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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Metal detector amatoriale. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Indicatori, rivelatori, metal detector Il metal detector che ho sviluppato non è stato ancora utilizzato né nelle operazioni di mantenimento della pace per identificare e neutralizzare i campi minati, né nelle indagini geologiche o archeologiche su larga scala. Pensato non per i professionisti, ma per i dilettanti, la cui voglia di "guardare sotto terra" riesce a soddisfare il design con i parametri riportati in tabella, è una versione migliorata del "metal detector battente". La sensibilità del dispositivo è aumentata grazie all'uso vantaggioso (fissazione chiara) della dipendenza della durata dell'impulso di sondaggio dall'intensità dei pacchi stessi con l'introduzione del controllo automatico della frequenza (AFC) nel generatore di ricerca. Inoltre, non erano necessarie ulteriori misure per la stabilizzazione della tensione e la compensazione della temperatura delle unità elettroniche. E le "contraddizioni inconciliabili" previste dagli scettici (dicono che un cambiamento nella frequenza del circuito oscillatorio di ricerca quando il metallo entra nell'area di lavoro è incompatibile con il normale funzionamento del sistema AFC) sono state risolte dalla pratica stessa. Si è scoperto che quando il sensore si sposta sulla superficie in esame a una velocità di 0,5 - 1 m/s, il circuito del dispositivo non entra in conflitto con l'autotuning della frequenza, che ha un'inerzia significativa (grande costante di tempo). Già dall'analisi del diagramma a blocchi, è chiaro che è ovviamente più difficile fabbricare un dispositivo del genere rispetto a qualsiasi dei precedenti analoghi meno sensibili, inclusi i metal detector pubblicati nei numeri 8'85 e 4'96 del Modelist- Rivista Konstruktor. Dopotutto, lo sviluppo che propongo, oltre al set standard di generatori di quarzo esemplare (1) e di misura (2), un induttore esterno I. (ricerca frame-sensor), un mixer (3) e un registratore di suoni VA ( capsula telefonica), ha nuovi dispositivi che migliorano notevolmente le prestazioni. Si tratta di un integratore (4), che genera un segnale a dente di sega di ampiezza proporzionale alla frequenza di battimento di controllo, e di un write pulse shaper (5), che, insieme a una chiave (6) e a un source follower VT, è un analogico dispositivo di memorizzazione che fissa la tensione di picco dall'integratore. Un metal detector non può fare a meno di un comparatore (7), che fornisce il trasferimento automatico dell'elettronica dalla zona di massima sensibilità all'area di registrazione del battito uno a uno (e viceversa), senza uno speciale generatore VCO (8), che converte la tensione generata al follower della sorgente in oscillazioni elettriche con una frequenza di 200-8000 Hz, nonché senza il suddetto sistema di autotuning originale AFC (9) con un nodo speciale che rallenta la risposta del dispositivo a una variazione eccessivamente brusca della tensione di controllo. Esistono anche numerose altre soluzioni tecniche, tra le quali, ovviamente, è impossibile non individuare l '"opamp" e il mixer speciale (10). Principali parametri del metal detector
Profondità di rilevamento di oggetti in acciaio in chernozem con tempo asciutto stabile, mm
Come dimostra la pratica, è questa composizione di dispositivi con il metodo scelto per generare un segnale audio che consente di ascoltare entrambe le frequenze contemporaneamente, facilitando notevolmente la sintonizzazione iniziale del dispositivo a una certa sensibilità. E l'affidabilità è piuttosto alta. Anche in una situazione estrema, quando, ad esempio, un sensore di frame di ricerca si avvicina a un oggetto metallico massiccio a una distanza alla quale la differenza di frequenza diventa quasi critica (70 Hz), non ci sono malfunzionamenti: si sente solo una frequenza di battimento variabile nel cuffie. Ora sui dettagli che si riflettono nello schema elettrico. Il generatore esemplificativo è realizzato sull'elemento DD1.1. La sua frequenza è stabilizzata da un risonatore al quarzo ZQ1 incluso in un circuito di feedback positivo. Per garantire l'eccitazione del generatore all'accensione, viene utilizzato il resistore R1. L'elemento buffer DD1.2 qui disponibile scarica il generatore e genera anche un segnale con livelli digitali. Il resistore R2 determina il grado di carico e la massima potenza dissipata nel risonatore al quarzo. Questo generatore può funzionare con quasi tutti i risonatori con un consumo di corrente di 500-800 μA. E il divisore di frequenza che lo segue per due (elemento DD2.1) genera un segnale con un meandro simmetrico, necessario per il normale funzionamento del mixer. Il generatore di misurazione è assemblato secondo lo schema di un multivibratore asimmetrico (transistor VT1 e VT2). L'uscita alla modalità di autoeccitazione fornisce un circuito di feedback positivo sul condensatore C7. Gli elementi di impostazione della frequenza sono C3 - C5, VD1 e il sensore della bobina di ricerca L1. Inoltre, la generazione viene effettuata nell'intervallo da 500 kHz a 700 kHz, a seconda del risonatore al quarzo disponibile.
