ВходСтационарный металлоискатель импульс vlc 1.1 противопоказания. Микропроцессорный импульсный металлоискатель NM8042
Импульсные металлоискатели получили свое название от принципа своей работы: сначала он излучает импульс сигнала, потом молчит и принимает на ту же катушку сигнал от металлической цели, потом опять излучает импульс и т.д.
Еще импульсные металлоискатели называют аналоговыми. Это связано с тем, что они ничего не обрабатывают, у них нет никаких встроенных программ для обработки сигнала, а сразу посылают сигнал от цели на динамик оператору.
Они не имеют процессора в отличии от многих современных металлоискателей с экраном, выдающих на дисплей число VDI.
Но не всякий аналоговый металлоискатель является импульсным. Прибор может работать и на других технологиях и быть аналоговым. Ниже представлен дисплей типичного представителя аналоговых металлоискателей - Golden Mask 4WD PRO .
Достоинства и недостатки импульсных (аналоговых) металлоискателей.
Достоинства:
- быстрый отклик от цели
- высокая глубина поиска
- эффективная работа на тяжелых грунтах
- хорошая работа на высоко минерализованных почвах
- хорошая работа на соленых почвах
- им сложно работать в условиях сильной замусоренности металлическими предметами
- сильно подвержены влиянию электромагнитных помех
Так цифровые металлоискатели увеличивают глубину поиска, могут работать на тяжелых грунтах.
А аналоговые миноискатели становятся в состоянии работать в условиях большого количества металлического мусора.
Тем не менее, по большому счету наши утверждения о достоинствах и недостатках аналоговых металлоискателей остаются верны.
Справедливо мнение, что импульсные металлоискатели хороши на месте старых поселений, в сельской местности, на пляжах, но не в городских условиях.
Принцип работы импульсного металлоискателя
Импульсный металлоискатель имеет катушку с одной намоткой проволоки. Эта намотка и принимает и излучает сигнал.Сначала металлоискатель излучает сигнал, потом молчит и принимает наведенный сигнал от цели. (Как Вы, наверно, знаете электромагнитный импульс наводит электромагнитный сигнал в металлическом предмете, а при движении электромагнитного поля в проводнике возникает электрический ток и обратный импульс).
Такие металлоискатели называют еще - PI -детекторами.
Классический пример такого прибора - это импульсный глубинный металлоискатель Deep Hunter PRO-3 фирмы Golden Mask.
Но вернемся к теме статьие - "Импульсные металлоискатели - принцип работы".
Сигнал полученный от цели имеет изменение скорости затухания по сравнению с исходным сигналом. На этом основании и делается вывод, что под катушкой находится цель.
На схеме внизу показана эта картина в точке - 10 (в ней находится цель). Видно изменение скорости затухания.
Получаемый сигнал от цели увеличивается по мере приближения к ней катушки. Соответственно, если цель лежит глубоко, то будет слышен слабый сигнал.
(У приборов цифровых сила сигнала должна превысить определенный порог, после чего процессор даст команду на звуковой сигнал о цели).
Аналоговые металлоискатели могут иметь только линейную дискриминацию, т.е. Вы можете последовательно закрыть или открыть сегменты целей. (В профессиональных цифровых - это можно делать в произвольном порядке. За это отвечает процессор)
Соответственно та же проблема и с аудио настройками. В импульсных приборах Вы можете менять высоту звука. Но звуков будет не больше 2-х: черный, цветной. Тональность их будет различна (Вы сами это подстраиваете), но о полифонии не может быть и речи. А в процессорных это бывает часто, и этим занимается процессор.
Аналоговые приборы не имеют дисплея, а только имеют ручки и тумблеры регулировок. (нет процессора, который будет обрабатывать что-то и передавать на дисплей)
Импульсники могут одночастотными или многочастотными, но в любом случае надо будет щелкать тумблер для перехода на новую частоту.
Чем ниже частота в этих приборах, тем глубже они видят цель. Для слабо проводящих целей требуется высокая частота. (Собственно в цифровых приборах та же зависимость).
Обычно импульсные металлоискатели работают на частотах ниже 30кГц.
Всем привет! Давно я тут не писал. Много было дел… За окном уже весна, второй день температура держится на уровне 9-10 градусов. Снег неспешно сходит. Открытие сезона уже не за горами. Так вот, одним из дел, которое помогло бы скоротать время и приблизить сезон, была сборка металлоискателя с нуля своими руками. Результат меня порадовал:)
Кому не терпится, видео с работой данного чуда:
Все началось с того, что я наконец обзавелся фольгированным текстолитом, не заплатив за это ни копейки)). Первым делом для испытания этого текстолита) была сборка металлоискателя.
Для сборки была выбрана схема импульсного металлоискателя «Пират», ибо прибор на биениях делать было не охота). Итак, схема загружена, установлена программа Sprint Layot, распечатана на фотобумаге печатная плата. Приступаю к сборке.
Плату делал методом лазерного утюга (сокращенно ЛУТ). Подробно расписывать не буду, на это дело есть гугл:). Все, вырезан текстолит, дорожки перенесены на плату.
