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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Metal detector ad induzione a bobina singola. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / metal detector Il metal detector di tipo a induzione proposto è universale. Il suo sensore ha un design semplice e può essere prodotto con un diametro di 0,1 ... 1 M. Approssimativamente in proporzione al diametro, la dimensione degli oggetti rilevati e la distanza alla quale il metal detector rileva questi oggetti cambierà. Per un sensore standard con un diametro di 180 mm, la profondità di rilevamento è:
Il dispositivo è dotato di un semplice discriminatore che permette di filtrare i segnali provenienti da piccoli oggetti di ferro qualora questi ultimi non siano di interesse per la ricerca. Schema strutturale Lo schema a blocchi è mostrato in fig. 14. Consiste di diversi blocchi funzionali.
L'oscillatore al quarzo è una sorgente di impulsi rettangolari, dai quali successivamente si forma un segnale che entra nella bobina del sensore. Il segnale dell'oscillatore viene diviso per frequenza per 4 utilizzando un contatore di squilli sui flip-flop. Secondo il circuito ad anello, il contatore è progettato in modo tale che alle sue uscite possano essere generati due segnali F1 e F2, sfasati l'uno rispetto all'altro di 90 °, necessari per costruire un circuito discriminatore. Un segnale rettangolare (meandro) viene inviato all'ingresso del primo integratore, la cui uscita è una tensione a dente di sega lineare a tratti. Il secondo integratore emette un segnale dalla "sega", che ha una forma molto vicina a quella sinusoidale ed è costituito da semionde di forma parabolica. Questo segnale di ampiezza stabile viene inviato all'amplificatore di potenza, che è un convertitore tensione-corrente caricato sulla bobina del sensore. La tensione del sensore non è più stabile in ampiezza, in quanto dipende dal segnale riflesso da oggetti metallici. Il valore assoluto di questa instabilità è molto piccolo. Per aumentarla, cioè per evidenziare il segnale utile, il circuito di compensazione sottrae la tensione di uscita del secondo integratore dalla tensione sulla bobina del sensore. Qui vengono deliberatamente omessi molti dettagli della costruzione dell'amplificatore di potenza, del circuito di compensazione e del metodo di accensione della bobina del sensore, rendendo questa descrizione più facile da comprendere il principio di funzionamento del dispositivo, sebbene non del tutto corretto. Per maggiori dettagli, vedere la descrizione dello schema elettrico. Dal circuito di compensazione, il segnale utile viene inviato all'amplificatore ricevente, dove viene amplificato dalla tensione. I rilevatori sincroni convertono il segnale utile in tensioni che variano lentamente, i cui valori e polarità dipendono dallo sfasamento del segnale riflesso rispetto al segnale di tensione della bobina del sensore. In altre parole, i segnali di uscita dei rivelatori sincroni non sono altro che le componenti dell'espansione ortogonale del vettore del segnale utile riflesso in termini di base vettoriale delle armoniche fondamentali dei segnali di riferimento F1 e F2. Una parte del segnale inutile, che non viene compensato dal circuito di compensazione a causa della sua imperfezione, penetra inevitabilmente nell'amplificatore ricevente. Alle uscite dei rilevatori sincroni, questa parte del segnale viene convertita in componenti CC. I filtri passa-alto (HPF) tagliano le componenti costanti inutili, facendo passare e amplificando solo le componenti variabili dei segnali associati al movimento del sensore rispetto agli oggetti metallici. Il discriminatore genera un segnale di controllo per avviare il modellatore del segnale sonoro solo con una certa combinazione di polarità del segnale all'uscita del filtro, che elimina l'indicazione del suono da piccoli oggetti di ferro, ruggine e alcuni minerali Schema schematico Il diagramma schematico del metal detector a induzione sviluppato dall'autore è mostrato in Fig. 15 - la parte di ingresso, fig. 16 - rivelatori e filtri sincroni, fig. 17 - discriminatore e formatore del segnale sonoro, fig. 18 è uno schema dei collegamenti esterni. Oscillatore a cristallo (Fig. 15) L'oscillatore a cristallo è montato su inverter D1.1-D1.3. La frequenza dell'oscillatore è stabilizzata da un risonatore al quarzo o piezoceramico Q con una frequenza di risonanza di 215 Hz - 32 kHz ("orologio al quarzo"). Il circuito R1C2 impedisce l'eccitazione del generatore alle armoniche superiori. Attraverso il resistore R2, il circuito OOS è chiuso, attraverso il risonatore Q, il circuito POS è chiuso. Il generatore è caratterizzato da semplicità, basso consumo di corrente, funzionamento affidabile con una tensione di alimentazione di 3 ... 15 V, non contiene elementi sintonizzati e resistori ad alta resistenza. La frequenza di uscita del generatore è di circa 32 kHz.
