Устройство позволяющее отыскивать металлические предметы, расположенные в нейтральной среде, например, грунте, за счет их проводимости называют металлодетектором (металлоискателем). Это прибор позволяет находить металлические предметы в различных средах, в том числе и в организме человека.

Во многом благодаря развитию микроэлектроники металлодетекторы, которые выпускают множество предприятий по всему свету, обладают высокой надежностью и небольшими габаритно-весовыми характеристиками.

Еще не так давно, такие приборы можно было чаще всего увидеть у саперов, то теперь, ими пользуются спасатели, кладоискатели, работники коммунальных служб при поиске труб, кабелей и пр. Более того, многие «кладоискатели» применяют металлодетекторы, которые они собирают своими руками.

Конструкция и принцип работы прибора

Металлодетекторы, предлагаемые на рынке, работают на разных принципах. Многие считают, что они используют принцип импульсной эхо- или радиолокации. Их отличие от локаторов заключается в том, передаваемый и принимаемый сигналы, действуют постоянно и одновременно, ко всему прочему они работают на совпадающих частотах.

Приборы, работающие по принципу «прием-передача», регистрируют отраженный (переизлученный) от металлического предмета сигнал. Этот сигнал появляется из-за воздействия на металлический предмет переменным магнитным полем, которое генерируют катушки металлоискателя. То есть в конструкции устройств этого типа предусмотрено наличие двух катушек, первая – передающая, вторая – приемная.

Приборы этого класса обладают следующими достоинства:

• простота конструкции;
• большие возможности для обнаружения металлических материалов.

В тоже время, металлоискатели этого класса обладают определенными недостатками:

• металлоискатели могут быть чувствительными к составу грунта, в котором производят поиск металлических предметов.
• технологические сложности при производстве изделия.

Другими словами, устройства этого типа перед работой необходимо настраивать своими руками.

Другие устройства иногда называют металлоискатель на биениях. Это название пришло из далекого прошлого, точнее со времен, когда широко эксплуатировались супергетеродинных приемников. Биения – это явление, которое становится заметно при суммировании двух сигналов с близкими частотами и равными амплитудами. Биение заключается в пульсировании амплитуды просуммированного сигнала.

Частота пульсирования сигнала равняется разностью частот суммируемых сигналов. Пропуская такой сигнал через выпрямитель, его еще называют детектором, выделяют, так называемую разностную частоту.

Такая схема долго применялось, но в наши дни, ее не применяют. Их сменили синхронные детекторы, но термин остался в применении.

Металлодетектор на биении работает, используя следующий принцип – он регистрирует разность частот от двух генераторных катушек. Одна частота стабильна, вторая содержит в себе катушку индуктивности.

Устройство настраивают своими руками так, чтобы генерируемые частоты совпадали или по крайней мере были близки. Как только, в зону действия попадает металл, происходит изменение заданных параметров и частота изменяется. Разность частот может быть зарегистрирована разными способами, начиная от наушников и заканчивая цифровыми методами.

Устройства этого класса отличаются простой конструкцией датчика, слабой чувствительностью к к минеральному составу почвы.

Но кроме этого, при их эксплуатации необходимо учитывать и то, что у них высокое энергопотребление.

Типовая конструкция

В состав металлоискателя входят следующие составные части:

1. Катушка – это конструкция коробчатого типа, в ней располагают приемник и передатчик сигнала. Чаще всего катушка имеет эллиптическую форму и для ее изготовления применяют полимеры. К ней подведен провод, соединяющий ее с блоком управления. Это провод передает сигнал от приемника к блоку управления. Передатчик формирует сигнал при обнаружении металла, который транслируется на приемник. Катушку устанавливают на нижнюю штангу.
2. Металлическую часть, на которой фиксируется катушка и настраивается угол ее наклона, называют нижней штангой. Благодаря такому решению происходит более тщательное исследование поверхности. Существуют модели, в которых нижняя часть может регулировать высоту металлоискателя и обеспечивает телескопическое соединение со штангой, которую называют средней.
3. Средняя штанга – это узел, расположенный между нижней и верхней штангами. На ней закрепляют приспособления, позволяющие регулировать размеры устройства. на рынке можно встретить модели, которые состоят из двух штанг.
4. Верхняя штанга, как правило, имеет изогнутый вид. Она напоминает, букву S. Такая форма считается оптимальной для закрепления ее на руке. На ней устанавливают подлокотник, блок управления и рукояткой. Подлокотник и рукоятку изготавливают из полимерных материалов.
5. Блок управления металлодетектором необходим для обработки получаемых от катушки данных. После того, как сигнал преобразован он направляется на наушники или другие средства индикации. Кроме того, блок управления предназначен для регулировки режима работы устройства. Провод от катушки присоединяется с помощью быстросъемного устройства.

Все устройства входящие в состав металлоискателя выполняют во влагозащищенном исполнении.

Вот такая относительная простота конструкция и позволяет изготовлять металлоискатели своими руками.

