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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Metal detector con maggiore sensibilità sui microcircuiti. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / metal detector Una delle caratteristiche di tutti i metal detector di tipo BFO è che i generatori di riferimento e di riferimento di questi dispositivi sono strutturalmente realizzati su elementi dello stesso microcircuito. Va riconosciuto che oltre ad alcuni vantaggi (ad esempio semplicità del circuito, stabilizzazione della temperatura), tali strutture presentano anche una serie di svantaggi. Il principale è il verificarsi di connessioni parassite tra i singoli elementi all'interno del cristallo del microcircuito, che sono quasi impossibili da eliminare. Ecco perché in tali metal detector è necessario scegliere una frequenza di battito superiore a 100-300 Hz, che porta inevitabilmente ad una diminuzione della sua sensibilità. Un tentativo di liberare i rilevatori di oggetti metallici che funzionano sulla base dell'analisi del segnale di battito almeno da queste carenze è stato fatto durante la creazione di un dispositivo basato su un circuito pubblicato in pubblicazioni nazionali e straniere a metà degli anni '90 del secolo scorso. Schema schematico Il design proposto è una delle tante opzioni per i metal detector del tipo BFO (Beat Frequency Oscillator), ovvero è un dispositivo basato sul principio dell'analisi dei battiti di due segnali di frequenza vicina. Inoltre, in questo disegno, la variazione della frequenza del battito viene valutata a orecchio. La base del circuito di questo dispositivo (Fig. 3.6) è costituita da oscillatori di misurazione e di riferimento, un mixer, un filtro passa-basso, un analizzatore e un circuito di indicazione acustica.
Gli oscillatori di misurazione e riferimento sono due semplici oscillatori LC realizzati su elementi dei microcircuiti IC1 e IC2. In questo caso l'oscillatore di riferimento è montato sull'elemento IC1.1 e l'oscillatore misuratore o accordabile è montato sull'elemento IC2.1. La frequenza di oscillazione dell'oscillatore di riferimento è determinata dai parametri degli elementi del suo circuito, ovvero dall'induttanza della bobina L1 e dalle capacità dei condensatori C1, C2. I valori di questi parametri sono selezionati in modo tale che la frequenza operativa dell'oscillatore di riferimento sia di circa 100 kHz. Il circuito oscillatorio del generatore di misura è formato dalla bobina di ricerca L2 e dai condensatori C3-C5. La frequenza operativa di questo generatore è vicina alla frequenza del generatore di riferimento e può essere leggermente modificata regolando il condensatore variabile C3. Gli elementi IC1.2 e IC2.2 svolgono la funzione di cascate che forniscono l'isolamento della tensione CA tra i generatori. Dalle uscite di entrambi i generatori, i segnali RF vengono inviati a un mixer realizzato sull'elemento IC3.1, all'uscita del quale si formano oscillazioni con le frequenze totali e differenziali dei generatori e le loro armoniche, che vengono fornite al passa-basso circuito di filtraggio. A differenza di molti altri metal detector di tipo BFO, il dispositivo proposto utilizza un filtro passa-basso, montato sugli elementi R3 e C6, per isolare i segnali di frequenza (suono) di differenza. Successivamente, il segnale a bassa frequenza viene inviato all'analizzatore. Come è noto, la sensibilità dei rilevatori di oggetti metallici che valutano la frequenza del segnale di battimento dipende in gran parte da quale segnale di frequenza più bassa può essere registrato da questo dispositivo. I metal detector che forniscono l'analisi del battito con una frequenza di diversi hertz hanno la migliore sensibilità. Tuttavia, a causa della gamma limitata di frequenze operative delle capsule telefoniche, è impossibile ascoltare un segnale del genere direttamente in cuffia. Molto spesso, gli sviluppatori ricorrono alla soluzione più semplice a questo problema, ovvero: aumentare semplicemente la frequenza del segnale del battito utilizzando