contatore di squilli (Fig. 15) Il contatore di squilli ha due funzioni. Innanzitutto, divide la frequenza dell'oscillatore per 4, fino a una frequenza tipica di 8 kHz per tali dispositivi. In secondo luogo, genera due segnali di riferimento per rivelatori sincroni, sfasati l'uno rispetto all'altro di 90°. Il contatore ad anello è costituito da due D-flip-flop D2.1 e D2.2, chiusi ad anello con inversione di segnale lungo l'anello.Il segnale di clock è comune per entrambi i flip-flop. Qualsiasi segnale di uscita del primo trigger D2.1 ha uno sfasamento di più o meno un quarto di periodo (cioè 90°) rispetto a qualsiasi segnale di uscita del secondo trigger D2.2. Integratori (Fig. 15) Gli integratori sono realizzati su OS D3.1 e D3.2. Le loro costanti di tempo sono determinate dai circuiti R3C6 e R5C9. La modalità CC è supportata dai resistori R4, R6. I condensatori di separazione C5, C8 impediscono l'accumulo di errore statico, che può portare gli integratori fuori dalla modalità a causa del loro elevato guadagno CC. I valori nominali degli elementi inclusi nei circuiti dell'integratore sono scelti in modo tale che lo sfasamento totale di entrambi gli integratori a una frequenza operativa di 8 kHz sia esattamente di 180°, tenendo conto sia dei circuiti RC principali sia tenendo conto dell'influenza della separazione circuiti e la velocità finale dell'amplificatore operazionale con la correzione selezionata. I circuiti di correzione degli amplificatori operazionali degli integratori sono standard e sono costituiti da condensatori da 33 pF. Amplificatore (fig.15) L'amplificatore di potenza è assemblato su un amplificatore operazionale D4.2 con retroazione di tensione parallela. Un elemento di impostazione della corrente compensato termicamente, costituito dai resistori R72, R78 e dal termistore R73 (vedi Fig. 18), è collegato tra l'uscita del secondo integratore e l'ingresso invertente dell'amplificatore operazionale D4.2. Il carico dell'amplificatore, che è anche un elemento dell'OOS, è un circuito oscillatorio costituito da una bobina del sensore L1 e un condensatore C61. Nella numerazione delle resistenze e dei condensatori negli schemi di fig. 15-18 sono omesse alcune posizioni, che sono associate a numerose modifiche al circuito del metal detector ad induzione e questo non è un errore. Il circuito oscillatorio è sintonizzato sulla risonanza a un quarto della frequenza del risonatore al quarzo dell'oscillatore principale, cioè alla frequenza del segnale ad esso applicato. Il modulo di impedenza del circuito oscillatorio alla frequenza di risonanza è di circa 4 kOhm. I parametri della bobina del sensore L1 sono i seguenti: il numero di spire è 100, la marca del filo è PEL, PEV, PELSHO 0,2 ... 0,5, il diametro medio e il diametro del mandrino di avvolgimento sono 165 mm. La bobina ha uno schermo in foglio di alluminio collegato al bus comune dello strumento. Per evitare la formazione di una spira in cortocircuito, una piccola parte, circa 1 cm, della circonferenza dell'avvolgimento della bobina è libera dallo schermo. Gli elementi sensori R72, R73, R78, L1, C61 sono selezionati in modo tale che: in primo luogo, abbiano un valore uguale alla tensione all'ingresso e all'uscita dell'amplificatore di potenza. Per fare ciò, è necessario che la resistenza del circuito R72, R73, R78 sia uguale al modulo di impedenza del circuito oscillatorio L1, C61 ad una frequenza di risonanza di 8 kHz, o meglio, 8192 Hz. Questo modulo di resistenza è, come già accennato, di circa 4 kOhm e il suo valore deve essere specificato per un particolare sensore. In secondo luogo, il coefficiente di temperatura della resistenza (TCR) del circuito R71-R73 deve corrispondere in grandezza e segno con il TCR del modulo di impedenza del circuito oscillatorio L1, C61 alla frequenza di risonanza, che si ottiene: approssimativamente - scegliendo il valore del termistore R73, ed esattamente - scegliendo il rapporto R72-R78 e si ottiene sperimentalmente durante la messa a punto. L'instabilità di temperatura del circuito oscillatorio è associata all'instabilità, prima di tutto, della resistenza ohmica del filo di rame della bobina. Con un aumento della temperatura, questa resistenza aumenta, il che aumenta le perdite nel circuito e ne riduce il fattore di qualità. Pertanto, il modulo della sua impedenza alla frequenza di risonanza diminuisce. Il resistore R18 non svolge un ruolo fondamentale nel circuito e serve a mantenere