Далее развожу раствор для травления. И тут мне снова помог электролит из аккумулятора! Раствор включил в себя поваренную соль, перекись водорода и электролит (вечером этого же дня банку с раствором опрокинул котенок).
Ну вот, плата протравлена, отверстия просверлены. Теперь ее надо залудить. Лужение производилось паяльником.
Настал самый длительный этап сборки. А именно сбор, поиск и впайка деталей. Обе микросхемы и два транзистора были найдены без затруднений. Конденсаторы и резисторы вытащены со старых плат. Но не нашлось у меня нескольких резисторов. За ними пришлось идти в телемастеркую. Там мне их дали БЕСПЛАТНО.
Плата собрана, экспериментальная катушка намотана. Настал момент включения. Первое включение производилось от двенадцативольтового блока питания. Скрутил провода, подключил катушку, перепроверил полярность, включаю…не работает…молчит(. Греется транзистор. Перепаял. Включаю снова…тишина. Последующие проверки выявили неисправность микросхемы К157УД2. На следующий день была найдена новая и пуск повторился. И тут собранная схема показала признаки жизни. Оно работает!!! Радости было море:)
На следующий день схема была налажена и получила культурный корпус. Выведены разъемы. Теперь нужна была нормальная катушка. Ее я вырезал из куска фанеры. Потом же подобрал количество витков, залил обмотку термоклеем и замотал синей изолентой.
Теперь требовался материал для штанги, чему и был посвящен следующий день. Купил 4 метра водопроводной ПВХ трубы и 0,5 метра канализационной трубы. Из них были вырезаны соответствующие детали для сбора штанги. Трубы спаивались с помощью термоклея и фена. 
Штанга собрана, катушка готова, корпус прибора приобрел надлежащий вид. Осталось все совместить. Блок прикреплен к штанге с помощью фитингов. А вот для крепления катушки в магазине не нашлось пластикового болтика. Катушка пока что временно держится на стяжке.
Осталось только купить аккумулятор с ЗУ. Работает и с аккумулятором от шуруповерта:).
В условиях дома прибор начинает реагировать на пятак с 20 см, что думаю неплохо. Также скажу, что он не имеет дискриминации, поэтому нельзя отсечь столь ненавистный всем копателям металломусор.
От процесса сборки и от полученных результатов я получил полное удовлетворение и, как я думаю, немного повысил навыки радиолюбительства, применив в своей практике новые методы.
Итак, мои вложения (кроме покупки аккумулятора) ушло 230 рублей. С аккумулятором, думаю, будет около 1000 рублей. Данный прибор можно легко окупить и даже заработать, занимаясь с его помощью поиском металлолома. Поиск монет тоже возможен, но в виду отсутствия дискриминации, он будет затруднителен.
Скажу насчет фотографий. Их я делал для себя, поэтому их качество немного жидковато:)
Также советую вам подписаться на канал «Старая Вятка» , где вас ждет много видео о копе, металлоискателях, навигации, картографии и уходу за монетами:
Можно купить примерно за 100-300 долларов. Цена на металлодетекторы сильно взаимосвязана с их глубиной обнаружения, далек не каждый металлоискатель может "видеть" монеты на глубине в 15 см. Помимо этого на стоимости металлодететкора еще сильно сказывается наличие распознавателя типа металлов ну и типа интерфейса, модные металлоискатели порой оснащают дисплеем для удобной работы.
В этой статье будет рассмотрен пример сборки своими руками мощного металлоискателя под названием Pirat. Прибор способен улавливать под землей монеты на глубине в 20 см. Что же касается крупных предметов, то здесь вполне реальна работа на глубине и во все 150 см.
Видео работы с металлоискателем:
Такое название этот металлоискатель получил из-за того, что он является импульсным, это обозначение двух первых его букв (PI-импульс). Ну а RA-T созвучно со словом radioskot - это название сайта разработчиков, где была и выложена самоделка . По словам автора, собирается Пират очень просто и быстро, для этого хватит даже начальных навыков в работе с электроникой.
Недостатком такого устройства является то, что оно не имеет дискриминатора, то есть не умеет распознавать цветные металлы. Так что поработать с ним на загрязненных различного рода металлами участках не получится.
Материалы и инструменты для сборки:
- микросхема КР1006ВИ1 (или ее зарубежный аналог NE555) - на ней строится передающий узел;
- транзистор IRF740;
- микросхема К157УД2 и транзистор ВС547 (на них собирается приемный узел);
- провод ПЭВ 0.5 (для наматывания катушки);
- транзисторы типа NPN;
- материалы для создания корпуса и так далее;
- изолента;
- паяльник, провода, прочий инструмент.
Остальные радиокомпоненты можно увидеть на схеме.
Еще нужно найти подходящую пластиковую коробочку для монтажа электронной схемы. Еще будет нужна пластиковая труба для создания штанги, на которую крепится катушка.