vari moltiplicatori. Una delle varianti del circuito di raddoppio della frequenza (più precisamente, la conversione di un segnale sinusoidale in una sequenza di impulsi a doppia frequenza) è già stata discussa nel capitolo precedente quando si descrive un metal detector a transistor con maggiore sensibilità. Nell'analizzatore del metal detector in esame, per aumentare la frequenza del segnale di battimento, viene utilizzato un circuito che garantisce la conversione di un segnale sinusoidale (quasi triangolare) in brevi impulsi con una frequenza di ripetizione doppia. Per questo viene utilizzato un comparatore di tensione realizzato sugli elementi IC3.2-IC3.4. Durante un periodo della frequenza di battimento, il comparatore passa due volte da uno stato logico all'altro, dopodiché gli impulsi rettangolari da esso generati vengono differenziati dal circuito C7R8 e quindi alimentati attraverso il condensatore C7 al controllo del volume R8. Di conseguenza, le cuffie BF1 collegate al connettore X2 ricevono brevi impulsi di tensione a doppia frequenza. Il dispositivo è alimentato dalla sorgente B1 con una tensione di 9 V. In questo caso, i microcircuiti del metal detector IC1 e IC2 sono alimentati da una sorgente CC attraverso i filtri di disaccoppiamento R6C8 e R7C9. Dettagli e design Tutte le parti del metal detector in questione (ad eccezione della bobina di ricerca L2, del resistore R8, del condensatore C3, dei connettori X1 e X2 e dell'interruttore S1) si trovano su un circuito stampato di 80x60 mm, realizzato in doppio lamina a lati getinax o textolite (Fig. 3.7). In questo caso, l'installazione degli elementi viene eseguita sul lato dei conduttori e la lamina sull'altro lato svolge il ruolo di schermo.
Non ci sono requisiti speciali per le parti utilizzate in questo dispositivo. Si consiglia di utilizzare condensatori e resistori di piccole dimensioni che possano essere posizionati senza problemi su un circuito stampato. Il condensatore C3 dovrebbe avere una capacità massima di 180-240 pF. È possibile utilizzare qualsiasi condensatore di sintonizzazione da un ricevitore radio di piccole dimensioni (ad esempio, tipo KP-180). Per aumentare la stabilità termica, è auspicabile che i condensatori C1, C2, C4 e C5 abbiano un TKE non peggiore di M1500. I resistori fissi possono essere, ad esempio, del tipo MLT-0,125. Chip come K561LE5 possono essere sostituiti con i microcircuiti K176LE5, K176LA7 o K561LA7. La bobina L1 contiene 30 spire di filo PEV-2 con un diametro di 0,08 mm. Per avvolgerlo, si consiglia di utilizzare il telaio della bobina del circuito IF di un ricevitore radio a transistor (ad esempio "Alpinist-407" o simile). La bobina di ricerca L2 contiene 100 spire di filo PEV-2 con un diametro di 0,6 mm ed è realizzata sotto forma di un toro con un diametro interno di 240-250 mm. È più semplice realizzare questa bobina su un telaio rigido, ma puoi farne a meno. In questo caso, qualsiasi oggetto rotondo adatto, come un barattolo, può essere utilizzato come cornice temporanea. Le spire della bobina vengono avvolte alla rinfusa, dopo di che vengono rimosse dal telaio e schermate con uno schermo elettrostatico, per la cui fabbricazione un nastro di alluminio viene avvolto sul fascio di spire. Lo spazio tra l'inizio e la fine dell'avvolgimento del nastro (lo spazio tra le estremità dello schermo) dovrebbe essere di circa 10 mm. Quando si realizza la bobina L2, è necessario prestare particolare attenzione affinché le estremità del nastro schermante non vadano in cortocircuito, poiché in questo caso si forma una spira cortocircuitata. Per aumentare la resistenza meccanica, la bobina può essere impregnata con colla epossidica prima della schermatura. I conduttori di un cavo schermato bipolare lungo circa un metro devono essere saldati ai terminali della bobina, all'altra estremità del quale è installato un connettore di tipo SSh-3 o qualsiasi altro connettore adatto di piccole dimensioni. La treccia del cavo deve essere collegata allo schermo della bobina. Nella posizione operativa, il connettore della