l'amplificatore operazionale D4.2 in modalità quando la controparte del connettore X1 è disabilitata. Il circuito di correzione dell'amplificatore operazionale D4.2 è standard ed è costituito da un condensatore da 33 pF. Schema di compensazione (Fig. 15) Gli elementi principali del circuito di compensazione che implementano la sottrazione della tensione di uscita del secondo integratore dalla tensione della bobina del sensore sono i resistori R15, R17 con lo stesso valore di resistenza. Dal loro punto di connessione comune, il segnale utile viene inviato all'amplificatore ricevente. Ulteriori elementi, grazie ai quali si ottiene la regolazione e la regolazione manuale del dispositivo, sono i potenziometri R74, R75 (Fig. 18). Da questi potenziometri è possibile prelevare un segnale che si trova nell'intervallo [-1, +1] dal segnale di tensione del sensore (o il segnale di uscita del secondo integratore, che è quasi uguale in ampiezza ad esso). Regolando questi potenziometri si ottiene il segnale minimo all'ingresso dell'amplificatore ricevente e zero segnali alle uscite dei rivelatori sincroni. Attraverso il resistore R16, parte del segnale di uscita di un potenziometro viene miscelato direttamente nel circuito di compensazione e utilizzando gli elementi R11-R14, C14-C16 - con uno spostamento di 90 ° dall'uscita di un altro potenziometro. L'amplificatore operazionale D4.1 è la base del compensatore delle armoniche superiori del circuito di compensazione. Implementa un doppio integratore con inversione, le cui costanti di tempo sono fissate dal circuito di retroazione di tensione in parallelo R7C12 comune all'integratore, così come il condensatore C16 con tutte le resistenze che lo circondano. Un meandro con una frequenza di 8 kHz viene fornito all'ingresso del doppio integratore dall'uscita dell'elemento D1.5. Attraverso i resistori R8, R10, l'armonica principale viene sottratta dal meandro. La resistenza totale di questi resistori è di circa 10 kOhm e viene selezionata sperimentalmente quando si imposta il segnale minimo all'uscita dell'amplificatore operazionale D4.1. Le armoniche superiori rimaste all'uscita del doppio integratore entrano nel circuito di compensazione con la stessa ampiezza delle armoniche superiori che penetrano attraverso gli integratori principali. La relazione di fase è tale che all'ingresso dell'amplificatore ricevente le armoniche più alte provenienti da queste due sorgenti sono praticamente compensate. L'uscita dell'amplificatore di potenza non è una fonte aggiuntiva di armoniche superiori, poiché l'elevato fattore di qualità del circuito oscillatorio (circa 30) fornisce un elevato grado di soppressione delle armoniche superiori. Le armoniche superiori, in prima approssimazione, non pregiudicano il normale funzionamento del dispositivo, anche se sono molte volte superiori al segnale utile riflesso. Tuttavia, devono essere ridotti in modo che l'amplificatore ricevente non cada in modalità clipping quando le cime del "cocktail" dalle armoniche più alte alla sua uscita, iniziano a essere interrotte a causa del valore finito della tensione di alimentazione dell'amplificatore operazionale. Tale transizione dell'amplificatore alla modalità non lineare riduce drasticamente il guadagno del segnale utile. Gli elementi D1.4 e D1.5 impediscono la formazione di un PIC ring parassita attraverso il resistore R7 a causa del valore diverso da zero del co- | resistenza uscita trigger D2.1. Un tentativo di collegare il resistore R7 direttamente al flip-flop porta all'autoeccitazione del circuito di compensazione a bassa frequenza. Il circuito di correzione dell'amplificatore operazionale D4.2 è standard ed è costituito da un condensatore da 33 pF. Amplificatore ricevente (Fig. 15) L'amplificatore ricevente è a due stadi. Il suo primo stadio è realizzato sull'amplificatore operazionale D5.1 con feedback di tensione parallelo. Il guadagno del segnale utile è: Ku = - R19/R17 = -5. La seconda cascata è realizzata sull'amplificatore operazionale D5.2 con feedback di tensione seriale. Coefficiente di guadagno Ku = R21/R22 + 1 = 6. Le costanti di tempo dei circuiti di separazione sono scelte in modo tale che alla frequenza operativa lo sfasamento da esse creato compensi il ritardo del segnale dovuto alla velocità finita dell'amplificatore operazionale. I circuiti di correzione dell'amplificatore operazionale D5.1 e D5.2 sono standard e sono costituiti da condensatori da 33 pF.
