволяет неопытному искателю обнаружить мелкий глубокий хорошо проводящий предмет, когда рядом с ним и выше залегла ржавая банка.
Катушки ДД четко ориентированы «на золото»; все металлоискатели с маркировкой GOLD комплектуются ими. Однако на мелко-неоднородных и/или проводящих грунтах они или вовсе отказывают, или часто дают ложные сигналы. Чувствительность ДД катушки очень высока, но дискриминация близка к нулевой: сигнал или предельный, или его вовсе нет. Поэтому металлодетекторы с ДД катушками предпочитают искатели, которых интересует только «находимость на карман».
Примечание: подробнее о ДД катушках можно будет узнать далее в описании соответствующего металлоискателя. Мотают плечи ДД или внавал, как монопетлю, на специальной оправке, см. далее, или корзинками.
Как крепить катушку
Готовые каркасы и оправки для поисковых катушек продаются в широком ассортименте, но с накрутками продавцы не стесняются. Поэтому многие любители делают основу катушки из фанеры, слева на рис.:
Несколько конструкций
Параметрические
Самый простой металлоискатель для поиска арматуры, проводки, профилей и коммуникаций в стенах и перекрытиях можно собрать по рис. Древний транзистор МП40 безо всякого меняется на КТ361 или его аналоги; чтобы применить транзисторы pnp, нужно поменять полярность батарейки.
Этот металлоискатель – магнитодетектор параметрического типа, работающий на НЧ. Тон звука в наушниках можно менять, подбирая емкость С1. Под влиянием объекта тон понижается, в отличие от всех прочих типов, поэтому изначально нужно добиваться «комариного писка», а не хрипа или ворчания. Прибор отличает проводку под током от «пустой», на тон накладывается гул 50 Гц.
Схема – импульсный генератор с индуктивной обратной связью и стабилизацией частоты LC-контуром. Контурная катушка – выходной трансформатор от старого транзисторного приемника или маломощный «базарно-китайский» низковольтный силовой. Очень хорошо подходит трансформатор от негодного источника питания польской антенны, в его же корпусе, срезав сетевую вилку, можно собрать и все устройство, тогда запитать его лучше от литиевой батарейки-таблетки на 3 В. Обмотка II на рис. – первичная или сетевая; I – вторичная или понижающая на 12 В. Именно так, генератор работает с насыщением транзистора, что обеспечивает ничтожное энергопотребление и широкий спектр импульсов, облегчающий поиск.
Чтобы превратить трансформатор в датчик, его магнитопровод нужно разомкнуть: снять каркас с обмотками, убрать прямые перемычки сердечника – ярма – а Ш-образные пластины сложить в одну сторону, как справа на рис., затем надеть обмотки обратно. При исправных деталях прибор начинает работать сразу; если нет – нужно поменять местами концы любой из обмоток.
Параметрическая схема посложнее – на рис. справа. L с конденсаторами С4, С5 и С6 настраивается на 5, 12,5 и 50 кГц, а кварц пропускает на измеритель амплитуды 10-ю, 4-ю гармоники и основной тон соответственно. Схемка более на любителя попаять на столе: возни с настройкой много, а «чутье», как говорят, никакое. Приводится только для примера.
Приемопередающий
Гораздо чувствительнее приемопередающий металлоискатель с ДД катушкой, который можно без особого труда сделать в домашних условиях, см. рис. Слева – передатчик; справа – приемник. Там же описаны свойства разных типов ДД.
Этот металлоискатель – НЧ; поисковая частота около 2 кГц. Глубина обнаружения: советский пятак – 9 см, консервная жестянка – 25 см, канализационный люк – 0,6 м. Параметры «троечные», но можно освоить методику работы с ДД, прежде чем переходить к более сложным конструкциям.
Катушки содержат по 80 витков провода ПЭ 0,6-0,8 мм, намотанных внавал на оправку толщиной 12 мм, чертеж которой показан на рис. слева. Вообще прибор к параметрам катушек не критичен, были бы точно одинаковы и расположены строго симметрично. В целом, хороший и дешевый тренажер для тех, кто хочет освоить любую технику поиска, в т.ч. «на золото». Хотя чувствительность этого металлоискателя и невысока, но дискриминация очень хорошая несмотря на использование ДД.
Для налаживания прибора сначала вместо L1 передатчика включают наушники и по тону в них убеждаются, что генератор работает. Затем закорачивают L1 приемника и подбором R1 и R3 устанавливают на коллекторах VT1 и VT2 соответственно напряжение, равное примерно половине напряжения питания. Далее R5 выставляют ток коллектора VT3 в пределах 5..8 мА, размыкают L1 приемника и все, можно искать.