Разновидности металлодетекторов

На рынке представлена широкая номенклатура металлодетекторов, применяемых во многих сферах. Ниже приведен список, в котором указаны некоторые разновидности этих устройств:

Большая часть современных металлоискателей может найти металлические объекты на глубине до 2,5 м, специальные глубинные изделия могут обнаружить изделие на глубине до 6 метров.

Частота работы

Второй параметр – это частота работы. Все дело в том, что низкие частоты позволяют металлоискателю видеть на довольно большую глубину, но мелкие детали они увидеть не в состоянии. Высокие частоты позволяют заметить мелкие объекты, но не допускает просмотра грунта на большую глубину.

Самые простые (бюджетные) модели работают на одной частоте, модели которые относят к среднему ценовому уровню используют в работе 2 и более частоты. Существуют модели, которые при поиске применяют 28 частот.

Современные металлодетекторы оснащаются такой функцией, как дискриминация металла. Она позволяет различать тип материала находящегося на глубине. При этом при обнаружении черного металла в наушниках поисковика будет звучать один звук, а при обнаружении цветного другой.

Такие устройства относят к ипульсно – балансным. Они используют в своей работе частоты от 8 до 15 кГц. В качестве источника применяют батареи в 9 – 12 В.

Приборы этого класса способны обнаружить золотой предмет на глубине в несколько десятков сантиметров, а изделия из черных металлов на глубине порядка 1 и более метра.

Но, разумеется, эти параметры зависят от модели устройства.

Как собрать самодельный металлоискатель своими руками

На рынке существует множество моделей приборов для поиска металла в грунте, стенах и пр. Несмотря на его внешнюю сложность, изготовить металлоискатель своими руками не так и сложно и это может сделать практически любой человек. Как уже отмечалось выше, любой металлоискатель состоит из следующих ключевых компонентов – катушки, дешифратора и сигнализирующего устройства блока питания.

Для сборки своими руками такого металлоискателя необходим следующий набор элементов:

• контроллер;
• резонатор;
• конденсаторы разных типов, в том числе и пленочные;
• резисторы;
• излучатель звука;
• стабилизатор напряжения.

Металлоискатель простейший своими руками

Схема металлоискателя не отличается сложностью, а найти ее можно или на просторах мировой сети, или в специализированной литературе. Выше приведен перечень радиоэлементов, которые пригодятся для сборки металлоискателя своими руками в домашних условиях. Простой металлоискатель можно собирать своими руками, используя паяльник или другой доступный способом. Главное при этом, детали не должны касаться корпуса прибора. Для обеспечения работы собранного металлоискателя применяют источники питания в 9 – 12 вольт.

Для намотки катушки применяют провод с диаметром сечения в пределах 0,3 мм, разумеется, это будет зависеть от выбранной схемы. Кстати, намотанную катушку необходимо защитить от воздействия постороннего излучения. Для этого ее экранируют своими руками при помощи обыкновенной пищевой фольги.

Для прошивки контроллера применяют специальные программы, которые также можно найти на просторах интернет.

Металлоискатель без микросхем

Если у начинающего «кладоискателя» нет желания связываться с микросхемами, существуют схемы и без них.

Существуют более простые схемы, основанные на использовании традиционных транзисторов. Такой прибор может найти металл на глубине в несколько десятков сантиметров.

Глубинные металлодетекторы используют для поиска металлов на больших глубинах. Но стоит отметить, что стоят они недешево и поэтому вполне возможно его собрать его своими руками. Но перед тем, как приступить к его изготовлению надо понять как работает типовая схема.

Схема глубинного металлоискателя не самая простая и существует несколько вариантов его исполнения. Перед его сборкой необходимо подготовить следующий набор деталей и элементов:

• конденсаторы разного типа – пленочные, керамические и пр.;
• резисторы разного номинала;
• полупроводники – транзисторы и диоды.

Номинальные параметры, количество зависят от выбранной принципиальной схемы прибора. Для сборки приведенных элементов потребуется паяльник, набор инструмента (отвертка, плоскогубцы, кусачки пр.), материал для изготовления платы.

Процесс сборки глубинного металлодетектора выглядит примерно следующим образом. Сначала собирают блок управления, основу которого составляет печатная плата. Ее изготавливают из текстолита. Затем схему сборки переносят непосредственно на поверхность готовой платы. После того, как рисунок перенесен, плату необходимо протравить. Для этого применяют раствор, в который входят перекись водорода, соль, электролит.

После того, как выполнено травление платы, в ней необходимо выполнить отверстия для установки компонентов схемы. После того, как выполнено лужение платы. Наступает самый важный этап. Установка и пайка своими руками деталей на подготовленную плату.

Для намотки катушки своими руками применяют провод марки ПЭВ с диаметром 0,5 мм. Количество витков и диаметр катушки зависят от выбранной схемы глубинного металлоискателя.

Немного о смартфонах

Существует мнение о том, что вполне возможно изготовить металлоискатель из смартфона. Это не так! Да, есть приложения, которые устанавливают под ОС Android.

Но по факту, после установки такого приложения он действительно сможет находить металлические предметы, но только предварительно намагниченные. Искать и тем более дискриминировать металлы он не сможет.

