Rivelatori di metalli su microcircuiti con circuito di confronto. Schema, descrizione

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Metal detector su microcircuiti con circuito di confronto. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Vantaggi e svantaggi

Il principio di funzionamento di tutti questi dispositivi si basa sul confronto delle frequenze di oscillazione di due generatori:

riferimento;
ricerca, modificando la frequenza quando esposto al suo circuito oscillatorio di un oggetto metallico.

Ci sono altri metodi conosciuti:

ponte, quando viene rilevato uno squilibrio del ponte di misura, in uno dei bracci del quale è inclusa una bobina di ricerca;
metodo dello sfasamento, quando viene misurato lo sfasamento delle oscillazioni degli oscillatori di riferimento e di ricerca;
metodo trasmettitore-ricevitore, in cui viene registrata l'energia a radiofrequenza riemessa da un oggetto.

Sono più efficienti del metodo di confronto dei valori di frequenza (metodo del battito). Ma è più facile da implementare. I metal detector costruiti utilizzandolo presentano i seguenti vantaggi:

sono compatti;
non richiedono un'attenta messa a punto e misure per la stabilizzazione delle alte frequenze;
senza pretese in funzione.

Pertanto, si sono diffusi tra gli artigiani domestici e i radioamatori.

Diagramma schematico di un semplice metal detector

Il dispositivo è in grado di rilevare una moneta da cinque centesimi a una profondità fino a 80 mm e la copertura di un pozzo fognario a una profondità fino a 0,8 m.

Lo schema di un semplice metal detector è mostrato in Fig. 2.6, a. È assemblato su un solo chip K176LP2. Uno dei suoi elementi (DD1.1) è utilizzato nel generatore standard, l'altro (DD1.3) in quello sintonizzabile.

Il circuito oscillatorio dell'oscillatore di riferimento è costituito dalla bobina L1 e dai condensatori C1 e C2, mentre il circuito dell'oscillatore di ricerca è costituito dalla bobina di ricerca L2 e dal condensatore C4. Il primo circuito è regolato in frequenza da un condensatore variabile C1 e il secondo da una selezione del condensatore C4. L'elemento DD1.3 contiene un mixer di oscillazioni a frequenza standard e variabile.

Dal carico di questo nodo - resistore variabile R5 - il segnale di frequenza differenziale va all'ingresso dell'elemento DD1.4 e la tensione di frequenza audio amplificata da esso va alle cuffie BF1.

Diagramma schematico di un metal detector ad alta sensibilità

Consideriamo un metal detector ad alta sensibilità, il cui schema è mostrato in Fig. 2.7, a. Utilizza il microcircuito K118UN1D (DA1) come mixer e amplificatore delle oscillazioni di frequenza differenziale.

Rivelatori di metalli su microcircuiti con circuito di confronto

Riso. 2.6. Il metal detector più semplice sui microcircuiti con un circuito di confronto: a - schema elettrico; b - circuito stampato

Rivelatori di metalli su microcircuiti con circuito di confronto

Riso. 2.7. Metal detector ad alta sensibilità su microcircuiti con un circuito di confronto: a - schema elettrico; b - circuito stampato

Gli oscillatori di riferimento e di ricerca di questo dispositivo sono identici nel circuito. Ciascuno di essi è realizzato su due inverter (rispettivamente DD1.1, DD1.2 e DD2.1, DD2.2). Gli elementi DD1.3 e DD2.3 funzionano come buffer, indebolendo l'influenza del mixer sui generatori.

L'oscillatore di riferimento deve essere regolato su una determinata frequenza con un condensatore variabile C1 e l'oscillatore di ricerca deve essere regolato selezionando un condensatore C2.

Circuito del metal detector battente aggiornato

È possibile aumentare la sensibilità di un metal detector che utilizza il metodo del battito sintonizzando l'oscillatore di riferimento su una frequenza 5-10 volte superiore alla frequenza dell'oscillatore di ricerca.

In questo caso, i battiti si verificano tra le oscillazioni dell'oscillatore di riferimento e l'armonica di frequenza più vicina (5-10a) dell'oscillatore di ricerca. In questo caso una scordatura di soli 10 Hz porta ad un aumento della frequenza delle oscillazioni differenze di 100 Hz.

È in questo modo che la maggiore sensibilità del metal detector, il cui diagramma è mostrato in Fig. 2.8, a.

Con l'aiuto di un tale metal detector, è possibile rilevare una moneta da cinque centesimi a una profondità fino a 100 mm e una copertura del pozzo a una profondità fino a 1 m.