С накоплением фазы
Конструкции в этом разделе показывают все преимущества метода накопления фазы. Первый металлоискатель преимущественно строительного назначения обойдется очень недорого, т.к. его самые трудоемкие части сделаны… из картона, см. рис.:
Наладки прибор не требует; интегральный таймер 555 – аналог отечественной ИМС (интегральной микросхемы) К1006ВИ1. Все преобразования сигнала происходят в ней; способ поиска – импульсный. Единственное условие – динамик нужен пьезоэлектрический (кристаллический), обычный динамик или наушники перегрузят ИМС и она скоро выйдет из строя.
Индуктивность катушки – около 10 мГн; рабочая частота – в пределах 100-200 кГц. При толщине оправки в 4 мм (1 слой картона) катушка диаметром 90 мм содержит 250 витков провода ПЭ 0,25, а 70-мм – 290 витков.
Металлоискатель «Бабочка», см. рис. справа, по своим параметрам уже близок к профессиональным приборам: советский пятак находит на глубине 15-22 см в зависимости от грунта; канализационный люк – на глубине до 1 м. Действует на срывах синхронизации; схема, плата и вид монтажа – на рис. ниже. Учтите, здесь 2 отдельные катушки диаметром 120-150 мм, а не ДД! Пересекаться они не должны! Оба динамика – пьезоэлектрические, как и в пред. случае. Конденсаторы – термостабильные, слюдяные или высокочастотные керамические.
Свойства «Бабочки» улучшатся, а настроить ее будет проще, если, во-первых, намотать катушки плоскими корзинками; индуктивность определяется по заданной рабочей частоте (до 200 кГц) и емкостям контурных конденсаторов (по 10 000 пФ на схеме). Диаметр провода – от 0,1 до 1 мм, чем больше, тем лучше. Отвод в каждой катушке делается от трети витков считая от холодного (нижнего по схеме) конца. Во-вторых, если отдельные транзисторы заменить 2-х транзисторной сборкой для схем дифусилителей К159НТ1 или ее аналогами; выращенная на одном кристалле пара транзисторов имеет совершенно одинаковые параметры, что важно для схем со срывом синхронизации.
Для налаживания «Бабочки» нужно точно подогнать индуктивности катушек. Автор конструкции рекомендует раздвигать-сдвигать витки или подстраивать катушки ферритом, но с точки зрения электромагнитной и геометрической симметрии лучше будет подключить параллельно емкостям по 10 000 пФ подстроечные конденсаторы на 100-150 пФ и крутить их при настройке в разные стороны.
Собственно налаживание несложно: только что собранный прибор пищит. Поочередно подносим к катушкам алюминиевую кастрюльку или пивную банку. К одной – писк становится выше и громче; к другой – ниже и тише или вовсе замолкает. Здесь чуть-чуть добавляем емкости подстроечника, а в противоположном плече убираем. За 3-4 цикла можно добиться полной тишины в динамиках – прибор готов к поиску.
Еще о «Пирате»
Вернемся к прославленному «Пирату»; он импульсный приемопередающий с накоплением фазы. Схема (см. рис.) очень прозрачна и может считаться классикой для данного случая.
Передатчик состоит из задающего генератора (ЗГ) на том же 555-м таймере и мощного ключа на Т1 и Т2. Слева – вариант ЗГ без ИМС; в нем придется выставить по осциллографу частоту следования импульсов 120-150 Гц R1 и длительность импульса 130-150 мкс R2. Катушка L – общая. Ограничитель на диодах D1 и D2 на ток от 0,5 А спасает усилитель приемника QP1 от перегрузки. На QP2 собран дискриминатор; вместе они составляют сдвоенный операционный усилитель К157УД2. Собственно «хвостики» переизлученных импульсов накапливаются в емкости С5; когда «резервуар переполняется», на выходе QP2 проскакивает импульс, который усиливается Т3 и дает щелчок в динамике. Резистором R13 регулируется скорость заполнения «резервуара» и, следовательно, чувствительность прибора. Еще о «Пирате» можно узнать из видео:
Видео: металлоискатель “Пират”
а об особенностях его настройки – из следующего ролика:
Видео: настройка порога металлоискателя “Пират”
На биениях
Желающие ощутить все прелести процесса поиска на биениях со сменными катушками могут собрать металлоискатель по схеме на рис. Его особенность, во-первых, экономичность: вся схема собрана на КМОП-логике и в отсутствие объекта потребляет очень маленький ток. Второе – прибор работает на гармониках. Опорный генератор на DD2.1-DD2.3 стабилизирован кварцем ZQ1 на 1 МГц, а поисковый на DD1.1-DD1.3 работает на частоте около 200 кГц. При настройке прибора перед поиском нужную гармонику «ловят» варикапом VD1. Смешение рабочего и опорного сигналов происходит в DD1.4. Третье – этот металлоискатель пригоден для работы со сменными катушками.
ИМС 176-й серии лучше заменить на такие же 561-й, ток потребления уменьшится, а чувствительность прибора возрастет. Заменять старые советские высокоомные наушники ТОН-1 (лучше ТОН-2) на низкоомные от плеера просто так нельзя: они перегрузят DD1.4. Нужно либо поставить усилитель вроде «пиратского» (C7, R16, R17, T3 и динамик на схеме «Пирата»), либо использовать пьезодинамик.