Процесс сборки металлоискателя:
Шаг первый. Создаем печатную плату
Самой сложной частью устройства является, конечно же, электроника, поэтому с нее и целесообразно начать. В первую очередь нужно сделать печатную плату. Всего есть несколько вариантов плат, в зависимости от используемых радиоэлементов. Есть плата для NE555, а есть плата на транзисторах. Все необходимые файлы для создания платы есть к статье. Также в интернете можно найти и другие варианты плат.
Шаг второй. Устанавливаем электронные элементы на плату
Теперь плату нужно спаять, все электронные элементы устанавливаются в точности, как на схеме. На картинке слева можно увидеть конденсаторы. Эти конденсаторы являются пленочными и имеют высокую термостабильность. Благодаря этому металлоискатель будет работать более стабильно. Особенно это актуально, если пользоваться металлоискателем осенью, когда на улице временами уже достаточно холодно.
Шаг третий. Источник питания для металлоискателя
Для питания устройства нужен источник от 9 до 12 В. Важно отметить, что прибор в плане потребления энергии довольно прожорлив, и это логично, ведь он и мощный. Одной батарейки крона тут надолго не хватит, рекомендуется применять сразу 2-3 батареи, которые соединяют параллельно. Еще можно использовать один мощный аккумулятор (лучше всего заряжаемый).
Шаг четвертый. Собираем катушку для металлоискателя
В связи с тем, что это импульсный металлоискатель, здесь точность сборки катушки не так важна. Оптимальным диаметром является оправка 1900-200 мм, всего нужно намотать 25 витков. После того, как катушка будет намотана, ее нужно хорошенько обмотать сверху изолентой для изоляции. Чтобы увеличить глубину обнаружения катушки, нужно намотать ее на оправку диаметром порядка 260-270 мм, а количество витков снизить до 21-22. Провод при этом используется диаметром 0.5 мм.
После того, как катушка будет намотана, ее нужно установить на жестком корпусе, на нем не должно быть металла. Здесь нужно немного подумать и поискать любой подходящий по размерам корпус. Он нужен для того, чтобы защитить катушку от ударов во время работы с устройством.
Выводы от катушки припаиваются к многожильному проводу, диаметром около 0.5-0.75 мм. Лучше всего, если это будут два, свитые между собой провода.
Шаг пятый. Настраиваем металлоискатель
При сборке точно по схеме настраивать металлоискатель не требуется, он и так имеет максимальную чувствительность. Для более тонкой настройки металлоискателя нужно покрутить переменный резистор R13, нужно добиться редких щелчков в динамике. Если достичь этого получается только в крайних положения резистора, то необходимо сменить номинал резистора R12. Переменный резистор должен настраивать устройство на нормальную работу в средних положениях.
1.1. Принципы работы
Металлоискатель по принципу "передача-прием"
Термины "передача-прием" и "отраженный сигнал" в различных поисковых приборах обычно ассоциируются с методами типа импульсной эхо- и радиолокации, что является источником заблуждений, когда речь заходит о ме-таллоискателях. В отличие от различного рода локаторов, в металлоискателях рассматриваемого типа как передаваемый (излучаемый), так и принимаемый (отраженный) сигналы являются непрерывными, они существуют одновременно и совпадают по частоте.
Принцип действия металлоискателей типа "передача-прием" заключается в регистрации сигнала, отраженного (или, как говорят, переизлученного) металлическим предметом (мишенью), см. , стр. 225-228. Отраженный сигнал возникает вследствие воздействия на мишень переменного магнитного поля передающей (излучающей) катушки ме-таллоискателя. Таким образом, прибор данного типа подразумевает наличие как минимум двух катушек, одна из которых является передающей, а другая, приемной.
Основная принципиальная проблема, которая решается в металлоискателях данного типа, заключается в таком выборе взаимного расположения катушек, при котором магнитное поле излучающей катушки в отсутствие посторонних металлических предметов наводит нулевой сигнал в приемной катушке (или в системе приемных катушек). Таким образом, необходимо предотвратить непосредственное воздействие излучающей катушки на приемную. Появление же вблизи катушек металлической мишени приведет к появлению сигнала в виде переменной электродвижущей силы (э.д.с.) в приемной катушке.
Поначалу может показаться, что в природе существуют всего два варианта взаимного расположения катушек, при котором не происходит непосредственной передачи сигнала из одной катушки в другую (см. рис. 1, а и б) - катушки с перпендикулярными и со скрещивающимися осями.
Рис. 1. Варианты взаимного расположения катушек датчика металлоискателя по принципу "передача-прием"
Более тщательное изучение проблемы показывает, что подобных различных систем датчиков металлоискате-лей может быть сколь угодно много. Но это - более сложные системы с количеством катушек больше двух, соответствующим образом включенных электрически. Например, на рис. 1, в изображена система из одной излучающей (в центре) и двух приемных катушек, включенных встречно по сигналу, наводимому излучающей катушкой. Таким образом, сигнал на выходе системы приемных катушек в идеале равен нулю, так как наводимые в катушках э.д.с. взаимно компенсируются.