Они могут устойчиво работать при проходе десятков человек в минуту. Обычно стационарные металлоискатели имеют габариты прохода по высоте до 2 м, по ширине – до 1 м. Так металлодетекторы METOR 200 HS имеют габариты прохода 2010 х 710 х 594 mm (рис.1).

Современные стационарные металлоискатели снабжаются микропроцессорами, с помощью которых задаются режимы работы (возможна настройка на обнаружение определенных металлов, на массу предмета и др.) и индикации (обычно они имеют световую, звуковую индикации, вывод данных на дисплей), подсчитывают число прошедших пассажиров, определяют сторону и зону проноса металлических предметов, выполняют автоматический самоконтроль и т.п. Можно настроить прибор так, что он будет обнаруживать лезвие бритвы, но не будет реагировать на алюминиевую банку с пивом или на горсть монет. Некоторые металлоискатели снабжаются выносными пультами для управления и индикации результатов их работы. В качестве такого пульта может применяться компьютер.

Например, в стационарном металлодетекторе Intelliscan 12000 (рис. 2) пространство под аркой разбито на 18 независимых зон детектирования - 6 горизонтальных и 3 вертикальных. При проносе металлических предметов на дисплее, на котором изображен контур человеческого тела, отображаются зоны локализации этих предметов.

Рис. 1. Стационарный металлодетектор METOR 200 HS

Рис. 2. Стационарный металлодетектор Intelliscan 12000 с дисплеем

Металлодетектор Intelliscan 12000 обладает следующими возможностями:

20 программ селективного обнаружения металлических предметов;

99 уровней чувствительности при работе по любой из программ;

сигналы тревоги в каждой из зон формируются, если размеры металлических предметов превышают заданные;

позонная установка чувствительности в пределах от -99% до +99% относительно базовой;

настройка нижних зон для компенсации влияния металлической арматуры в полу;

автоматическое тестирование и автокалибровка;

отстройка от шумов с помощью цифровой фильтрации;

постоянное отображение состояния на цветном дисплее;

защита установок от постороннего вмешательства шестизначным кодом доступа;

количество выбираемых пользователем рабочих частот – 16;

соответствие всем требованиям Федеральной авиационной администрации США от 1991 г. по применению в аэропортах и требованиям стандартов национального Института правосудия NILECJ (США);

соответствие гигиеническому сертификату Минздрава РФ 77.01.09.346.П.10046.04.0.

Имеются варианты стационарных металлоискателей, которые могут получать питание от аккумуляторов, работать при минусовой температуре в несколько десятков градусов в полевых условиях.

3. Металлоискатели по принципу «прием- передача»

Принцип действия металлоискателей этого типа основан на воздействии на изучаемый объект (мишень) переменным магнитным полем передающей (излучающей) катушки и регистрации сигнала, появляющегося в следствии наведения вихревых токов в металлическом предмете (мишени). Таким образом, они относятся к приборам локационного типа и должны иметь по крайней мере две катушки – передающую (излучающую) и приемную.В зарубежной терминологии металлоискатели, работающие по этому принципу, очень часто обозначают IB (Induction Balance) или VLF - (Very Low Frequency).

Как излучаемый, так и принимаемый сигналы являются непрерывными и совпадают по частоте.

Принципиальным моментом для металлоискателей такого типа является выбор взаимного расположения катушек. Они должны быть расположены так, чтобы в отсутствие посторонних металлических предметов магнитное поле излучающей катушки наводило нулевой сигнал в приемной катушке.

На рис 3 а) и б) показано расположение катушек с перпендикулярными и со скрещивающимися осями, при котором не происходит наведение тока в приемной катушке. На рис. 3 в) приведена система из одной излучающей (в центре) и двух приемных катушек. Последние включаются встречно по сигналу, наводимому излучающей катушкой, и в отсутствии металлических предметов на их выходе суммарная э.д.с. равна нулю.

Рис. 3. Расположение катушек, при котором не происходит наведение

токов в приемной катушке

Катушки, которые создают излучение и/или принимают сигнал, выполняют в виде некоторой конструкции, называемой поисковой рамкой. Параллельное расположение катушек называют компланарным (рис. 4). Такое расположение катушек позволяет уменьшить габариты поисковой рамки, так как ее можно выполнить в плоском (в виде «блина») защитном корпусе.

Рис. 4. Варианты компланарного расположения катушек

Известно несколько способов расположения катушек в одной плоскости, обеспечивающих нулевой сигнал в приемной катушке. Катушки можно наложить друг на друга так, чтобы суммарный поток вектора магнитной индукции через плоскость приемной катушки равнялся нулю (рис. 4 а). Рис. 4 б) иллюстрирует способ, когда приемная катушка в виде «восьмерки» помещается внутри излучающей. При этом в разных половинках «восьмерки» наводятся э.д.с. с разными знаками и компенсируют друг друга. Возможно размещение приемной катушки обычной формы внутри излучающей катушки но тогда используется специальное компенсирующее устройство.