Настройки после сборки этот металлоискатель не требует. Катушки – монопетли. Их данные на оправке толщиной 10 мм:
- Диаметр 25 мм – 150 витков ПЭВ-1 0,1 мм.
- Диаметр 75 мм – 80 витков ПЭВ-1 0,2 мм.
- Диаметр 200 мм – 50 витков ПЭВ-1 0,3 мм.
Проще не бывает
Теперь выполним данное вначале обещание: расскажем, как сделать, ничегошеньки не смысля в радиотехнике, металлодетектор, который ищет. Металлоискатель «проще простого» собирается из радиоприемника, калькулятора, картонной или пластиковой коробки с откидной крышкой и отрезков двухстороннего скотча.
Металлоискатель «из радио» импульсный, однако для обнаружения объектов используется не дисперсия и не запаздывание с накоплением фазы, а поворот магнитного вектора ЭМП при переизлучении. На форумах об этом устройстве пишут разное, от «супер» до «отстой», «разводка» и слов, которые на письме употреблять не принято. Так вот, чтобы получилось если не «супер», но хотя бы вполне работоспособное устройство, его составные части – приемник и калькулятор – должны удовлетворять определенным требованиям.
Калькулятор нужен самый раздрянной и дешевый, «альтернативный». Делают такие в оффшорных подвальчиках. О нормах на электромагнитную совместимость бытовой техники там понятия не имеют, а если о чем-то таком и слыхали, то чхать хотели от души и свысока. Поэтому тамошние изделия являются довольно мощными источниками импульсных радиопомех; их дает тактовый генератор калькулятора. В данном случае его строб-импульсы в эфире используются для зондирования пространства.
Приемник нужен тоже дешевый, от подобных производителей, без всяких средств повышения помехоустойчивости. В нем должен быть АМ диапазон и, что абсолютно необходимо, магнитная антенна. Поскольку приемники с приемом коротких волн (КВ, SW) на магнитную антенну редко продаются и стоят дорого, придется ограничиться средними волнами (СВ, MW), но зато это облегчит настройку.
- Разворачиваем коробку с крышкой в книжку.
- На тыльные стороны калькулятора и радио наклеиваем полоски скотча и закрепляем оба устройства в коробке, см. рис. справа. Приемник – желательно в крышке, чтобы был доступ к органам управления.
- Включаем приемник, ищем настройкой на максимальной громкости вверху АМ диапазона (диапазонов) участок, свободный от радиостанций и как можно более чистый от эфирных шумов. Для СВ это будет в районе 200 м или 1500 кГц (1,5 МГц).
- Включаем калькулятор: приемник должен загудеть, захрипеть, зарычать; в общем, дать тон. Громкость не убираем!
- Если тона нет, осторожно и плавно подстраиваемся, пока не появится; это мы поймали какую-то из гармоник строб-генератора калькулятора.
- Потихоньку складываем «книжку», пока тон не ослабеет, не станет более музыкальным или вовсе не пропадет. Скорее всего это случится при развороте крышки около 90 градусов. Таким образом мы нашли положение, в котором магнитный вектор первичных импульсов ориентирован перпендикулярно оси ферритового стержня магнитной антенны и она их не принимает.
- Фиксируем крышку в найденном положении пенопластовым вкладышем и резинкой или подпорками.
Примечание: в зависимости от конструкции приемника возможен обратный вариант – для настройки на гармонику приемник кладут на включенный калькулятор, а затем, раскладывая «книжечку», добиваются смягчения или пропадания тона. В таком случае приемник будет ловить отраженные от объекта импульсы.
А что же дальше? Если вблизи раскрыва «книжки» окажется электропроводящий или ферромагнитный предмет, он станет переизлучать зондирующие импульсы, но их магнитный вектор повернется. Магнитная антенна их «почует», приемник опять даст тон. Т.е., мы уже что-то нашли.
Нечто странное напоследок
Есть сообщения еще об одном металлоискателе «для полных чайников» с калькулятором, только вместо радио нужны якобы 2 компьютерных диска, CD и DVD. Еще – пьезонаушники (именно пьезо, по уверениям авторов) и батарейка «Крона». Откровенно говоря, выглядит данное творение техномифом, вроде приснопамятной ртутной антенны. Но – чем черт не шутит. Вот вам видео:
попробуйте, если желаете, авось что-то там и отыщется, и в предметном и в научно-техническом смысле. Удачи!
В качестве приложения
Схем и конструкций металлоискателей насчитываются сотни, если не тысячи. Поэтому в приложение к материалу даем еще список моделей, кроме упомянутых в тесте, имеющих, как говорится, хождение в РФ, не чрезмерно дорогих и доступных для повторения или самосборки:
- Клон. 11 оценок, среднее: 4,91 из 5)
