Як працює металошукач
Електронний металошукач своїми руками
Металошукач є відносно простим пристроєм, електронна схема якого забезпечує хорошу чутливість і стабільність роботи. Відмінною особливістю такого пристрою є низька робоча частота. Котушки індуктивності металошукача працюють на частоті 3 кГц. Це забезпечує, з одного боку, слабку реакцію на небажані сигнали (наприклад, сигнали, що виникають за наявності мокрого піску, дрібних шматочків металу і т.д.), а з іншого боку, хорошу чутливість при пошуку прихованих водопровідних труб та трас центрального опалення, монет та інших металевих предметів.
Для реалізації та налаштування схеми потрібна відповідна навичка та досвід.
Блок схема металошукача наводиться на рис. 1.
Генератор металошукача збуджує коливання в котушці, що передає, на частоті близько 3 кГц, створюючи в ній змінне магнітне поле. Приймальна котушка розташована перпендикулярно передавальної котушці таким чином, що магнітні силові лінії, що проходять через неї, створять малу ЕРС. На виході приймальної котушки сигнал або відсутній, або дуже малий. Металевий предмет, потрапляючи в поле котушки, змінює значення індуктивності, і на виході з'являється електричний сигнал, який посилюється, випрямляється і фільтрується. Таким чином, на виході системи маємо сигнал постійної напруги, значення якого трохи зростає при наближенні котушки до металевого предмета. Цей сигнал надходить на один із входів схеми порівняння, де порівнюється з опорною напругою, яка прикладається до його другого входу. Рівень опорної напруги відрегульований таким чином, що навіть невелике збільшення напруги сигналу призводить дозміни стану на виході схеми порівняння. Це у свою чергу приводить у дію електронний перемикач, внаслідок чого на вихідні підсилювальні каскади надходить звуковий сигнал, що повідомляє оператора про присутність металевого предмета.
Принципова електрична схема металошукача представлена на рис. 2.
Передавач, що складається з транзистора VT1 та пов'язаних з ним елементів, збуджує коливання в котушці L1. Сигнали, що надходять на котушку L2, потім посилюються мікросхемою D1 та випрямляються мікросхемою D2, включеною за схемою амплітудного детектора. Сигнал з детектора надходить на конденсатор C9 і згладжується фільтром низьких частот, який складається з резисторів R14, R15 та конденсаторів C10 та C11. Потім сигнал надходить на вхід схеми порівняння D3, де порівнюється з опорною напругою, що встановлюється змінними резисторами RP3 та RP4. Змінний резистор RP4 служить для швидкого та грубого налаштування, а RP3 забезпечує точне регулювання опорної напруги. Генератор, зібраний на транзисторі з одним переходом VT2, працює в безперервному режимі, проте сигнал, що виробляється ним, надходить на базу транзистора VT4 тільки тоді, коли закриється транзистор VT3, оскільки, перебуваючи у відкритому стані, цей транзистор шунтує вихід генератора. При надходженні сигналу на вхід мікросхеми D3 напруга її виході зменшується, закривається транзистор VT3 і сигнал від транзистора VT2 через транзистор VT4 і регулятор гучності RP5 надходить на вихідний каскад і гучномовець.
У схемі використовують два джерела живлення, що усуває можливість виникнення будь-якого зворотного зв'язку виходу схеми до її чутливого входу. Основна схема живиться від батареї напругою 18 В, яка за допомогою мікросхеми D4 знижується достабільної напруги 12 В. При цьому зниження напруги батареї під час роботи схеми не викликає зміни налаштування. Вихідні каскади живляться від окремого джерела живлення напругою 9 В. Вимоги щодо споживання потужності досить низькі, тому для живлення пристрою можна використовувати три акумуляторні батареї. Батарея живлення вихідного каскаду не вимагає спеціального вимикача, оскільки без сигналу вихідний каскад не споживає струму.
Металошукач - досить складний пристрій, тому збирання схеми слід проводити покаскадно з ретельною перевіркою кожного каскаду. Схему монтують на платі, на якій є 24 мідні смужки по 50 отворів у кожному з кроком 2,5 мм. Насамперед у смужках роблять 64 розрізи і висвердлюють три настановних отвори. Потім на звороті плати встановлюють 20 перемичок, штирі для зовнішніх з'єднань, а також два штирі для конденсатора C5.