Обычно в металлоискателях данного типа поисковую рамку образуют две катушки, расположенные в одной плоскости и сбалансированные так, что при подаче сигнала в передающую катушку на выходе приемной минимальный сигнал. Рабочая частота излучения от одного до нескольких десятков кГц.

Рассмотрим один из вариантов структурной схемы металлоискателя, работающего по принципу «прием-передача» (рис. 5).

Генератор создает переменное (прямоугольное или синусоидальное) напряжение, которое через усилитель мощности поступает на излучающую катушку.

Рис. 5. Функциональная схема металлоискателя,

работающего по принципу «прием-передача»

При появлении вблизи металлоискателя металлической мишени в ней наводятся токи от излучающей катушки, которые являются причиной появления вторичного электромагнитного излучения. Последнее воздействует на приемную катушку и в ней наводится переменная э.д.с. (напряжение). Частота наводимого сигнала такая же, как и в излучающей катушке.

Сигнал, наводимый в приемной катушке, имеет некоторый сдвиг по фазе по отношению к сигналу излучающей катушки, так как он поступает на приемную катушку с некоторой задержкой. При появлении вблизи поисковой рамки металлического объекта амплитуда сигнала в приемной катушке увеличивается, а фазовый сдвиг изменяется в зависимости от проводимости металла (черный, цветной).

Синхронный детектор выделяет полезный переменный сигнал, поступающий с выхода приемного усилителя и созданный излучением от металлического объекта, в постоянный сигнал. Синхронизация его работы с работой источника (генератора) излучающего сигнала позволяет повысить эффективность его работы на фоне шумов и помех, значительно превышающих полезный сигнал по амплитуде.

Выходной сигнал синхронного детектора усиливается и подается на индикатор, например звуковой или световой, который сигнализирует о появлении вблизи металлоискателя металлического предмета.

Индикация включается только для сигналов, превосходящих по амплитуде некоторый порог. Таким образом, слабые сигналы, связанные в основном с движением металлоискателя и внешними электромагнитными помехами, не вызывают срабатывания индикатора.

Металлоискатель - очень заманчивое устройство, его можно использовать для самых разных целей, например для поиска старой проводки, водопроводных труб, ну и в конце концов клада. Понятие металлоискатель очень обширное, сами металлоискатели бывают разными, принцип поиска металла заложенный в классических металлоискателях применяется в самых разных устройствах начиная от простых детекторов заканчивая радиолокационными станциями.

В последнее время большую популярность набирают так называемые импульсные металлоискатели которые в своем составе содержат только одну катушку и имеют относительно простую конструкцию, при этом обеспечивают довольно неплохую чувствительность и высокую надежность. Импульсный металлоискатель работает по принципу прием передача, поисковая катушка в таком металлоискателе может работать в двух режимах - приема и передачи. Излучаемый катушкой сигнал генерирует или возбуждает в металле вихревые токи фуко, которые улавливаются самой катушкой.

У разных металлов разная электропроводность и многие металоискатели умеют распозновать это с достаточно высокой точностью, определяя что за металл находится в земле.

Приведенная схема металлоискателя в сети встречается очень часто, но фото реальных конструкций и отзывов крайне мало, поэтому было решено повторить схему, и опробовать его в деле.

Печатная плата получилась довольно компактной, сделана она методом лут.

Достоинств у схемы много:

• наличие всего одной катушки;
• крайне простая и не капризная схема, которая практически не требует дополнительной настройки;
• вся схема построена на всего лишь одной микросхеме;
• малая чувствительность к грунту;
• при желании металлоискатель можно настроить так, чтобы он видел только цветные металлы и игнорировал черные, т.е. некое подобие функции дискриминации металлов.

Из недостатков:

• малая глубина поиска - крупные металлические предметы детектор замечает на расстоянии до 30 см, средние монеты до 5-и 8-и см.

Этого мало, но смотря для каких целей... Например для поиска старых водопроводных труб в стене схема справляется на 100%.

Схема построена на одной КМОП микросхеме CD4011, которая содержит 4 логических элемента 2И-НЕ. Она состоит из 4-х частей, опорного и поисковых генераторов, смесителя и усилителя сигнала, который выполнен на одном транзисторе. В качестве динамической головки предпочтительно использовать наушники с сопротивлением от 16-и до 64-х ом, т.к. выходной каскад не рассчитан под низкоомную нагрузку.

Работает металлоискатель следующим образом. Изначально поисковый и опорный генераторы настроены на одинаковую частоту, поэтому из динамика мы ничего не слышим. Частота опорного генератора фиксированная с возможностью ручной подстройки путем вращения переменного резистора. Частота поискового генератора сильно зависит от параметров LC контура. Если в поле зрения поисковой катушки появиться металлический предмет, нарушается частота LC контура, вследствие чего меняется частота поискового генератора относительно опорного. Смеситель выделяет разницу частот этих генераторов, которая в виде звукового сигнала, фильтруется и поступает на усилительный каскад, нагрузкой для которого является наушник.