Rivelatori sincroni (Fig. 16) I rivelatori sincroni sono dello stesso tipo e hanno circuiti identici, quindi verrà preso in considerazione solo uno di essi, quello in cima al circuito. Il rivelatore sincrono è costituito da un modulatore bilanciato, un circuito integratore e un amplificatore di segnale costante (CCA). Il modulatore bilanciato è implementato sulla base di un gruppo integrato di interruttori analogici D6.1 su transistor ad effetto di campo. Con una frequenza di 8 kHz, gli interruttori analogici chiudono alternativamente le uscite del "triangolo" del circuito integratore, costituito dai resistori R23 e R24 e dal condensatore C23, a un bus comune. Il segnale della frequenza di riferimento viene inviato al modulatore bilanciato da una delle uscite del contatore ad anello. Questo segnale è il segnale di controllo per gli interruttori analogici. Il segnale all'ingresso del "triangolo" del circuito integratore viene inviato attraverso il condensatore di disaccoppiamento C21 dall'uscita dell'amplificatore ricevente. Costante di tempo del circuito integratore t = -R23*C23 = R24*C23. Maggiori dettagli sullo schema del rivelatore sincrono possono essere trovati nella Sez. 2.1. OA UPS D7 ha un circuito di correzione standard, costituito da un condensatore con una capacità di 33 pF per OA tipo K140UD1408. Nel caso di utilizzo di un amplificatore operazionale del tipo K140UD12 (con correzione interna), non è necessario un condensatore di correzione, ma è richiesto un ulteriore resistore di impostazione della corrente R68 (mostrato in linea tratteggiata). filtri (Fig. 16) I filtri sono dello stesso tipo e hanno circuiti identici, quindi verrà preso in considerazione solo uno di essi, quello in cima al circuito. Come accennato in precedenza, il tipo di filtro si riferisce all'HPF. Inoltre, nel circuito gli viene assegnato il ruolo di ulteriore amplificazione del segnale rettificato dal rivelatore sincrono. Quando si implementano questo tipo di filtri nei metal detector, sorge un problema specifico. La sua essenza è la seguente. I segnali utili dalle uscite dei rilevatori sincroni sono relativamente lenti, quindi la frequenza di taglio inferiore dell'HPF è solitamente compresa tra 2 e 10 Hz. La gamma dinamica dei segnali in ampiezza è molto ampia, può raggiungere i 60 dB all'ingresso del filtro. Ciò significa che molto spesso il filtro funzionerà in modalità picco-picco non lineare. L'uscita dalla modalità non lineare dopo l'esposizione a sovraccarichi di ampiezza così grandi per un filtro passa-alto lineare può richiedere decine di secondi (così come il tempo di prontezza del dispositivo dopo l'accensione), il che rende i circuiti di filtro più semplici inadatti alla pratica. Per risolvere questo problema, usano tutti i tipi di trucchi. Molto spesso, il filtro è diviso in tre o quattro stadi con un guadagno relativamente piccolo e una distribuzione più o meno uniforme delle catene di temporizzazione sugli stadi. Questa soluzione accelera l'uscita del dispositivo in modalità normale dopo i sovraccarichi. Tuttavia, la sua implementazione richiede un gran numero di sistemi operativi. Nello schema proposto, l'HPF è monostadio. Per ridurre le conseguenze dei sovraccarichi, è reso non lineare. La sua costante di tempo per segnali grandi è circa 60 volte inferiore a quella per segnali di bassa ampiezza. Schematicamente, l'HPF è un amplificatore di tensione sull'amplificatore operazionale D9.1, coperto dal circuito OOS attraverso l'integratore sull'amplificatore operazionale D10. Per un segnale piccolo, le proprietà di frequenza e tempo dell'HPF sono determinate da un divisore di resistori R45, R47, la costante di tempo dell'integratore R43 C35 e il guadagno dell'amplificatore di tensione sull'amplificatore operazionale D9.1. Con un aumento della tensione di uscita dell'HPF dopo una certa soglia, inizia a influire l'influenza della catena di diodi VD1-VD4, che sono la principale fonte di non linearità. Il circuito specificato devia il resistore R45 su segnali grandi, aumentando così la profondità dell'OOS nell'HPF e riducendo la costante di tempo dell'HPF. Il guadagno del segnale utile è di circa 200. Per sopprimere le interferenze ad alta frequenza, il circuito del filtro ha un condensatore C31. L'amplificatore operazionale dell'amplificatore di tensione D9.1 ha un circuito di correzione standard costituito da un condensatore da 33 pF. L'amplificatore operazionale dell'integratore D10 ha un circuito di correzione costituito da un condensatore da 33 pF per l'amplificatore operazionale del tipo K140UD1408. Nel caso di utilizzo dell'amplificatore operazionale di tipo K140UD12 (con correzione interna), non è necessario un condensatore di correzione, ma è necessario un resistore di impostazione della corrente aggiuntivo R70 (mostrato in linea tratteggiata).