Особый интерес представляют системы датчиков с компланарными катушками (т.е. расположенными в одной плоскости). Это объясняется тем, что с помощью металлоискателей обычно проводят поиск предметов, находящихся в земле, а приблизить датчик на минимальное расстояние к поверхности земли возможно только в том случае, если его катушки компланарны. Кроме того, такие датчики обычно компактны и хорошо вписываются в защитные корпуса типа "блина" или "летающей тарелки".
Основные варианты взаимного расположения компланарных катушек приведены на рис. 2, а и б. В схеме на рис. 2, а взаимное расположение катушек выбрано таким, чтобы суммарный поток вектора магнитной индукции через поверхность, ограниченную приемной катушкой, равнялся нулю. В схеме рис. 2, б одна из катушек (приемная) скручена в виде "восьмерки", так что суммарная э.д.с, наводимая на половинки витков приемной катушки, расположенные в одном крыле "восьмерки", компенсирует аналогичную суммарную э.д.с, наводимую в другом крыле "восьмерки". Возможны и другие разнообразные конструкции датчиков с компланарными катушками, например рис. 2, е.
Рис. 2. Компланарные варианты взаимного расположения катушек металлоискателя по принципу "передача-прием"
Приемная катушка расположена внутри излучающей. Наводимая в приемной катушке э.д.с. компенсируется специальным трансформаторным устройством, отбирающим часть сигнала излучающей катушки.
Металлоискатель на биениях
Название "металлоискатель на биениях" является отголоском терминологии, принятой в радиотехнике еще со времен первых супергетеродинных приемников. Биениями называется явление, наиболее заметно проявляющееся при сложении двух периодических сигналов с близкими частотами и приблизительно одинаковыми амплитудами и заключающееся в пульсации амплитуды суммарного сигнала. Частота пульсации равна разности частот двух складываемых сигналов. Пропустив такой пульсирующий сигнал через выпрямитель (детектор), можно выделить сигнал разностной частоты. Такая схемотехника долгое время была традиционной, однако в настоящее время она уже не используется ни в радиотехнике, ни в металлоискателях. И там, и там - на смену амплитудным детекторам пришли синхронные детекторы, но термин "на биениях" остался до сих пор.
Принцип действия металлоискателя на биениях очень прост и заключается в регистрации разности частот от двух генераторов, один из которых является стабильным по частоте, а другой содержит датчик - катушку индуктивности в своей частотозадающей цепи. Прибор настраивается таким образом, чтобы в отсутствие металла вблизи датчика частоты двух генераторов совпадали или были очень близки по значению. Наличие металла вблизи датчика приводит к изменению его параметров и, как следствие, к изменению частоты соответствующего генератора. Это изменение, как правило, очень мало, однако изменение разности частот двух генераторов уже существенно и может быть легко зарегистрировано.
Разность частот может регистрироваться самыми различными путями, начиная от простейшего, когда сигнал разностной частоты прослушивается на головные телефоны или через громкоговоритель, и кончая цифровыми способами измерения частоты. Чувствительность металлоискателя на биениях зависит, кроме всего прочего, от параметров преобразования изменения полного сопротивления датчика в частоту.
Обычно преобразование заключается в получении разностной частоты стабильного генератора и генератора с катушкой датчика в частотозадающей цепи. Поэтому, чем выше будут частоты этих генераторов, тем больше будет разность частот в отклик на появление металлической мишени вблизи датчика Регистрация небольших отклонений частоты представляет определенную сложность. Так, на слух можно уверенно зарегистрировать уход частоты тонального сигнала не менее 10 Гц. Визуально, по миганию светодио-да, можно зарегистрировать уход частоты не менее 1 Гц. Другими способами можно добиться регистрации и меньшей разности частот, однако, эта регистрация потребует значительного времени, что неприемлемо для металлоис-кателей, которые всегда работают в реальном масштабе времени.
Селективность по металлам на таких частотах, весьма далеких от оптимальной, проявляется очень слабо. Кроме того, по сдвигу частоты генератора определить фазу отраженного сигнала практически невозможно. Поэтому селективность у металлоискателя на биениях отсутствует.
Металлоискатель по принципу электронного частотомера
Положительной для практики стороной является простота конструкции датчика и электронной части металлоис-кателей на биениях и по принципу частотомера. Такой прибор может быть очень компактным. Им удобно пользоваться, когда что-либо уже обнаружено более чувствительным прибором. Если обнаруженный предмет небольшой и находится достаточно глубоко в земле, то он может "затеряться", переместиться в ходе раскопок. Чтобы по многу раз не "просматривать" громоздким чувствительным металлоискателем место раскопок, желательно на завершающей стадии контролировать их ход компактным прибором малого радиуса действия, которым можно более точно узнать местонахождение предмета.
Однокатушечный металлоискатель индукционного типа
Слово "индукционный" в названии металлоискателей данного типа полностью раскрывает принцип их работы, если вспомнить смысл слова "inductio" (лат.) - наведение. Прибор данного типа имеет в составе датчика одну катушку любой удобной формы, возбуждаемую переменным сигналом. Появление вблизи датчика металлического предмета вызывает появление отраженного (переизлученного сигнала), который "наводит" в катушке дополнительный сигнал -электрический. Остается этот дополнительный сигнал только выделить.