Катушка

Чем больше диаметр катушки, тем чувствительнее металлоискатель, но большие катушки имеют свои недостатки, поэтому нужно выбрать оптимальные параметры. Для этой схемы наиболее оптимальный диаметр лежит в пределах от 15-и до 20 -и см, диаметр провода 0,4-0,6мм, количество витков 40-50, в случае, если диаметр катушки в пределах 20 см. В моем случае катушка урезана, витки и диаметр меньше, чем нужно, поэтому чувствительность схемы не ахти. Если планируется использовать металлоискатель в условиях повышенной влажности, катушку необходимо загерметизировать.

Настройка

Все наладочные работы делаются при отсутствии металла в поле зрения катушки!

Если при первом подключении схема не реагирует на металл, но все компоненты исправны, скорее всего разница частот с генераторов находится за пределами звукового диапазона и звук просто не воспринимается человеком. В этом случае стоит покрутить переменный резистор до появления звукового сигнала. Далее медленно вращаем тот же резистор до тех пор, пока из динамика не услышим низкочастотный сигнал, затем еще чуток вращаем его в том же направлении до полного исчезновения сигнала. Этим настройка завершена.

Для более точной настройки советую использовать многооборотный резистор, либо два обычных переменных, один из которых предназначен для грубой настройки, а второй для более плавной. После настройки проверяем металлоискатель поднося к его катушке металлический предмет и убеждаемся, что тональность звукового сигнала меняется, то есть схема реагирует на металл.

Эффект дискриминации металлов наблюдается в том случае, если оба генератора работают на частоте около 130-135кГц, при этом чувствительность к черным металлам почти отсутствует.

Схему можно питать от постоянного источника с напряжением от 3-х до 15 вольт, оптимальный вариант - использовать 9-и вольтовую батарейку 6F22, ток потребления схемы в этом случае будет в пределах от 15 до 30 мА в зависимости от сопротивления нагрузки.

Б. СОЛОНЕНКО, г. Геническ Херсонской обл., Украина

Не будет преувеличением сказать, что металлоискатели неизменно привлекают внимание радиолюбителей. Немало таких приборов опубликовано и в журнале "Радио". Сегодня мы предлагаем читателям описание еще одной конструкции, созданной в кружке радиоконструирования Технической станции юных техников (см. статью о нем в "Радио", 2005, № 4, 5). Перед кружковцами была поставлена задача: разработать несложный в изготовлении прибор на доступной элементной базе, для налаживания которого достаточно одного мультиметра. Насколько это удалось ребятам, судить вам, читатели.

Предлагаемый металлоискатель работает по принципу "передача-прием". В качестве передатчика использован мультивибратор, а в качестве приемника - усилитель звуковой частоты (34). К выходу первого из этих устройств и входу второго подключены одинаковые по размерам и намоточным данным катушки,

Для того чтобы система из таких передатчика и приемника стала металлоискателем, их катушки необходимо расположить так, чтобы в отсутствие посторонних металлических предметов связь между ними практически отсутствовала, т. е. сигнал передатчика не попадал напрямую в приемник. Как известно, индуктивная связь между катушками минимальна, если их оси взаимно перпендикулярны. Если катушки передатчика и приемника расположить именно так, то сигнал передатчика в приемнике прослушиваться не будет. При появлении поблизости от этой сбалансированной системы металлического предмета в нем под действием переменного магнитного поля передающей катушки возникают так называемые вихревые токи и, как следствие, собственное магнитное поле, которое наводит в приемной катушке переменную ЭДС. Сигнал, принятый приемником, преобразуется телефонами в звук. Его громкость зависит от размеров предмета и расстояния до него.

Технические характеристики металлоискателя : рабочая частота - около 2 кГц; глубина обнаружения монеты диаметром 25 мм - около 9 см; железной и алюминиевой закаточных крышек - соответственно 23 и 25 см; стального и алюминиевого листов размерами 200x300 мм - 40 и 45 см; канализационного люка - 60 см.

Передатчик . Схема передатчика показана на рис. 1. Как упоминалось, это симметричный мультивибратор на транзисторах VT1, VT2. Частота генерируемых им колебаний определяется емкостью конденсаторов CI, С2 и сопротивлением резисторов R2, R3. Сигнал 34 с коллекторной нагрузки транзистора VT2 - резистора R4 - через разделительный конденсатор СЗ поступает на катушку L1, которая преобразует электрические колебания в переменное магнитное поле ЗЧ.

Рис.2

Приемник представляет собой трехкаскадный усилитель 34, выполненный по схеме, изображенной на рис. 2. На его входе включена такая же катушка L1, как и в передатчике. Выход усилителя нагружен включенными последовательно телефонами BF1.1, BF1.2.

Рис.3

Переменное магнитное поле передатчика, наведенное в металлическом предмете, воздействует на катушку приемника, в результате чего в ней возникает электрический ток частотой около 2 кГц. Через разделительный конденсатор С1 сигнал поступает на вход первого каскада усилителя, выполненного на транзисторе VT1. Усиленный сигнал с его нагрузки - резистора R2 - подается через разделительный конденсатор СЗ на вход второго каскада, собранного на транзисторе VT2. Сигнал с его коллектора через конденсатор С5 поступает на вход третьего каскада - эмиттерного повторителя на транзисторе VT3. Он усиливает сигнал по току и позволяет подключить в качестве нагрузки низ-коомные телефоны.