Discriminatore (Fig. 17) Il discriminatore è costituito da comparatori sull'amplificatore operazionale D12.1, D12.2 e singoli vibratori su flip-flop D13.1, D13.2. Quando un sensore metal detector passa sopra un oggetto metallico, alle uscite del filtro compare un segnale utile sotto forma di due semionde di tensione di polarità opposta, che si susseguono contemporaneamente ad ogni uscita. Per piccoli oggetti di ferro, i segnali alle uscite di entrambi i filtri saranno in fase: la tensione di uscita "oscillerà" prima a meno, quindi a più e tornerà a zero. Per i metalli non ferromagnetici e gli oggetti di ferro di grandi dimensioni, la risposta sarà diversa: la tensione di uscita del solo primo (superiore secondo il circuito del filtro) "oscillerà" prima su meno e poi su più. La reazione all'uscita del secondo filtro sarà l'opposto: la tensione di uscita "oscillerà" prima in più e poi in meno. Gli impulsi di uscita dei comparatori azionano uno dei singoli vibratori sui trigger D13.1, D13.2. I singoli vibratori non possono avviarsi contemporaneamente - la retroazione incrociata attraverso i diodi VD9, VD11 blocca l'avvio di un vibratore se l'altro è già in funzione. La durata degli impulsi alle uscite dei singoli vibratori è di circa 0,5 s, e questo è parecchie volte superiore alla durata di entrambi i burst del segnale utile quando il sensore si muove rapidamente. Pertanto le seconde semionde dei segnali in uscita dai filtri non condizionano più la decisione del discriminatore che, secondo i primi burst del segnale utile, innesca uno dei singoli vibratori, mentre l'altro è bloccato e questo stato è fisso per un tempo di 0,5 s. Per escludere il funzionamento dei comparatori da interferenze, nonché per ritardare il segnale di uscita del primo filtro rispetto al secondo, i circuiti integrati R49, C41 e R50, C42 sono installati agli ingressi dei comparatori. La costante di tempo del circuito R49, C41 è parecchie volte maggiore, quindi, con l'arrivo simultaneo di due semionde negative dalle uscite del filtro, il comparatore D12.2 sarà il primo a funzionare e l'one-shot sul trigger D13.2 inizierà, emettendo un segnale di controllo ("ferro" - ferro). Condizionatore di segnale acustico (Fig. 17) Il formatore del segnale audio è costituito da due generatori di frequenza audio controllati identici su trigger Schmidt con logica AND all'ingresso D14.1, D14.2. Ogni generatore viene avviato direttamente dal segnale di uscita del corrispondente discriminatore singolo vibratore. L'oscillatore superiore viene attivato dal comando "metallo" dall'uscita del singolo vibratore superiore - un bersaglio non ferromagnetico o un grande oggetto di ferro - e produce un tone burst con una frequenza di circa 2 kHz. L'oscillatore inferiore viene attivato dal comando "ferro" dall'uscita del singolo vibratore inferiore - piccoli oggetti di ferro - e produce un messaggio tonale con una frequenza di circa 500 Hz. Le durate dei messaggi sono pari alla durata degli impulsi alle uscite dei singoli vibratori. L'elemento D14.3 miscela i segnali di due generatori di suoni. L'elemento D14.4, collegato secondo il circuito dell'inverter, è progettato per implementare un circuito a ponte per l'accensione di un emettitore piezoelettrico. Il resistore R63 limita i picchi di corrente consumati dal microcircuito D14, causati dalla natura capacitiva dell'impedenza piezoelettrica. Questa è una misura preventiva per ridurre l'effetto dell'interferenza di potenza e prevenire la possibile autoeccitazione del percorso di amplificazione. Schema dei collegamenti esterni (Fig. 18)
Lo schema delle connessioni esterne mostra elementi che non sono installati sul circuito stampato del dispositivo e sono collegati ad esso tramite connettori elettrici. Questi elementi includono:
Lo scopo degli elementi elencati è sostanzialmente ovvio e non richiede ulteriori spiegazioni. Tipi di parti e design I tipi di microcircuiti utilizzati sono riportati nella tabella. quattro. Tabella 5. Tipi di microcircuiti utilizzati