Потім встановлюють конденсатори C16, C17 та мікросхему D4. Ці елементи утворюють джерело живлення з напругою 12 В. Перевірка цього каскаду здійснюється шляхом тимчасового підключення батареї напругою 18 В. При цьому напруга на конденсаторі C16 повинна становити 12+-0,5 В. Після цього проводиться монтаж елементів вихідного каскаду: резисторів R23-R26 , конденсатори C14 і C15 і транзистори VT4-VT6. Слід врахувати, що корпус транзистора VT6 з'єднаний з колектором, тому контакт корпусу з сусідніми елементами і перемичками неприпустимий. Так як вихідний каскад за відсутності сигналу не споживає струму, його перевіряють тимчасовим приєднанням гучномовця, змінного резистора RP5 і напругою батареї 9 В
Потім встановлюють резистори R20-R22 та транзистор VT2, що утворюють генератор звукових сигналів. При підключеннідвох джерел живлення в динаміці прослуховується звукове тло, що змінюється зі зміною положення ручки регулятора гучності. Після цього на платі монтують резистори R16-R19, конденсатор C12, транзистор VT3 та мікросхему D3. Робота схеми порівняння перевіряється в такий спосіб. До вимірювального входу D3 підключають змінні резистори RP3 та RP4. Цей вхід утворюється за допомогою двох резисторів опором 10 кОм, один з яких підключається до позитивної шини живлення +12, а інший - до нульової шини. Другі висновки резисторів приєднують до висновку 2 мікросхеми D3. Перемичка від цього висновку є тимчасовою точкою з'єднання. При грубому налаштуванні (включені обидві батареї), що здійснюється змінним резистором RP4, у певному його положенні відбувається зрив звукового сигналу, у той час як при точному налаштуванні змінним резистором RP3 повинна здійснюватися плавна зміна сигналу поблизу цього положення. При виконанні цих умов приступають до встановлення резисторів R6-R15, конденсаторів C6-C11, діода VD3 та мікросхем D1 та D2.
Включивши джерело живлення, спочатку перевіряють наявність сигналу на виході D1 мікросхеми (висновок 6). Він повинен перевищувати половини значення джерела живлення (приблизно 6 У). Напруга на конденсаторі C9 не повинна відрізнятися від напруги вихідного сигналу цієї мікросхеми, хоча наведення від мережі змінного струму можуть викликати невелике збільшення цієї напруги. Торкання пальцем входу мікросхеми (підстави конденсатора C6) викликає збільшення напруги через підвищення рівня шумів. Якщо регулятори налаштування знаходяться в положенні, при якому звуковий сигнал відсутній, торкання пальцем конденсатора C6 призводить до появи та зникнення жтого сигналу. У цьому попередня перевірка працездатності каскадів закінчується.
Остаточна перевірка та налаштування металошукача проводяться після виготовлення котушок індуктивності. Після попередньої перевірки каскадів схеми на платі встановлюються інші елементи крім конденсатора C5. Змінний резистор RP2 тимчасово встановлюється у середнє положення. Плата кріпиться до L-подібного алюмінієвого шасі через пластмасові шайби (для усунення можливості короткого замикання) за допомогою трьох гвинтів. Шасі закріплюється в корпусі пульта керування двома болтами, що утримують два затискачі, призначені для кріплення корпусу пульта до штанги шукача. Бічна сторона шасі забезпечує фіксацію джерел живлення у корпусі. Під час складання пульта слід переконатися, що висновки перемикача на звороті змінного резистора RP5 не стосуються елементів плати. Після висвердлювання прямокутного отвору приклеюється динамік.
Штанга та сполучні частини, що утворюють тримач головки шукача, виготовляються з пластмасових трубок діаметром 19 мм. Сама головка шукача є тарілкою діаметром 25 см, виготовлену з міцної пластмаси. Внутрішня її частина ретельно зачищається наждачним папером, що забезпечує гарне склеювання з епоксидною смолою.
Основні характеристики металошукача багато в чому залежать від котушок, що застосовуються, тому їх виготовлення вимагає особливої уваги. Котушки, що мають однакову форму та розміри, намотують на D-подібний контур, який утворений зі штипів, закріплених на відповідному шматку плати (рис.4).
Кожна котушка складається з 180 витків емальованого мідного дроту 0,27 мм з відведенням від 90 витка. Перш ніж зняти котушки зі штирів, їх у кількох місцях перев'язують. Потім кожна котушка обмотується міцною ниткою, щоб витки щільноприлягали один до одного. На цьому виготовлення котушки, що передає, закінчується. Приймальна котушка повинна бути забезпечена екраном. Екранування котушки забезпечується в такий спосіб. Спочатку вона обмотується дротом, а потім обгортається шаром алюмінієвої фольги, яка знову обмотується дротом. Така подвійна обмотка гарантує гарний контакт із алюмінієвою фольгою. В обмотках дроту та у фользі повинен бути передбачений невеликий розрив або зазор, що перешкоджає утворенню замкнутого витка по колу котушки.