Чтобы уменьшить влияние температуры окружающей среды на стабильность работы усилителя, в первый и второй каскады введена отрицательная обратная связь по постоянному напряжению включением резистора R1 между коллектором и базой транзистора VT1 и резистора R3 между коллектором и базой VT2. Снижение усиления на частотах ниже 2 кГц достигнуто соответствующим выбором емкости разделительных конденсаторов С1, СЗ, на частотах выше этой частоты - введением в первый и второй каскады частотозависимой отрицательной обратной связи по переменному напряжению через конденсаторы С2 и С4. Эти меры позволили повысить помехоустойчивость приемника. Конденсатор С6 предотвращает самовозбуждение усилителя при увеличении внутреннего сопротивления батареи питания по мере ее разрядки.

Рис.4

Детали и конструкция . Детали передатчика и приемника размещены на печатных платах, изготовленных методом прорезания изолирующих дорожек на заготовках из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Чертеж платы передатчика изображен на рис. 3, приемника - на рис. 4. Платы рассчитаны на применение резисторов МЛТ мощностью 0,125 или 0,25 Вт и конденсаторов К73-5 (С2, С4 в приемнике) и К73-17 остальные. Оксидный конденсатор С6 в приемнике - К50-35 или аналогичный зарубежного производства. Вместо указанных на схеме в передатчике можно использовать любые другие транзисторы серии КТ503, а в приемнике - транзисторы серии КТ315 с любым буквенным индексом или серии КТ3102 с индексами А-В. Применение последних предпочтительнее, так как у них меньше коэффициент шума, и сигнал от мелких предметов будет меньше маскироваться шумом усилителя. Выключатели SA1 могут быть любой конструкции, но желательно меньших размеров. Телефоны BF1, BF2 - малогабаритные вкладные, например, от аудиоплейера.

Катушки приемника и передатчика, как уже говорилось, одинаковы. Изготавливают их так. По углам прямоугольника размерами 115x75 мм в доску вбивают четыре гвоздя диаметром 2...2,5 и длиной 50...60 мм, предварительно надев на них поливинилхлоридные или полиэтиленовые трубки длиной 30...40 мм. На изолированные таким образом гвозди наматывают 300 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,12...0,14 мм. По завершении намотки витки обматывают по всему периметру узкой полоской изоляционной ленты, после чего любые два соседних гвоздя отгибают в сторону центра прямоугольника и снимают катушку.

В качестве корпусов приемника и передатчика использованы полистироловые коробки для пуговиц (внутренние размеры - 120x80 мм). Отсеки для батареи питания, стойки для печатных плат и элементы крепления катушек изготовлены из такого же материала и приклеены к корпусам растворителем марки Р-647 (можно использовать и Р-650). Расположение деталей в корпусе передатчика показано на рис. 5, аналогично скомпонованы и детали приемника.

Рис.5

Все металлические элементы конструкции, расположенные внутри катушек приемника и передатчика (батарея питания, плата с деталями, выключатель питания), влияют на их магнитное поле. Для исключения возможного изменения их положения в процессе эксплуатации все они должны быть надежно закреплены. Особенно это касается батареи "Крона" как сменного элемента конструкции.

Налаживание . Для проверки работы передатчика вместо катушки L1 подключают телефоны и убеждаются в том, что при включении питания в телефонах слышен звук. Затем, подключив на место катушку, контролируют ток, потребляемый передатчиком, он i должен быть в пределах 5...7 мА.

Приемник настраивают при замкнутом накоротко входе. Подбором резистора R1 в первом каскаде и R3 во втором устанавливают на коллекторах соответственно транзисторов VT1 и VT2 напряжение, равное примерно половине напряжения питания. Затем подбором резистора R5 добиваются того, чтобы ток коллектора транзистора VT3 стал равным 5...7 мА. После этого, разомкнув вход, подключают к нему катушку приемника L1 и, принимая сигнал передатчика на расстоянии примерно 1 м, убеждаются в работоспособности системы в целом.

До сборки узлов в единую конструкцию есть смысл провести несколько экспериментов. Установив передатчик и приемник на столе вертикально на расстоянии 1 м (с таким расчетом, чтобы оси катушек как бы продолжали одна другую) и контролируя уровень сигнала в телефонах, медленно поворачивайте приемник вокруг вертикальной оси в положение, в котором плоскости катушек перпендикулярны одна другой. При этом сигнал сначала будет медленно убывать, затем исчезнет полностью и при дальнейшем повороте начнет нарастать. Эксперимент проведите несколько раз, чтобы при сборке и налаживании металлоискателя легко определять минимум сигнала в приемнике.