Un parametro così importante come l'instabilità a breve termine è piccolo per questo generatore. La deriva di frequenza per i primi 10 s immediatamente dopo l'accensione non è superiore a 0,7 Hz (e ogni 30 minuti - fino a 20 Hz), sebbene anche 1 Hz per 1 minuto sia considerato accettabile per il normale funzionamento del dispositivo (senza AFC). Il segnale sinusoidale emesso dal generatore di misura, con un'ampiezza di 1-1,2 V, viene inviato attraverso il condensatore di separazione C9 al trigger DD3.2, che genera impulsi rettangolari con livelli digitali e un duty cycle di 2. R5R6 è un divisore necessario per il normale funzionamento di questa sezione del circuito. Ebbene, un DD3.3 funge da stadio tampone. Il segnale da esso viene inviato al mixer (T-trigger DD2.2). Arriva anche la frequenza dal divisore del generatore esemplare. Le caratteristiche dell'operazione DD2.2 sono tali che se agli ingressi C e D di questo elemento logico arrivano due sequenze di impulsi di frequenza vicina, alle uscite si forma un segnale di frequenza differenziale con un meandro strettamente simmetrico. Inoltre, tutto ciò che viene prelevato dall'uscita 12 del miscelatore ha la forma mostrata in figura 2a. I segnali diretti, così come ritardati (Fig. 2b) invertiti (a causa del circuito R8C11 e dell'elemento DD4.2) vengono sommati sul tasto DD5.1 , che funge da AND / OR logico con la formazione di brevi positivi impulsi di registrazione (Fig. 2c) per il funzionamento di dispositivi di memorizzazione analogici (DD5.2, C13, VT3). Ma non è tutto. Il segnale prelevato dall'uscita di DD4.2 arriva all'integratore, realizzato secondo lo schema classico utilizzando VD2, R10 - R11, DA1, C12. Il resistore R11 limita la corrente di ricarica del condensatore C12, scaricando l'uscita dell'elemento DD4.2. Il segnale integrato (Fig. 2d) tramite il tasto DD5.2, comandato da impulsi da DD5.1, viene inviato alla capacità di memorizzazione C13, dove si trova una tensione pari al valore di picco di quanto proveniente dall'integratore (Fig. 2e). Il condensatore C14 attenua l'effetto di tipo "step", che può verificarsi con un brusco cambiamento nelle frequenze di battimento (Fig. 2f). Dal source follower, il segnale va al comparatore DD4.3, al VCO (generatore controllato in tensione) e al circuito del loop AFC. Il divisore R21R22, insieme alla retroazione R23 e R24, restringe l'intervallo della tensione di controllo ad un'ampiezza di 1,2 V. L'amplificatore operazionale DA2 confronta il risultato con quello fornito dal divisore R26R29 e genera la tensione di controllo dell'aaricap VD1. Il resistore R26 può impostare approssimativamente il punto di cattura iniziale dell'AFC (sensibilità) e R27 - esattamente. Inoltre, spostando lo slider R26 verso la posizione estrema (superiore o inferiore a seconda dello schema), è facile uscire dalla zona di cattura AFC (± 300 Hz), implementando la modalità di frequenza di battimento one-to-one, che rende il lavoro con il dispositivo più flessibile. Per comprendere le caratteristiche del funzionamento del nodo, che rallenta la risposta dell'AFC a un brusco cambiamento nella frequenza del battito, supponiamo che sulla base del transistor VT4 ci sia, ad esempio, qualche Ub stabile. Assumiamo anche che a un certo punto ci sia un brusco cambiamento nella frequenza del battito e, di conseguenza, nella tensione attraverso C14. Un circuito funzionante del nostro metal detector risponderà sicuramente a tale "introduzione" con un'adeguata deviazione del transistor Ub VT4 dal suo valore precedente (a causa delle grandi valutazioni di R19, R20 e C16). Ma la risposta a un cambiamento graduale nella frequenza del battito sarà certamente una reazione sotto forma di un lento cambiamento nelle tensioni