Rivelatori di metalli su microcircuiti con circuito di confronto

Riso. 2.8. Circuito modernizzato di un metal detector sui battiti: a - diagramma schematico; b - circuito stampato

Il funzionamento del circuito del metal detector modernizzato

L'oscillatore di riferimento del metal detector è realizzato su due elementi del microcircuito DD2 ed è sintonizzato su una frequenza di 1 MHz. La stabilità di frequenza richiesta è garantita dal risonatore al quarzo ZQ1.

Il generatore di ricerca utilizza due elementi del microcircuito DD1. Il suo circuito oscillatorio L1C2C3VD1 è sintonizzato su una frequenza molte volte inferiore all'oscillatore di riferimento.

Per ristrutturare il circuito viene utilizzato un varicap VD1, la cui tensione è regolata da un resistore variabile R2. Il mixer è realizzato sull'elemento DD1.4, gli elementi DD1.3 e DD2.3 vengono utilizzati come buffer.

L'indicatore di ricerca è cuffie BF1.

Montaggio e PCB

Ciascuno dei metal detector considerati può essere montato su un circuito stampato realizzato in laminato di fibra di vetro con uno spessore di 1,5 mm. Il disegno della scheda e la disposizione delle parti sono mostrati in Fig. 2.6, b, 2.7, b, 2.8, b rispettivamente.

Le schede sono progettate per l'installazione di resistori fissi MJIT-OD25 (MLT-025, VS-0D25), condensatori KT-1, KM-4 o K10-7V, K50-6.

Per regolare la frequenza dei generatori, vengono utilizzati condensatori variabili con un dielettrico solido da ricevitori a transistor di piccole dimensioni:

"Mondo" nel primo dispositivo;
"Pianeta" nel secondo dispositivo.

È possibile utilizzare qualsiasi altro condensatore adatto per dimensioni e valori di capacità minima e massima, inclusi i trimmer KPK-3 con una capacità di 25-150 pF.

Resistori variabili R5 e R2 - di piccole dimensioni qualsiasi tipo.

Produzione di bobine

Bobine L1 per metal detector assemblate secondo gli schemi di Fig. 2.6, a e 2.7, a, sono avvolti su nuclei magnetici ad anello di ferrite (600NN) di dimensioni standard K8 x 6 x 2.

Nel primo metal detector, la bobina contiene 180 giri di filo PELSHO 0,14, nel secondo - 50 giri di PELSHO 0,2.

L'avvolgimento in entrambi i casi è uniforme su tutto il perimetro del circuito magnetico.

Nel primo metal detector, la bobina viene incollata con colla BF-2 direttamente sul circuito stampato e nel secondo (per mancanza di spazio) su un piccolo angolo piegato da un foglio di polistirolo spesso 1,5 mm e incollato alla scheda con la stessa colla.

La bobina di ricerca di ciascuno dei metal detector considerati è avvolta in un anello piegato da un tubo di plastica vinilica con un diametro esterno di 15 mm e un diametro interno di 10 mm.

Il diametro esterno dell'anello è:

per il primo schema - 250 mm (100 giri);
per il secondo e il terzo - 200 mm (50 giri).

Filo usato - PELSHO 0,27.

Ciascun anello deve essere avvolto con nastro di alluminio per la schermatura elettrostatica per eliminare gli effetti di capacità tra la bobina e la terra. Per proteggerlo da eventuali danni, si consiglia di avvolgere la pellicola con uno o due strati di nastro isolante.

Quando si avvolge il nastro, ricordare che il contatto elettrico tra le sue estremità è inaccettabile (altrimenti si formerà un anello chiuso).

Una vista della bobina finita, realizzata con il metodo descritto, è mostrata in Fig. 2.9.

Rivelatori di metalli su microcircuiti con circuito di confronto

Riso. 2.9. Vista della bobina di ricerca finita

Man mano che il diametro della bobina di ricerca diminuisce, la “zona di cattura” si restringe, ma il dispositivo diventa più sensibile ai piccoli oggetti. All’aumentare del diametro, al contrario, si allarga la “zona di cattura” e diminuisce la sensibilità agli oggetti di piccole dimensioni.

Per indicare la ricerca, in tutti i dispositivi vengono utilizzate le cuffie TON-2. I metal detector possono essere alimentati da una batteria Krona o da due batterie 3336 o sei celle 316, 332 collegate in serie.

Autore: Sketeris R.

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