Рис.6

Затем на столе, не содержащем металлических элементов конструкции, поставьте передатчик вертикально, а на расстоянии 10 см от него положите приемник горизонтально на подставку (одну или несколько книг) с таким расчетом, чтобы плоскость катушки приемника расположилась перпендикулярно плоскости катушки передатчика и по высоте находилась чуть ниже ее центра. Контролируя уровень сигнала в телефонах, приподнимите сторону приемника, обращенную к передатчику, и добейтесь пропадания сигнала. Подбором прокладок между приемником и подставкой найдите его положение, при котором малейшее перемещение прокладки, изготовленной из бумажной открытки, позволяет устанавливать минимум сигнала в приемнике, что соответствует максимальной чувствительности металлоискателя.

Внося в зону действия макета металлоискателя поочередно закаточные крышки из жести и алюминия, убедитесь, что зона максимальной чувствительности металлоискателя находится под и над катушкой приемника (магнитные поля катушек приемника и передатчика симметричны). Обратите внимание на то, что на одинаковые по размерам крышки из разных металлов металлоискатель реагирует по-разному.

Если при минимальной связи катушек сигнал немного прослушивается и при внесении крышки с одной стороны сначала уменьшается до полного исчезновения, а затем начинает нарастать, а при внесении ее с другой стороны нарастает без провала, то это свидетельствует либо о неточной установке минимума, либо об искажениях магнитного поля катушки приемника или передатчика. В то же время этот факт говорит о том, что внесением дополнительного металлического предмета можно подстроить систему до полного исчезновения сигнала на минимуме, т. е. добиться максимальной чувствительности устройства. Если при внесении закаточной крышки сигнал исчезает полностью с расстояния 15...20 см, то внесением в поле металлоискателя предмета меньшего размера тот же эффект можно получить при размещении его на корпусе приемника или передатчика. В авторском варианте таким предметом оказалась монета диаметром 25 мм из желтого металла (аналогичный эффект получится и при внесении близкой по размерам алюминиевой пластинки). Мест, в которых монета выполняла возложенную на нее задачу, оказалось три: снизу под передатчиком, под приемником в районе батареи питания и на ручке между приемником и передатчиком.

Сборка . Конструкция авторского варианта устройства в упрощенном виде показана на рис. 6, а внешний вид - на рис. 7. Несущая рейка 2 (см. рис. 6) и ручка 3 изготовлены из древесины. Верхняя часть ручки для удобства пользования оклеена пластмассой, а нижняя вставлена в предварительно сделанное отверстие в рейке и закреплена клеем. После сборки деревянная часть ручки 3 и несущая рейка 2 покрыты лаком для защиты от влаги. В верхней части ручки установлено телефонное гнездо 4, которое соединено с приемником проводами, свитыми в пару.

При сборке передатчик 1 жестко закрепляют на несущей рейке 2 с таким расчетом, чтобы приемник 7, расположенный на ее другом конце, находился немного ниже линии, соответствующей минимуму принимаемого сигнала. Затем подбирают толщину прокладки 5 (из любого изоляционного материала), пока перемещением регулировочной пластины 6 не будет легко устанавливаться минимум принимаемого сигнала. После этого приемник 7 закрепляют на несущей рейке 2 двумя шурупами. Шуруп у края несущей рейки 2 ввинчивают до упора, а второй (примерно в середине нижней стенки корпуса) не довинчивают на 1...2 мм. Это исключает перемещение приемника в горизонтальной плоскости и в то же время позволяет подсовывать под его корпус регулировочную пластину 6, приподнимая край приемника. Перемещая его таким образом в вертикальной плоскости, добиваются минимума принимаемого сигнала. После окончательной сборки уточняют место положения компенсирующего предмета и приклеивают его.

Принцип работы металлоискателя

Принцип работы металлоискателя

Как известно, металлоискатель способен обнаруживать присутствие металлических предметов, абсолютно не контактируя с ними. Информирование оператора о наличии металла происходит с помощью специальных сигналов: звука, перемещения стрелки, изменения в показателях индикатора и т.д.

В зависимости от принципа работы можно выделить такие виды металлоискателей:

1. Металлоискатель с электронным частотомером

Принцип работы такого металлоискателя основывается на оценке электронным частотомером частоты измерительного генератора, когда сам датчик еще находится вдали от мишени. Полученное значение «запоминается» регистром. После чего, в процессе поиска интересующих объектов, электронный частотомер занимается беспрерывным измерением частоты принимающего генератора. Из полученных данных вычитается показатель эталонной частоты, а результат выводится на экран индикации.

Схема метал детектора с электронным частотометром

2. Металлоискатель на биениях

Принцип работы металлоискателя на биениях основывается на совокупности разности частот, исходящих от двух генераторов. Один из этих генераторов имеет стабильную частоту, а в систему второго входит датчик, представляющий собой катушку индуктивности. Если металлические предметы не располагаются вблизи металлоискателя, значения частот генераторов в приборе практически совпадают. Наличие же металла возле датчика приводит к резкому изменению частоты генератора.