indicate. Quando un oggetto metallico entra nella zona di sensibilità del sensore del frame di ricerca e vi rimane per un tempo relativamente lungo, viene impostata una tensione sulla base di VT4, che di solito è sufficiente per tornare alla modalità di frequenza specificata. Ma con una netta rimozione del sensore di lato, la situazione cambia, l'U6 del transistor VT4 non potrà tornare velocemente al livello precedente. Cioè, vengono create le condizioni per la transizione attraverso "0" (il verificarsi di feedback positivi). Per escludere quest'ultimo è stato introdotto lo shunt di R19 con un diodo VD3, attraverso il quale la capacità C16 si scarica rapidamente (U6 ritorna al livello impostato). In effetti, l'AFC ha (a seconda della direzione in cui cambia la frequenza del battito) due costanti di tempo. E poiché lo speciale design del sensore elimina praticamente l'influenza delle proprietà ferromagnetiche degli oggetti rilevati sull'aumento di f del generatore di ricerca, sia l'AFC che il dispositivo nel suo insieme funzionano molto correttamente in tutte le modalità. VCO (DD4.4 e R18, C15) converte la tensione, che cambia con la frequenza del battito, in una frequenza. E il comparatore DD16 configurato con il divisore R17R4.3 gli consente di farlo nella zona di massima sensibilità, quando f battiti = 0-70 Hz. La frequenza del VCO viene inviata all'ingresso A del mixer (tasto DD5.4). L'ingresso CO proviene dall'elemento logico DD4.1 e la differenza f battiti, e un breve impulso negativo formato dal circuito di differenziazione C10R9 (per un migliore suono delle cuffie, riducendo il consumo energetico). Di conseguenza, l'uscita del mixer è o la frequenza fbeat modulata del VCO o solo la frequenza di battuta. Inoltre, lo schema esegue automaticamente la transizione da una modalità all'altra. Il resistore variabile R30 funge da controllo del carico e del volume e SA1 combinato con esso funge da interruttore di alimentazione. L'utilizzo di microcircuiti della serie CMOS, amplificatori operazionali funzionanti in modalità microcorrente, ha permesso di ridurre il consumo di corrente al livello di 6 mA, rendendo accettabile l'utilizzo della batteria Krona come fonte di alimentazione. Come altri analoghi, quasi l'intero metal detector è montato su un circuito stampato in fibra di vetro rivestita con pellicola su un lato. Il generatore di ricerca è posto in una scatola schermante di latta. Solo i resistori di controllo R26, R27, R30, le prese per il collegamento dell'alimentatore e delle cuffie, nonché il telaio del sensore vengono rimossi dalle dimensioni della scheda. La tecnologia e la cura nella fabbricazione del telaio del sensore sono così importanti per le prestazioni dell'intero metal detector che apparentemente richiedono una presentazione più dettagliata. Come base viene utilizzato un fascio composto da undici pezzi di filo PEV1100-2 da 1.2 mm. Avvolto strettamente con uno strato di nastro isolante, viene schiacciato in un tubo di alluminio con un diametro interno di 10 mm e una lunghezza di 960 mm. Il grezzo risultante viene modellato in una cornice rettangolare 300x200 mm con angoli arrotondati. L'estremità del primo dei fili, posta in una custodia di alluminio - uno schermo elettrostatico, viene successivamente saldata all'inizio del secondo, e così via fino a formare una specie di induttore a 11 spire. Le punte sono isolate l'una dall'altra con nastro di carta e riempite con resina epossidica, escludendo l'aspetto di una bobina in cortocircuito dovuta al tubo stesso piegato in un telaio. Si consiglia di fornire qui qualsiasi connettore ad alta frequenza chiuso e un supporto adatto (non metallico) per il manubrio, che può essere utilizzato come una o due sezioni da