Металлоискатель индукционного типа получил право на жизнь, главным образом, из-за основного недостатка приборов по принципу "передача-прием" - сложности конструкции датчиков. Эта сложность приводит либо к высокой стоимости и трудоемкости изготовления датчика, либо к его недостаточной механической жесткости, что обусловливает появление ложных сигналов при движении и снижает чувствительность прибора.
Рис. 3. Структурная схема входного узла индукционного металлоискателя
Если задаться целью исключить у приборов по принципу "передача-прием" этот недостаток путем устранения самой его причины, то можно прийти к необычному выводу - излучающая и приемная катушки у металлоискателя должны быть объединены в одну! В самом деле, весьма нежелательные перемещения и изгибы одной катушки относительно другой в данном случае отсутствуют, так как катушка только одна и она одновременно и излучающая, и приемная. Налицо также предельная простота датчика. Платой за эти преимущества является необходимость выделения полезного отраженного сигнала на фоне значительно большего сигнала возбуждения излучающей/приемной катушки.
Выделить отраженный сигнал можно, если вычесть из электрического сигнала, присутствующего в катушке датчика, сигнал той же формы, частоты, фазы и амплитуды, что и сигнал в катушке при отсутствии металла вблизи. *Как это можно реализовать одним из способов, показано на рис. 3.
Генератор вырабатывает переменное напряжение синусоидальной формы с постоянной амплитудой и частотой. Преобразователь "напряжение-ток" (ПНТ) преобразует напряжение генератора Ur в ток Iг, который задается в колебательный контур датчика. Колебательный контур состоит из конденсатора С и катушки L датчика. Его резонансная частота равна частоте генератора. Коэффициент преобразования ПНТ выбирается таким, чтобы напряжение колебательного контура ид равнялось напряжению генератора Ur (в отсутствие металла вблизи датчика). Таким образом, на сумматоре происходит вычитание двух сигналов одинаковой амплитуды, а выходной сигнал - результат вычитания -равен нулю. При появлении металла вблизи датчика возникает отраженный сигнал (иными словами, меняются параметры катушки датчика), и это приводит к изменению напряжения колебательного контура 11д. На выходе появляется сигнал, отличный от нуля.
На рис. 3 приведен лишь простейший вариант одной из схем входной части металлоискателей рассматриваемого типа. Вместо ПНТ в данной схеме в принципе возможно использование токозадающего резистора. Могут быть использованы различные мостовые схемы для включения катушки датчика, сумматоры с различными коэффициентами передачи по инвертирующему и неинвертирующему входам, частичное включение колебательного контура и т.д.
В схеме на рис. 3 в качестве датчика используется колебательный контур. Это сделано для простоты, чтобы получить нулевой сдвиг фаз между сигналами Ur и 11д (контур настроен на резонанс). Можно отказаться от колебательного контура с необходимостью точной настройки его на резонанс и использовать в качестве нагрузки ПНТ только катушку датчика. Однако коэффициент передачи ПНТ для этого случая должен быть комплексным, чтобы скорректировать сдвиг фазы на 90°, возникающий из-за индуктивного характера нагрузки ПНТ.
Импульсный металлоискатель
В рассмотренных ранее типах электронных металлоискателей отраженный сигнал отделяется от излучаемого либо геометрически - за счет взаимного расположения приемной и излучающей катушки, либо с помощью специальных схем компенсации. Очевидно, что может существовать и временной способ разделения излучаемого и отраженного сигналов. Такой способ широко используется, например, в импульсной эхо- и радиолокации. При локации механизм задержки отраженного сигнала обусловлен значительным временем распространения сигнала до объекта и обратно.
Применительно к металлоискателям, таким механизмом может быть и явление самоиндукции в проводящем объекте. Как использовать это на практике? После воздействия импульса магнитной индукции в проводящем объекте возникает и некоторое время поддерживается (вследствие явления самоиндукции) затухающий импульс тока, обусловливающий задержанный по времени отраженный сигнал. Он и несет полезную информацию, его и надо регистрировать.
Таким образом, может быть предложена другая схема построения металлоискателя, принципиально отличающаяся от рассмотренных ранее по способу разделения сигналов. Такой металлоискатель получил название импульсного. Он состоит из генератора импульсов тока, приемной и излучающей катушек, которые могут быть совмещены в одну, устройства коммутации и блока обработки сигнала.
Генератор импульсов тока формирует короткие импульсы тока миллисекундного диапазона, поступающие в излучающую катушку, где они преобразуются в импульсы магнитной индукции. Так как излучающая катушка - нагрузка генератора импульсов - имеет ярко выраженный индуктивный характер, на фронтах импульсов у генератора возникают перегрузки в виде всплесков напряжения. Такие всплески могут достигать по амплитуде десятков-сотен (!) вольт, однако использование защитных ограничителей недопустимо, так как оно привело бы к затягиванию фронта импульса тока и магнитной индукции и, в конечном счете, к усложнению отделения отраженного сигнала.