Invece dei microcircuiti della serie K561, è possibile utilizzare i microcircuiti della serie K1561. Puoi provare a utilizzare alcuni chip della serie K176. I doppi amplificatori operazionali (amplificatori operazionali) della serie K157 possono essere sostituiti da qualsiasi singolo amplificatore operazionale generico con parametri simili (con corrispondenti modifiche nei circuiti di piedinatura e correzione), sebbene l'uso di doppi amplificatori operazionali sia più conveniente (la densità di montaggio aumenta). È auspicabile che i tipi di sistema operativo utilizzati non siano inferiori ai tipi consigliati in termini di velocità. Ciò è particolarmente vero per i microcircuiti D3-D5. Gli amplificatori operazionali di rivelatori sincroni e integratori di filtri passa-alto dovrebbero avvicinarsi agli amplificatori operazionali di precisione in termini di parametri. Oltre al tipo indicato nella tabella, sono adatti K140UD14, 140UD14. È possibile utilizzare gli amplificatori operazionali di micropotenza K140UD12, 140UD12, KR140UD1208 nel circuito di commutazione corrispondente. Non ci sono requisiti speciali per i resistori utilizzati nel circuito del rivelatore di metalli. Devono solo essere robusti e in miniatura nel design e facili da installare. Per ottenere la massima stabilità termica, nei circuiti dei sensori, negli integratori e nel circuito di compensazione devono essere utilizzate solo resistenze a film metallico. Il valore nominale della dissipazione di potenza è 0,125 ... 0,25 W. Il termistore R73 deve avere un TKS negativo e un valore di circa 4,7 kOhm. Il tipo consigliato di KMT è 17 W. I potenziometri di compensazione R74, R75 sono desiderabili del tipo multigiro SP5-44 o con regolazione del nonio del tipo SP5-35. Puoi cavartela con potenziometri convenzionali di qualsiasi tipo. In questo caso, è preferibile usarne due. Uno - per la regolazione approssimativa, con un valore nominale di 10 kOhm, incluso secondo lo schema. L'altro è per la messa a punto, collegato secondo il circuito del reostato nello spazio di uno dei terminali estremi del potenziometro principale, con un valore nominale di 0,5 ... 1 kOhm. I condensatori C45, C49, C51 sono elettrolitici. Tipi consigliati: K50-29, K50-35, K53-1, K53-4 e altri piccoli. I restanti condensatori, ad eccezione dei condensatori del circuito oscillatorio del sensore, sono di tipo ceramico K10-7 (fino a un valore nominale di 68 nF) e di tipo a film metallico K73-17 (valori superiori a 68 nF). Il condensatore del circuito C61 è speciale. Su di esso vengono poste elevate esigenze in termini di precisione e stabilità termica. Il condensatore C61 è costituito da diversi (5 ... 10 pezzi) condensatori collegati in parallelo. La messa a punto del circuito in risonanza viene eseguita selezionando il numero di condensatori e il loro valore nominale. Il tipo consigliato di condensatori è K10-43. Il loro gruppo di stabilità termica è MPO (cioè, circa zero TKE). È possibile utilizzare condensatori di precisione e altri tipi, ad esempio K71-7. Alla fine, puoi provare a utilizzare i vecchi condensatori in mica termostabile con tipo KSO argentato o alcuni condensatori in polistirene. Diodi VD1-VD12 tipo KD521, KD522 o simili silicio a bassa potenza. È anche conveniente utilizzare gruppi di diodi a ponte integrale del tipo KD1 come diodi VD4-VD5 e VD8-VD906. Le conclusioni (+) e (-) del gruppo diodi sono saldate insieme e le conclusioni (~) sono incluse nel circuito invece di quattro diodi. Diodi di protezione VD13-VD14 dei tipi KD226, KD243, KD247 e altri piccoli per una corrente di 1 A. Microamperometri: qualsiasi tipo per una corrente di 50 μA con zero al centro della scala (-50 μA ... 0 ... + 50 μA). I microamperometri di piccole dimensioni sono convenienti, ad esempio il tipo M4247. Risonatore al quarzo Q - qualsiasi quarzo da orologio di piccole dimensioni (quelli simili sono usati anche nei giochi elettronici portatili). Il cambio delle modalità di funzionamento: qualsiasi tipo di biscotto rotante di piccole dimensioni o camma su 5 disposizioni e 6 direzioni. Batterie di tipo 3R12 (secondo la designazione internazionale) o "quadrate" (secondo la nostra). Emettitore piezoelettrico Y1 - può essere di tipo ЗП1-ЗП18. Buoni risultati si ottengono utilizzando emettitori piezoelettrici di telefoni importati (vanno in grandi quantità "sprecati" nella produzione di telefoni con ID chiamante). Connettori Х1-ХЗ - standard, per la saldatura su un circuito stampato, con un passo dei pin di 2,5 mm. Tali connettori sono ampiamente utilizzati attualmente in televisori e altri elettrodomestici. Il connettore X4 deve essere di tipo esterno, con parti esterne metalliche, preferibilmente con contatti argentati o dorati e uscita cavo sigillata. Il tipo consigliato è PC7 o PC10 con attacco filettato oa baionetta. Scheda a circuito stampato Il design del dispositivo può essere abbastanza arbitrario. Durante la progettazione, è necessario tenere conto delle raccomandazioni delineate di seguito nei paragrafi sui sensori e sulla progettazione dell'alloggiamento. La parte principale degli elementi dello schema elettrico del dispositivo si trova sul circuito stampato.