un'asta pieghevole. Il cavo che collega il telaio al blocco è preferibile utilizzare coassiale, televisione, ad esempio PK75. Lo starter 1_2 del generatore di ricerca (di seguito, la designazione è secondo la Fig. 1 e secondo lo schema elettrico del metal detector pubblicato nel numero precedente della rivista) ha 450 giri di filo PEL 1-0,01. Avvolgimento - alla rinfusa su un telaio con un diametro di 4 e una lunghezza di 15 mm con un nucleo ferromagnetico M600NN (è possibile utilizzare una bobina di contorno adatta da una vecchia radio). L'induttanza di una tale strozzatura è 1 - 1,2 mH. Il dispositivo utilizza condensatori KSO o KTK (C3, C4, C5), KLS o KM (C1, C2, C6 - C13, C15), K50-6 o K53-1 (C14, C16, C17). C'è anche una scelta di resistori. In particolare, per "trimmer" sono adatti R26, R27, SP5-2 o SP-3. Lo stesso si può dire della variabile R30, solo che deve essere abbinata all'interruttore. Tutti gli altri resistori sono MLT-0,125 (VS-0,125).
Digital MS può essere sostituito con analoghi della consolidata serie K176. DD1, DDZ-qualsiasi della stessa serie, purché contengano il numero richiesto di inverter. I transistor possono anche essere sostituiti. Come VT1 e VT2, ad esempio, è adatto KPZ0ZB (-Zh). Al posto di \/TK, KPZ0Z o KP305 è accettabile (l'indice delle lettere alla fine del nome non ha alcun ruolo in questo caso) e KT3102G (VT4) sostituirà KT3102E. Quarzo: uno di quelli progettati per 1,0-1,4 MHz. Anche la scelta delle cuffie è illimitata. Come dimostra la pratica, TON-1 o TON-2 sono abbastanza adatti. Varicap D901 può essere sostituito da D902. Diodi VD2 e VD3 - KD522 (KD523) con qualsiasi indice di lettere. Per configurare il dispositivo assemblato, avrai bisogno di un oscilloscopio e ... precisione nel lavoro. Dopo aver esaminato attentamente l'intera installazione, viene fornita alimentazione al circuito. Quindi controllano il consumo di corrente, che per un progetto realizzabile correttamente dovrebbe essere di 5,5 - 6,5 mA. Quando vanno oltre i valori specificati, cercano ed eliminano gli errori nella saldatura, ecc. Il funzionamento del generatore esemplare è verificato dalla presenza al pin 1 del microcircuito DD2 di una frequenza pari a 0,5 f di un risonatore al quarzo con un duty cycle di 2. Quindi vanno al "motore di ricerca" Al punto di controllo su al circuito stampato, dove convergono R3 e C8, viene applicata metà della tensione di alimentazione, mentre si disconnette l'uscita del chip DA2. E con un oscilloscopio collegato al drain del transistor VT2, controllano l'ampiezza della tensione di uscita. Dovrebbe essere compreso tra 1 V e 1,2 V. Se la deviazione supera 0,1 V, correggere il numero di giri nell'induttore L2. E con l'aiuto dei condensatori C3 e C4, la frequenza ottimale del segnale è impostata su 0,5 fquartz. Inoltre, il sensore stesso dovrebbe trovarsi a non più di due metri da oggetti metallici. Se necessario, selezionando R5, cercano di ottenere un segnale di uscita simmetrico al pin 9 del microcircuito DD3 (in questo caso, il mixer deve emettere un segnale di frequenza differenziale con un meandro uguale a 2). Quindi, impostando la frequenza di battimento pari a 8 - 9 Hz modificando la tensione sul varicap, il segnale viene misurato al pin 6 dell'integratore DA1 - dovrebbe essere "sul punto di limitare dal basso". La regolazione corrispondente viene eseguita selezionando il valore del resistore R10. Collegando un oscilloscopio alla sorgente del transistor VT3, controllano la variazione del livello di tensione in base alla frequenza di battimento. I resistori R16 e R17 assicurano che uno zero logico all'uscita del comparatore (pin 10 del chip DD4) appaia solo quando i battiti f diventano superiori a 70 Hz. Il VCO è regolato con il