Приемная и излучающая катушки могут располагаться друг относительно друга достаточно произвольно, так как прямое проникновение излучаемого сигнала в приемную катушку и действие на нее отраженного сигнала разнесены по времени. В принципе, одна катушка может выполнять роль как приемной, так и излучающей, однако в этом случае гораздо сложнее будет развязать высоковольтные выходные цепи генератора импульсов тока и чувствительные входные цепи.
Устройство коммутации призвано произвести упомянутое выше разделение излучаемого и отраженного сигналов. Оно блокирует входные цепи прибора на определенное время, которое определяется временем действия импульса тока в излучающей катушке, временем разрядки катушки и временем, в течение которого возможно появление коротких откликов прибора от массивных слабопрово-дящих объектов типа грунта. По истечении же этого времени устройство коммутации должно обеспечить передачу сигнала с приемной катушки на блок обработки сигнала.
Блок обработки сигнала предназначен для преобразования входного электрического сигнала в удобную для восприятия человеком форму. Он может быть сконструирован на основе решений, используемых в металлоискателях других типов. К недостаткам импульсных металлоискателей следует отнести сложность реализации на практике дискриминации объектов по типу металла, сложность аппаратуры генерации и коммутации импульсов тока и напряжения большой амплитуды, высокий уровень радиопомех.
Магнитометры
Магнитометрами называется обширная группа приборов, предназначенных для изменения параметров магнитного поля (например, модуля или составляющих вектора магнитной индукции). Использование магнитометров в качестве металлоискателей основано на явлении локального искажения естественного магнитного поля Земли ферромагнитными материалами, например железом. Обнаружив с помощью магнитометра отклонение от обычного для данной местности модуля или направления вектора магнитной индукции поля Земли, можно с уверенностью говорить о наличии некоторой магнитной неоднородности (аномалии), которая может быть вызвана железным предметом.
По сравнению с рассмотренными ранее металлоискателями, магнитометры имеют гораздо большую дальность обнаружения железных предметов. Очень впечатляет информация о том, что с помощью магнитометра можно зарегистрировать мелкие обувные гвозди от ботинка на расстоянии 1 м, а легковой автомобиль - на расстоянии 10 м! Такая большая дальность обнаружения объясняется следующим. Аналогом излучаемого поля обычных металлоискателей для магнитометров является однородное (в масштабах поиска) магнитное поле Земли. Поэтому отклик прибора на железный предмет обратно пропорционален не шестой, а всего лишь третьей степени расстояния.
Принципиальным недостатком магнитометров является невозможность обнаружения с их помощью предметов из цветных металлов. Кроме того, даже если нас интересует только железо, применение магнитометров для поиска затруднительно - в природе существует большое разнообразие естественных магнитных аномалий самого различного масштаба (отдельные минералы, залежи минералов и т.п.). Однако при поиске затонувших танков и кораблей такие приборы вне конкуренции!
Радиолокаторы
Общеизвестен факт, что с помощью современных радиолокаторов можно обнаружить самолет на расстоянии нескольких сотен километров. Возникает вопрос: неужели современная электроника не позволяет создать компактное устройство, позволяющее обнаруживать интересующее нас предметы хотя бы на расстоянии нескольких метров9 Ответом является ряд публикаций, в которых такие устройства описаны.
Типичным для них является применение достижений современной микроэлектроники СВЧ, компьютерной обработки полученного сигнала. Использование современных высоких технологий практически делает невозможным самостоятельное изготовление этих устройств. Кроме того, большие габаритные размеры пока не позволяют их широко применять в полевых условиях.
К преимуществам радиолокаторов следует отнести принципиально более высокую дальность обнаружения -отраженный сигнал в грубом приближении можно считать подчиняющимся законам геометрической оптики и его ослабление пропорционально не шестой и даже не третьей, а лишь второй степени расстояния.
Принцип работы
На поисковую головку-излучатель (индуктивности 0.2-0.3 мкГн) импульсного детектора металлов подаются импульсы с частотой следования 40 – 200 Гц большой силы тока (до 20 А) и напряжением до 200 В. Если рядом с излучателем нет металлического предмета, то задний фронт импульса остается коротким. В случае близкого расположения трубы, кабеля или чего-нибудь токопроводящего, задний фронт затягивается.
Рис.1. Временная диаграмма импульсного металлодетектора
На основе анализа переходного процесса можно судить о наличии не только металлического предмета, но и о виде металла.
Структурная схема
В основу прибора положена схема, разработанная Ю.Колоколовым, с обработкой параметров импульса при помощи микроконтроллера. Это позволило упростить схемотехнику прибора без снижения технических характеристик.
Технические характеристики металлоискателя:
Напряжение питания: 7,5 – 14 В.
Потребляемый ток: 90 мА.
Глубина обнаружения:
- монета диаметром 25 мм: 0,23м;
- пистолет: 0,40 м;
- каска: 0,60 м.