Il circuito stampato della parte elettronica del metal detector può essere realizzato sulla base di un circuito stampato breadboard universale già pronto per il pacchetto DIP di microcircuiti con un passo di 2,5 mm. In questo caso l'installazione viene eseguita con filo unipolare in rame stagnato in isolamento. Questo design è conveniente per il lavoro sperimentale. Una progettazione PCB più accurata e affidabile si ottiene instradando le tracce nel modo tradizionale per un dato circuito. A causa della sua complessità, in questo caso il circuito stampato deve essere metallizzato su entrambi i lati. La topologia delle tracce stampate utilizzata dall'autore è mostrata in fig. 19 - lato del circuito stampato dal lato dell'installazione delle parti e in fig. 20 - lato del circuito stampato dal lato di saldatura. Il disegno della topologia non è di dimensioni reali. Per comodità di realizzare una fotomaschera, l'autore fornisce le dimensioni del circuito stampato lungo la cornice esterna dell'immagine: 130x144 (mm). Caratteristiche PCB:
La densità dei conduttori sul circuito stampato non è troppo elevata, il che rende possibile realizzare un disegno per l'incisione a casa. Per fare ciò, si consiglia di utilizzare un pennarello in vetro sottile o un ago da siringa segato completo di tubo di plastica.
Un reagente comune per l'incisione di un circuito stampato standard in fibra di vetro con lamina di rame 35 ... 50 micron è una soluzione acquosa di cloruro ferrico FeCl3. Esistono altri modi per realizzare circuiti stampati a casa. La posizione delle parti sul circuito stampato è mostrata in fig. 21 (microcircuiti, connettori, diodi "e un risonatore al quarzo), in fig. 22 (resistori e ponticelli) e in fig. 23 (condensatori).
Configurazione del dispositivo Si consiglia di configurare il dispositivo nella seguente sequenza. 1. Controllare la corretta installazione in base allo schema elettrico. Assicurarsi che non vi siano cortocircuiti tra conduttori PCB adiacenti, gambe adiacenti del microcircuito, ecc. 2. Collegare le batterie o un alimentatore bipolare rispettando scrupolosamente la polarità. Accendi il dispositivo e misura la corrente consumata. Dovrebbe essere di circa 40 mA su ciascun binario di alimentazione. Una forte deviazione dei valori misurati dal valore indicato indica un'installazione errata o un malfunzionamento dei microcircuiti. 3. Assicurarsi che all'uscita del generatore sia presente un meandro puro con una frequenza di circa 32 kHz. 4. Assicurarsi che alle uscite dei trigger D2 sia presente un meandro con una frequenza di circa 8 kHz. 5. Assicurarsi che all'uscita del primo integratore ci sia una tensione a dente di sega e all'uscita del secondo una tensione quasi sinusoidale con componenti costanti nulle. Attenzione! Un'ulteriore regolazione del dispositivo deve essere eseguita in assenza di oggetti metallici di grandi dimensioni vicino alla bobina del sensore del metal detector, compresi gli strumenti di misurazione! In caso contrario, se questi oggetti vengono spostati o il sensore viene spostato rispetto ad essi, il dispositivo non sarà sintonizzato e se sono presenti oggetti metallici di grandi dimensioni vicino al sensore, la sintonizzazione non sarà possibile. 6. Verificare che l'amplificatore di potenza funzioni per la presenza di una tensione sinusoidale alla sua uscita con una frequenza di 8 kHz con una componente costante nulla (con il sensore collegato). 7. Regolare il circuito oscillatorio del sensore alla risonanza selezionando il numero di condensatori del circuito oscillatorio e il loro valore nominale. La sintonizzazione è controllata approssimativamente - dall'ampiezza massima della tensione del circuito, esattamente - da uno sfasamento di 180 ° tra le tensioni di ingresso e di uscita dell'amplificatore di potenza. 8. Sostituire l'elemento resistivo del sensore (resistori R71-R73) con un resistore fisso. Scegli il suo valore in modo che le tensioni di ingresso e di uscita dell'amplificatore di potenza siano uguali in ampiezza. 9. Assicurarsi che l'amplificatore ricevente funzioni, per cui controllare la modalità del suo amplificatore operazionale e il flusso del segnale. 10. Assicurarsi che il circuito di compensazione delle armoniche superiori funzioni. Potenziometri di regolazione R74, R75 per ottenere un segnale armonico fondamentale minimo all'uscita dell'amplificatore ricevente. Selezionando un resistore aggiuntivo R8, per ottenere un minimo di armoniche superiori all'uscita dell'amplificatore ricevente. In questo caso, ci sarà uno squilibrio nell'armonica fondamentale. Eliminarlo impostando i potenziometri R74, R75 e ottenere nuovamente un minimo di armoniche superiori selezionando il resistore R8 e così via più volte. 