bobina è collegato alla parte di accoppiamento del connettore situata sul corpo del dispositivo. Il metal detector con sensibilità aumentata è alimentato da una sorgente di tensione B1 da 9 V. Come tale sorgente è possibile utilizzare, ad esempio, una batteria Krona o due batterie 3336L collegate in serie. Il circuito stampato con gli elementi posti su di esso e l'alimentatore sono collocati in una eventuale custodia metallica idonea. Sul coperchio dell'alloggiamento sono installati un condensatore C3, un resistore variabile R8, un connettore X1 per il collegamento della bobina di ricerca L2, un interruttore S1 e un connettore X2 per il collegamento delle cuffie BF1. Istituzione Il metal detector in questione deve essere configurato in condizioni in cui gli oggetti metallici vengono rimossi dalla bobina di ricerca L2 ad una distanza di almeno 1,5 M. La regolazione diretta del dispositivo deve iniziare selezionando la frequenza di battimento desiderata. Per fare ciò, si consiglia di utilizzare un oscilloscopio o un frequenzimetro digitale. Quando si lavora con un oscilloscopio, la sua sonda deve essere collegata all'ingresso del filtro passa basso (pin IC3/3). La forma d'onda a questo punto assomiglia alla forma d'onda di un segnale RF modulato. Successivamente, regolando la bobina L1 e, se necessario, selezionando le capacità dei condensatori C1 e C2, è necessario assicurarsi che la frequenza di modulazione (frequenza di battimento) sia di circa 5-10 Hz. Quando si utilizza un frequenzimetro digitale per impostare un metal detector, il frequenzimetro deve essere collegato prima al pin 1 del chip IC3 e poi al pin 2 dello stesso chip. Modificando i parametri degli elementi precedentemente menzionati (induttanza della bobina L1, capacità dei condensatori C1 e C2), è necessario assicurarsi che anche la differenza nelle frequenze del segnale nei punti indicati sia di circa 5-10 Hz. È possibile selezionare la frequenza di battimento desiderata senza oscilloscopio o frequenzimetro. In questo caso solitamente è sufficiente regolare la frequenza operativa dell'oscillatore di riferimento. Per fare ciò, è necessario collegare i telefoni ad alta impedenza (ad esempio TON-3.1) all'uscita dell'elemento IC3 (pin IC3/2) e quindi, regolando il nucleo di sintonizzazione della bobina L1, ottenere l'aspetto di un segnale audio nelle cuffie. In questo caso, il rotore del condensatore C3 deve essere installato nella posizione centrale. Quindi, ruotando il nucleo di sintonizzazione della bobina L1, è necessario impostare la modalità in cui si sentiranno i clic nei telefoni, seguiti da una frequenza di diversi hertz. Dopo aver predisposto il generatore è consigliabile fissare con una goccia di colla il nucleo accordatore della bobina L1. Successivamente, è necessario configurare il comparatore di tensione. Per fare ciò, è necessario selezionare il valore del resistore R9, mostrato in Fig. 3.6 con linee tratteggiate. La sua resistenza può variare da 300 kOhm a 1 MOhm. Va notato che il resistore R9 deve essere collegato tra i pin 5, 6 dell'elemento IC3.2 e il filo comune se è presente una tensione di alto livello all'uscita del comparatore (pin IC3/10,11). Procedura di lavoro Nell'uso pratico di questo dispositivo, la frequenza necessaria del segnale di battimento dovrebbe essere mantenuta dal condensatore variabile C3, che può cambiare sotto l'influenza di vari fattori (ad esempio, quando cambiano le proprietà magnetiche del suolo, la temperatura ambiente o la batteria è scarica). Se durante il funzionamento si trova un oggetto metallico nel raggio d'azione della bobina di ricerca L2, la frequenza dei clic nelle cuffie cambierà. Quando ci si avvicina ad alcuni metalli, aumenterà e quando ci si avvicina ad altri diminuirà. Modificando la frequenza dei clic, con una certa esperienza, è possibile determinare facilmente di quale metallo, magnetico o non magnetico, è composto l'oggetto rilevato. Il volume dei clic è regolato da un resistore variabile R8. Autore: Adamenko MV
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