Виготовлені таким чином котушки закріплюються за допомогою затискачів по краях пластмасової тарілки і під'єднуються до блоку керування за допомогою екранного кабелю чотирижильного. Два центральні відводи та екран приймальної котушки під'єднуються до нульової шини через дроти, що екранують. Якщо увімкнути пристрій і радіо, розташований неподалік котушки, можна почути високотональний свист (на частоті металошукача), зумовлений наведенням звукового сигналу в радіоприймачі. Це вказує на справність генератора металошукача. В даному випадку неважливо, на який діапазон налаштований радіо, тому для перевірки замість нього можна використовувати будь-який касетний магнітофон. Місце робочого положення котушок визначається або вихідним сигналом металошукача, який повинен бути мінімальним, або за показаннями вимірювального приладу (вольтметра), підключеного безпосередньо до конденсатора C9.
Другий варіант для відгонки котушок значно простіше. Напруга на конденсаторі повинна становити приблизно 6 В. Після цього зовнішні частини котушок приклеюються епоксидною смолою, а внутрішні, що проходять через центр, залишаються незакріпленими, що дозволяє провести остаточне налаштування.
Остаточнанастройка полягає у встановленні незакріплених частин котушок у таке становище, у якому предмети з кольорового металу, наприклад монети, викликають швидке збільшення вихідного сигналу, інші предмети - його незначне зменшення. Якщо необхідний результат не досягається, потрібно поміняти місцями кінці однієї з котушок. Слід пам'ятати, що остаточне налаштування або припасування котушок повинно проводитись за відсутності металевих предметів. Після встановлення та міцного закріплення котушки покривають шаром епоксидної смоли, потім на них накладається склотканина і все це герметизується епоксидною смолою.
Остаточне налаштування полягає у встановленні незакріплених частин котушок у таке становище, у якому предмети з кольорового металу, наприклад монети, викликають швидке збільшення вихідного сигналу, інші предмети - його незначне зменшення. Якщо необхідний результат не досягається, потрібно поміняти місцями кінці однієї з котушок. Слід пам'ятати, що остаточне налаштування або припасування котушок повинно проводитись за відсутності металевих предметів. Після встановлення та міцного закріплення котушки покривають шаром епоксидної смоли, потім на них накладається склотканина і все це герметизується епоксидною смолою.
На практиці металошукач є легким, добре збалансованим, чутливим пристроєм. Протягом перших декількох хвилин після включення пристрою може бути розбаланс нульового рівня, проте через деякий час він зникає або стає незначним.
Резистори: R1, R6, R7, R8 - 100 кОм R2, R3, R22, R23 - 100 Ом R4, R5 - 6,8 кОм R9, R11, R21 , R25 - 10 кОм R10 - 220 кОм R14 - 15 кОм R15, R19-- 68 кОм R16 - 8,2 кОм R17-- 18 кОм R18 - 3,9 МОм R12, R13-- 47 кОм R24 -- 4,7 кОм R20 -- 33 кОм R26 -- 1,8 кОм
Змінні резистори RP1, RP4 - 10 кОм (лінійні) RP2 - 10 кОм (мікромініатюрний, з горизонтальною установкою RP3 - 100 кОм (лінійний) RP5 - 10 кОм (суміщений) з перемикачем)
Конденсатори: C1 - 100 мкФ, 16 В (електролітичний) C2, C5, C14 - 0,01 мкФ C3, C4 - 0,22 мкФ C6, C13 - 0,1 мкФ C7, C8, C12 - 1 мкФ C9 - 47 мкФ, 16 В C10 - 2,2 мкФ, 35 В C11 - 0,47 мкФ , 35 C15, C16 - 220 мкФ, 16 В (електролітичний) C17 - 470 мкФ, 25 В (електролітичний)
Транзистори: VT1, VT5 - BC214L (КТ3107Б, КТ3107І VT2 - TIS43 одноперехідний (КТ117) VT3, VT4 - BC184L (КТ3102Д) VT6 - BFY
Діоди: VD1, VD2, VD3 - 1N914 (КД521А)
Мікросхеми: D1, D2, D3 - CA3140 (К1109УД1) F4 - mA78L12AWC стабілізатор напруги +12 В, 100 мА (К142ЕН1, К142ЕН2)