11. Assicurarsi che i rilevatori sincroni funzionino. Con un sensore opportunamente configurato e un circuito di compensazione opportunamente configurato, le tensioni di uscita dei rivelatori sincroni sono impostate a zero approssimativamente nella posizione centrale dei cursori del potenziometro R74, R75. Se ciò non accade (in assenza di errori di installazione), è necessario mettere a punto il circuito del sensore e selezionare il suo elemento resistivo in modo più accurato. Il criterio per la corretta regolazione finale del sensore è il bilanciamento del dispositivo (ovvero l'azzeramento delle uscite dei rivelatori sincroni) nella posizione centrale dei cursori del potenziometro R74, R75. Durante la regolazione, assicurarsi che vicino allo stato di bilanciamento, solo il dispositivo W74 reagisca al movimento della maniglia del potenziometro R1 e solo il dispositivo W75 reagisca al movimento della maniglia del potenziometro R2. Se il movimento della maniglia di uno dei potenziometri vicino allo stato di bilanciamento si riflette su due dispositivi contemporaneamente, allora dovresti sopportare questa situazione (sarà un po 'più difficile bilanciare il dispositivo ogni volta che viene ruotato on), o selezionare più accuratamente il valore del condensatore C14. 12. Assicurarsi che i filtri funzionino. La componente costante della tensione alle loro uscite non deve superare i 100 mV. In caso contrario, è necessario sostituire i condensatori C35, C37 (anche tra i film di tipo K73-17 ci sono unità difettose con resistenza di dispersione - decine di megaohm). Potrebbe anche essere necessario sostituire le unità D10 e D11. Assicuratevi che i filtri rispondano ad un segnale utile, che può essere simulato con piccoli giri delle manopole R74, R75. È conveniente osservare direttamente il segnale di uscita dei filtri utilizzando i dispositivi puntatori W1 e W2. Assicurarsi che la tensione di uscita dei filtri ritorni a zero dopo l'esposizione a segnali di grande ampiezza (entro un paio di secondi). È possibile che un ambiente elettromagnetico sfavorevole renda difficile la regolazione del dispositivo. In questo caso, le frecce dei microamperometri produrranno oscillazioni caotiche o periodiche quando il dispositivo è configurato nelle posizioni di commutazione S1 "Mode 1" ew "Mode 2". Il fenomeno indesiderato descritto è spiegato dall'interferenza delle armoniche superiori della rete a 50 Hz sulla bobina del sensore. A una distanza considerevole dai fili con l'elettricità, le frecce non dovrebbero oscillare quando il dispositivo è sintonizzato. Un fenomeno simile si osserva anche nel caso di autoeccitazione dell'OA degli integratori. 13. Verificare che il discriminatore e il circuito di generazione del segnale acustico funzionino. 14. Eseguire la compensazione termica del sensore. Per fare ciò, devi prima configurare e bilanciare il metal detector con un resistore invece di un elemento sensore resistivo. Quindi riscaldare leggermente il sensore sul radiatore o raffreddarlo in frigorifero. Nota in quale posizione del cursore del potenziometro R74 "metallico" il dispositivo verrà bilanciato al variare della temperatura del sensore. Misurare la resistenza del resistore temporaneamente installato nel sensore e sostituirlo con un circuito R72, R73, R78 con un termistore e resistori di valori tali che la resistenza totale del circuito indicato sia uguale alla resistenza del resistore costante da sostituire . Mantenere il sensore a temperatura ambiente per almeno mezz'ora e ripetere l'esperimento con una variazione di temperatura. Confronta i risultati. Se il punto di bilanciamento sulla scala del cursore R74 si sposta su un lato, il sensore è sottocompensato ed è necessario aumentare l'influenza del termistore, indebolendo l'effetto di shunt del resistore R72, per il quale aumentare la sua resistenza e ridurre la resistenza della resistenza aggiuntiva R71 (per mantenere costante il valore di resistenza dell'intera catena) . Se il punto di equilibrio per questi due esperimenti viene spostato in direzioni diverse, il sensore viene sovracompensato ed è necessario indebolire l'influenza del termistore aumentando l'effetto di shunt del resistore R72, per il quale scopo ridurne la resistenza e aumentare il resistenza della resistenza aggiuntiva R71 (per mantenere costante il valore di resistenza dell'intera catena) . Dopo aver effettuato diversi esperimenti con la selezione dei resistori R71 e R72, è necessario assicurarsi che il dispositivo sintonizzato ed equilibrato non perda la sua capacità di bilanciamento quando la temperatura cambia di 40 ° C (raffreddamento dalla temperatura ambiente alla temperatura del frigorifero congelatore). Se ci sono malfunzionamenti e deviazioni nel comportamento dei singoli componenti del circuito del metal detector, dovresti agire secondo il metodo generalmente accettato:
Autore: Shchedrin AI
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