Принцип действия всех этих приборов основан на сравнении значений частоты колебаний двух генераторов:
♦ опорного;
♦ поискового, изменяющего частоту при воздействии на его колебательный контур металлического предмета.
Известны и другие методы:
♦ мостовой, когда регистрируется разбаланс измерительного моста, в одно из плеч которого включена поисковая катушка;
♦ метод сдвига фаз, когда измеряется фазовый сдвиг колебаний опорного и поискового генераторов;
♦ метод передатчика-приемника, где регистрируется переизлучаемая предметом радиочастотная энергия.
Они более эффективны, чем метод сравнения значений частоты (метод биений). Но он более прост в реализации. Построенные с его использованием металлоискатели имеют такие преимущества:
♦ они компактны;
♦ не требуют тщательной настройки и мер по высокой стабилизации частоты;
♦ Неприхотливы в эксплуатации.
Поэтому они получили широкое распространение у домашних умельцев и радиолюбителей.
Принципиальная схема простейшего металлоискателя
Прибором можно обнаружить пятикопеечную монету на глубине до 80 мм, а крышку канализационного колодца — на глубине до 0,8 м.
Принципиальная схема простейшего металлоискателя изображена на рис. 2.6, а. Он собран всего на одной микросхеме К176ЛП2. Один из ее элементов (DD1.1) использован в образцовом генераторе, другой (DD1.3) — в перестраиваемом.
Колебательный контур опорного генератора состоит из катушки L1 и конденсаторов С1 и С2, а поискового — из поисковой катушки L2 и конденсатора С4.
Первый контур перестраивают по частоте переменным конденсатором С1, а второй — подборкой конденсатора С4.
На элементе DD1.3 выполнен смеситель колебаний образцовой и переменной частот.
С нагрузки этого узла — переменного резистора R5 — сигнал разностной частоты поступает на вход элемента DD1.4, а усиленное им напряжение звуковой частоты — на головные телефоны BF1.
Принципиальная схема металлоискателя повышенной чувствительности
Рассмотрим металлоискатель повышенной чувствительности, схема которого представлена на рис. 2.7, а. В ней в качестве смесителя и усилителя колебаний разностной частоты применена микросхема К118УН1Д (DA1).
Рис. 2.7. Металлоискатель повышенной чувствительности на микросхемах со схемой сравнения: а — принципиальная схема: б — печатная плата
Опорный и поисковый генераторы этого прибора идентичны по схеме. Каждый из них выполнен на двух инверторах (DD1.1, DD1.2 и DD2.1, DD2.2, соответственно). Элементы DD1.3 и DD2.3 работают как буферные, ослабляя влияние смесителя на генераторы.
Опорный генератор нужно настроить на заданную частоту переменным конденсатором С1, а поисковый — подборкой конденсатора С2.
Модернизированная схема металлоискателя на биениях
Примечание.
Повысить чувствительность металлоискателя, в котором использован метод биений, можно, настроив опорный генератор на частоту в 5—10 раз большую, чем частота поискового генератора.
В этом случае возникают биения между колебаниями опорного генератора и ближайшей по частоте (5—10-й) гармоникой поискового генератора. При этом расстройка всего на 10 Гц при водит к увеличению частоты разностных колебаний на 100 Гц.
Именно таким способом достигнута повышенная чувствительность металлоискателя, схема которого изображена на рис. 2.8, а.
Примечание.
Пятикопеечную монету с помощью такого металлоискателя можно обнаружить на глубине до 100 мм, а крышку колодца — на глубине до 1 м.
Работа схемы модернизированного металлоискателя
Опорный генератор металлоискателя выполнен на двух элементах микросхемы DD2 и настроен на частоту 1 МГц, Требуемую стабильность частоты обеспечивает кварцевый резонатор ZQ1.
В поисковом генераторе использованы два элемента микросхемы DD1. Его колебательный контур L1C2C3VD1 настроен на частоту в несколько раз меньшую, чем опорный генератор.
Для перестройки контура применен варикап VD1, напряжение на котором регулируют переменным резистором R2. Смеситель выполнен на элементе DD1.4, в качестве буферов использованы элементы DD1.3 и DD2.3.
Индикатором поиска служат головные телефоны BF1.
Монтаж и печатная плата
Каждый из рассмотренных металлоискателей может быть смонтирован на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Чертеж платы и расположение деталей показаны на рис. 2.6, б, 2.7, б, 2.8, б соответственно.
Платы рассчитаны на установку постоянных резисторов МJIT-ОД25 (МЛТ-025, ВС-0Д25), конденсаторов КТ-1, КМ-4 или К10-7В, К50-6.
Для перестройки генераторов по частоте применены переменные конденсаторы с твердым диэлектриком от малогабаритных транзисторных приемников:
♦ «Мир» в первом устройстве;
♦ «Планета» во втором устройстве.
Возможно использование и любых других подходящих по габаритам и значениям минимальной и максимальной емкости конденсаторов, в том числе и подстроечных КПК-3 емкостью 25—150 пФ.
Переменные резисторы R5 и R2 — малогабаритные.
Катушки L1 для металлоискателей, собранных по схемам на рис. 2.6, а и 2.1, я, намотаны на ферритовых (600НН) кольцевых магнитопроводах типоразмера К8 х 6 х 2.
В первом металлоискателе катушка содержит 180 витков провода ПЭЛШО 0,14, во втором — 50 витков ПЭЛШО 0,2.
Намотка в обоих случаях — равномерная по всему периметру магнитопровода.
В первом металлоискателе катушка приклеена клеем БФ-2 непосредственно к печатной плате, а во втором (из-за недостатка места) — к небольшому уголку, согнутому из листового полистирола толщиной 1,5 мм и приклеенному этим же клеем к плате.
Поисковая катушка каждого из рассмотренных металлоискателей, намотана в кольце, согнутом из винилпластовой трубки с внешним диаметром 15 мм и внутренним 10 мм.
Наружный диаметр кольца таков:
♦ для первой схемы — 250 мм (100 витков);
♦ для второй и третьей — 200 мм (50 витков).
Применен провод — ПЭЛШО 0,27.
Каждое кольцо необходимо обернуть лентой из алюминиевой фольги для электростатического экранирования для устранения влияния емкости между катушкой и землей. Для защиты от повреждений фольгу желательно обмотать одним-двумя слоями изоляционной ленты.
Рис. 2.9. Вид готовой поисковой катушки