Схема метал детектора на биениях

Регистрация разности частот может происходить самыми различными путями. Простейшим способом является прослушивание сигнала с помощью головных телефонов или громкоговорителя. Также часто используются цифровые способы измерения колебания частот.

3. Металлоискатели с принципом работы «передача-прием»

Принцип работы такого металлоискателя заключается в регистрации сигнала, который отразился от металлического предмета. Возникновение отраженного сигнала является результатом воздействия магнитного поля с переменным потоком катушки прибора на мишень (предмет из металла). При этом, в структуру прибора входит, как минимум, две катушки, одна из которых «отвечает» за передачу сигнала, а другая – за его прием.

Работа металлоискателя «передача-прием» основывается на определенном взаимо расположении катушек, исключающем воздействие одной на другую. Таким образом, если посторонние металлические предметы отсутствуют, излучающая катушка наводит нулевой сигнал на систему приемной. Появление же металлических предметов вблизи катушек приводит к возникновению специального сигнала.

4. Одно катушечный индукционный металлоискатель

Конструкция датчика данного прибора включает в себя только одну катушку, следящую за частотными изменениями. Если вблизи с металлоискателем появляется мишень, возникает отраженный сигнал. В катушке его «наводит» дополнительный электрический сигнал. Оператору потребуется только выделить этот сигнал. Зарегистрировать отраженный сигнал можно методом вычисления из присутствующего в катушке электрического показателя сигнал аналогичной фазы, частоты, амплитуды, что наблюдался в условиях отсутствия металла поблизости.

В целом, одно катушечный индукционный металлоискатель сочетает в себе характеристики приборов, работающих на биении с аппаратами принципа «передачи-приема». Таким образом, одно катушечный металлоискатель отличается высокой чувствительность и простотой конструкции.

5. Импульсный металлоискатель

Импульсный металлоискатель характеризуется высокой чувствительностью и может использоваться для поиска различных предметов даже на большой глубине. В основу работы такого металлоискателя положен временной метод разделения сигналов излучения и отражения. Такой метод очень часто применяется в эхо- и радиолокации импульсного типа.

Генератором импульсов формируется импульсы тока кратковременного диапазона, которые впоследствии поступают в излучающую катушку. Здесь уже происходит их преобразование в импульсы магнитной индукции. Поскольку генератор импульсов, т.е. излучающая катушка, имеет индуктивный характер, на импульсных фронтах возникают «перегрузки» в форме перепадов в напряжении. Данные всплески могут достигать амплитудных показателей в десятки, а то и сотен вольт. Однако, все же, лучше не использовать защитные ограничители, т.к. может произойти затягивание фронта импульсного тока и магнитной индукции. В результате, усложнится процесс отделения сигнала отражающего типа.

Схема импульсного метал детектора

Следует отметить, что излучающая и приемная катушка могут располагаться в абсолютно произвольном порядке. Это обусловлено тем, что проникновение излучаемого сигнала и влияние на катушку отраженного разнесены по определенным временным промежуткам. Кроме этого, одна и та же катушка может выполнять любую из ролей: как принимать сигнал, так и отражать его.

6. Магнитометры

Магнитометры – приборы, предназначением которых является изменением показателей магнитного поля. При этом, магнитометры могут использоваться и в качестве металлоискателей. Это возможно благодаря тому, что магнитное поле Земли может искажаться различными материалами с ферромагнитными свойствами, например, железом. Обнаружение таких объектов происходит путем регистрации отклонений от исходного для определенной местности модуля магнитного поля. В результате, можно наблюдать некоторую магнитную неоднородность (аномалии), которые как раз и могут быть вызваны предметами из металла.

В отличие от рассмотренных выше металлоискателей, магнитометры охватывают больший диапазон обнаружения железных предметов. Наверное, многим приходилось слышать о нахождении с помощью магнитометра, например, автомобиля, расположенного на расстоянии 10 метров от оператора. В тоже время, главным недостатком магнитометров является их неспособность обнаруживать предметы, изготовленные из цветных металлов. К тому же, магнитометр может реагировать не только на железо, но и на так званые естественные магнитные аномалии. Это могут быть, к примеру, залежи минералов или отдельные минералы и т.д.

Схема магнитометра

7. Радиолокаторы

Принцип работы любого радиолокатора основывается на методе изучения электромагнитной энергии, ее отражения и прием от различных объектов, находящихся в воздухе, на море или земле. Отраженный сигнал принимается для дальнейшей обработки и анализа. В результате, можно безошибочно определить местонахождение интересующего объекта, его скорость и траекторию движения.

Радиолокаторы обладают целым рядом неоспоримых преимуществ. Так, они позволяют работать с достаточно большими расстояниями. Сигнал, который был отражен можно считать таковым, что полностью подчиняется законам геометрической оптики, а его ослабления пропорционально лишь второй степени расстояния. В тоже время, серьезным недостатком радиолокатора является то, что излучая электромагнитные волны, он позволяет обнаружить свое местонахождение. Однако сейчас интенсивно ведется поиск методов, помогающих скрыть сигнатуры радиолокаторов и вполне возможно, что в скором времени удастся избавить от указанного недостатка.