Рис.2. Структурная схема металлоискателя
"Изюминкой" этой схемы является применение дифференциального усилителя во входном каскаде. Он служит для усиления сигнала, напряжение которого выше напряжения питания. Дальнейшее усиления обеспечивает приемный усилитель. Для измерения полезного сигнала предназначен первый интегратор. Во время прямого интегрирования производится накопление полезного сигнала, а во время обратного интегрирования - преобразование результата в цифровую форму. Второй интегратор имеет большую постоянную интегрирования (240 мс) и служит для балансировки усилительного тракта по постоянному току.
Принципиальная схема
Принципиальная схема импульсного металлоискателя приведена на рис. 3.
Рис.3. Принципиальная схема металлоискателя
Мощный ключ собран на полевом транзисторе VT1. Так как полевой транзистор IRF740 имеет емкость затвора более 1000пФ, для его быстрого закрытия используется предварительный каскад на транзисторе VT2. Скорость открытия мощного ключа уже не столь критична из-за того, что ток в индуктивной нагрузке нарастает постепенно. Резисторы R1,R3 предназначены для "гашения" энергии самоиндукции. Защитные диоды VD1,VD2 ограничивают перепады напряжения на входе дифференциального усилителя.
Дифференциальный усилитель собран на D1.1. Микросхема D1 представляет собой счетверенный операционный усилитель TL074. Его отличительными свойствами являются высокое быстродействие, малое потребление, низкий уровень шумов, высокое входное сопротивление, а также возможность работы при напряжениях на входах, близких к напряжению питания. Коэффициент усиления дифференциального усилителя составляет около 7 и определяется номиналами резисторов R3, R6, R9, R11.Приемный усилитель D1.2 представляет собой неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления 57. Во время действия высоковольтной части импульса самоиндукции этот коэффициент снижается до 1 с помощью аналогового ключа D2.1 что предотвращает перегрузку входного усилительного тракта и обеспечивает быстрое вхождение в режим для усиления слабого сигнала. Транзисторы VT3 и VT4 предназначены для согласования уровней управляющих сигналов, подаваемых с микроконтроллера на аналоговые ключи.
С помощью второго интегратора D1.3 производится автоматическая балансировка входного усилительного тракта по постоянному току. Постоянная интегрирования 240 мс. выбрана достаточно большой, чтобы эта обратная связь не влияла на усиление быстро изменяющегося полезного сигнала. С помощью этого интегратора на выходе усилителя D1.2 при отсутствии сигнала поддерживается уровень +5 В.
Измерительный первый интегратор выполнен на D1.4. На время интегрирования полезного сигнала открывается ключ D2.2 и соответственно закрывается ключ D2.4. На ключе D2.3 реализован логический инвертор. После завершения интегрирования сигнала ключ D2.2 закрывается и открывается ключ D2.4. Накопительный конденсатор C6 начинает разряжаться через резистор R21. Время разряда будет пропорционально напряжению, которое установилось на конденсаторе C6 к концу интегрирования полезного сигнала. Это время измеряется с помощью микроконтроллера, который осуществляет аналого-цифровое преобразование. Для измерения времени разряда конденсатора C6 используются аналоговый компаратор и таймеры, которые встроены в микроконтроллер D3.
Микроконтроллер AT90S2313 также имеет в своем составе 8-ми битный RISC процессор с быстродействием 10 MIPS, 32 рабочих регистра, 2 килобайта Flash ПЗУ, 128 байт ОЗУ, сторожевой таймер.
С помощью светодиодов VD3...VD8 производится световая индикация. Кнопка S1 предназначена для начального сброса микроконтроллера. С помощью переключателей S2 и S3 задаются режимы работы устройства. С помощью переменного резистора R29 регулируется чувствительность металлоискателя.
Алгоритм функционирования
Для разъяснения принципа работы описываемого импульсного металлоискателя ниже приведены осциллограммы сигналов в наиболее важных точках прибора (рис.4)
Рис.4. Осциллограмма прибора
На время интервала A открывается ключ VT1. Через катушку датчика начинает протекать пилообразный ток. При достижении величины тока около 2 А ключ закрывается. На стоке транзистора VT1 возникает выброс напряжения самоиндукции. Величина этого выброса более 300В и ограничивается резисторами R1, R3. Для предотвращения перегрузки усилительного тракта служат ограничительные диоды VD1, VD2. Также для этой цели на время интервала A (накопление энергии в катушке) и интервала B (выброс самоиндукции) открывается ключ D2.1. Это снижает сквозной коэффициент усиления тракта с 400 до 7. На осциллограмме 3 показан сигнал на выходе усилительного тракта (вывод 8 D1.2). Начиная с интервала C ключ D2.1 закрывается и коэффициент усиления тракта становится большим. После завершения защитного интервала C, за время которого усилительный тракт входит в режим, открывается ключ D2.2 и закрывается ключ D2.4 - начинается интегрирование полезного сигнала интервал D. По истечении этого интервала ключ D2.2 закрывается, а ключ D2.4 открывается - начинается "обратное" интегрирование. За это время (интервалы E и F) конденсатор C6 полностью разряжается. С помощью встроенного аналогового компаратора микроконтроллер отмеряет величину интервала E, которая оказывается пропорциональной уровню входного сигнала. Для версий V1.0 и V1.1 микропрограммного обеспечения установлены следующие значения интервалов: A - 60...200 мкс, мкс, B - 12 мкс, C - 8 мкс, D - 50 мкс, А + В + С + D + E + F (период повторения).