resistore R15 in modo che l'oscillatore inizi a funzionare quando il segnale dell'integratore "lascia il limite dal basso". In futuro, ciò semplificherà notevolmente la regolazione del dispositivo prima del funzionamento, poiché la frequenza minima del VCO corrisponderà all'impostazione del metal detector alla massima sensibilità. Dopo aver ripristinato sul circuito stampato la connessione precedentemente saldata R3 e C8 con DA2, procedono alla fase finale di debug del dispositivo. Il "trimmer" del motore R26 è ruotato nella posizione estrema ("più"), che corrisponderà alla massima frequenza di battimento (inoltre, f generatore di ricerca> f esemplare). Quindi, ruotando lentamente il motore nella direzione opposta, iniziano a controllare il segnale al pin 6 di DA1. Notano come (in una certa posizione del motore R26) il momento in cui il segnale colpisce la zona di cattura AFC appare sullo schermo dell'oscilloscopio. Continuando a ruotare la manopola del resistore di sintonia 1327, raggiungono una frequenza di battimento di 10 Hz, verificando contemporaneamente il funzionamento dell'AFC (poiché il segnale tende a tornare allo stato originale). I motori dei resistori 1326, 1327 devono essere mossi lentamente, data la grande inerzia dell'AFC. In questo caso, nelle cuffie si sentiranno la frequenza VCO minima e clic deboli con battiti f. In alcuni 1 In alcuni casi, può verificarsi l'effetto di "fluttuazione" del suono rispetto a uno stato fisso. In questo caso, è necessario selezionare più accuratamente il rapporto tra i resistori R23, R24 o ridurre i valori di 1319, R20. Come già notato, la parte elettronica del metal detector (e questo è quasi l'intero dispositivo) può essere montata in qualsiasi custodia adatta montata sull'impugnatura. Bisogna fare attenzione che il sensore del frame di ricerca, così come i fili di collegamento, siano fissati rigidamente l'uno rispetto all'altro. Dopotutto, anche lievi vibrazioni di queste parti che si verificano quando l'operatore si muove possono generare un falso segnale (soprattutto con la massima sensibilità del circuito e un'esperienza insufficiente con il dispositivo). Per lo stesso motivo, la spatola va indossata dietro la schiena con la baionetta rivolta verso l'alto (lontana dal telaio del sensore). E le punte di metallo sui lacci degli stivali dell'operatore sono generalmente inaccettabili. L'interferenza che portano minaccia di vanificare tutti gli sforzi del dispositivo ultrasensibile per trovare nella terra ciò da cui è così riluttante a separarsi. Lavorare con un metal detector non è molto diverso dal lavorare con un moderno rilevatore di mine manuale. Naturalmente, strumenti così precisi necessitano di aggiustamenti. Nel nostro caso particolare, questo è il turno del motore del resistore di sintonia R26 nella posizione estrema ("più") e R27 in quella centrale. Dopo aver alimentato l'apparecchiatura, ruotare la manopola di regolazione R26 nella direzione opposta fino a quando il segnale VCO appare nelle cuffie. Successivamente, la sensibilità richiesta viene impostata con un resistore di sintonia R27. E con l'aiuto di R26, impostano arbitrariamente (quando si lavora con il dispositivo in modalità battiti uno a uno) battiti f nell'intervallo 200-300 Hz. AFC e VCO sono essenzialmente disabilitati, quindi la ricerca viene eseguita come al solito. Per determinare più chiaramente la posizione di piccoli oggetti, il frame-sensor viene portato nell'area di ricerca orizzontalmente (con un angolo arrotondato in avanti) o con un'inclinazione di 45 - 90 ° rispetto alla superficie in esame (con un chiaro vantaggio posizionale di una delle pareti laterali del telaio). Autore: Yu.Stafiychuk
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