Микроконтроллер обрабатывает полученные цифровые данные и индицирует с помощью светодиодов VD3...VD8 и излучателя звука Y1 степень воздействия мишени на датчик. Светодиодная индикация представляет собой аналог стрелочного индикатора - при отсутствии мишени горит светодиод VD8, далее в зависимости от уровня воздействия последовательно загораются VD7,VD6 и т.д.
Настройку прибора рекомендуется проводить в следующей последовательности:
- убедиться в правильности монтажа;
Подать питание и убедиться, что потребляемый ток не превышает 100 мА;
- вместо резистора R7 установить переменный резистор и вращая его ротор добиться такой балансировки усилительного тракта, чтобы осциллограмма на выводе 7 D1.4 соответствовала осциллограмме 4 (рис. 4). При этом необходимо следить за тем, чтобы сигнал в конце интервала D был неизменным, т.е. осциллограмма в этом месте должна быть горизонтальной. После этого переменный резистор необходимо измерить и заменить на постоянный ближайшего номинала.
Собрать металлодетектор можно из деталей набора NM8042, выпущенного компанией МАСТЕР КИТ и включающего в себя печатную плату, корпус, полный комплект деталей и инструкцию по сборке.
Рис.5. Собранный металлодетектор из набора NM8042 МАСТЕР КИТ
Поисковая головка
Поисковая головка для металлодетектора - одна из важнейших его частей. От качества ее изготовления зависит, как будет работать прибор.
Данные катушки - диаметр 19 см, количество витков 27, провод ПЭВ, ПЭЛ 0,5 мм, кабель для катушки - двухпроводной, многожильный не экранированный провод в резиновой изоляции. Данная головка обеспечивает чувствительность обнаружения монеты 5 коп (СССР) на расстоянии 19 -20 см на воздухе.
Рис.6. Одноконтурная головка
Одно контурная поисковая головка диаметром 19 мм не обладает достаточной чувствительностью к мелким металлическим объектам (например ювелирным украшениям), маленькая же имеет небольшую глубину поиска. Совместить глубину поиска с чувствительностью к мелким объектам можно изготовив двухконтурную поисковую головку.
Рис.7. Двухконтурная головка
На кусочках ДВП размечаем контуры будущей катушки (внешний диаметр 200 мм, внутренний диаметр 90 мм, толщина стенок 18 мм). Наматываем катушки. На отправке диаметром 19,2 мм – 25 витков, на оправке диаметром 84 мм – 5 витков. Пропитываем катушки лаком и укладываем их в канавки, соединяя последовательно. Заводим кабель, распаиваем концы, вставляем кабельный ввод. Кладем катушку вверх канавкой и заливаем канавку эпокисдной смолой. После полимеризации переворачиваем катушку, вклеиваем ушки и покрываем всю поверхность эпоксидкой в 2 слоя. Распаиваем штекер, кабель оборачиваем скотчем для защиты от краски и 2-3 раза окрашиваем катушку.
Конструкция катушки позволяет локализовать 1 коп (СССР) на расстоянии 100 мм. Центр объекта очень легко определяется, поскольку диаграмма чувствительности к небольшим предметам получается конусной (в центре на 1-2 см больше).
Верхняя штанга
Для изготовления верхней штанги металлодетектора потребуется отрезок дюралюминиевой, медной или латунной трубы диаметром 22 мм с толщиной стенок 2 мм. Его длина - 120-140 см. Из трубы с помощью трубогиба выгибается S-образная штанга (см рис. 8).
Рис.8. Чертеж штанги
Из листового металла 1,5 - 2,5 мм вырезается и изгибается подлокотник. Подлокотник крепится к штанге болтом М6. Под подлокотником находится контейнер для элементов питания. Провод питания пропущен внутри штанги и выведен через отверстие диаметром 5 мм в районе электронного блока. Пластиковая затяжная муфта взята от раздвигающейся щетки для мытья окон. Внутренний диаметр затяжного элемента муфты - 16 мм, внешний – 20 мм. Затяжной элемент вклеивается в штангу на эпоксидной смоле. Неопреновая ручка может быть заменена отрезком резинового шланга или поролоновым валиком.
Нижняя штанга
Нижняя штанга намотана на оправке диаметром 14 мм из 6 слоев стеклоткани до получения диаметра 16 мм. Длина штанги - 500-750 мм. В моем варианте штанга сделана разрезной из 2 частей по 370 мм каждая.
Общий вид прибора приведен на рис. 9.
Рис.9. Общий вид прибора