Михаил Адаменко - Металлоискатели

Рис. 3.20. Печатная плата усовершенствованного импульсного металлоискателя

К деталям, применяемым в данном устройстве, не предъявляются какие-либо особые требования. Рекомендуется использовать любые малогабаритные конденсаторы и резисторы, которые без проблем можно разместить на печатной плате. Необходимо отметить, что для достижения указанных на принципиальной схеме параметров отдельных элементов следует использовать параллельное включение резисторов и конденсаторов (рис. 3.21). На печатной плате для размещения таких элементов предусмотрено дополнительное место.

Рис. 3.21. Расположение элементов усовершенствованного импульсного металлоискателя

Микросхемы типа LF356 (IC31, IC32) можно заменить на LM318 или NE5534, однако в результате такой замены могут возникнуть проблемы с налаживанием. В качестве усилителя IC35, помимо указанной на схеме микросхемы типа IL071, можно использовать микросхемы CA3140, ОР27 или ОР37. Микросхема типа R061 (IC36) без проблем заменяется на CA3140.

В качестве транзисторов Т1-Т3 помимо указанных на принципиальной схеме можно использовать транзисторы типа BU2508, BU2515 или ST2408.

Рабочая частота кварцевого резонатора должна составлять 6 МГц. Можно использовать любой другой кварцевый элемент с частотой резонанса от 2 до 6 МГц. Однако в таком случае потребуется пересчитать параметры элементов фильтра, выполненного на элементе IC34a.

Для монтажа микропроцессора IC1 следует использовать специальную панельку. При этом микроконтроллер устанавливается на плату только после окончания всех монтажных работ. Данное условие необходимо соблюдать и при проведении регулировочных работ, связанных с выполнением пайки при подборе величин отдельных элементов.

Особое внимание следует уделить изготовлению катушки L1, индуктивность которой должна составлять 500 мкГ. Конструкция этой катушки практически ничем не отличается от конструкции поисковой катушки L1, использованной в металлодетекторе, рассмотренном в предыдущем разделе. Она выполнена в виде кольца диаметром 250 мм и содержит 30 витков провода диаметром не более 0,5 мм. При использовании провода большего диаметра ток в катушке возрастет, однако еще быстрее будут расти значения паразитных вихревых токов, что приведет к ухудшению чувствительности прибора.

Следует напомнить, что для изготовления катушки L1 не рекомендуется использовать лакированный провод, поскольку разность потенциалов между соседними витками при излучении импульса достигает 20 В. Если в процессе намотки витков катушки рядом окажутся проводники, например первого и пятого витков, пробой изоляции практически обеспечен.

В свою очередь, это может привести к выходу из строя транзисторов передатчика и других элементов. Поэтому провод, используемый при изготовлении катушки L1, должен быть хотя бы в полихлорвиниловой изоляции. Готовую катушку также рекомендуется хорошо изолировать. Для этого можно воспользоваться эпоксидной смолой или различными пенными наполнителями.

Катушку L1 следует подключать к плате с помощью двужильного хорошо изолированного провода, диаметр каждой жилы которого должен быть не меньше диаметра провода, из которого изготовлена сама катушка. Не рекомендуется использовать коаксиальный кабель из-за его значительной собственной емкости.

Источником звуковых сигналов могут служить либо головные телефоны с сопротивлением от 8 до 32 Ом, либо малогабаритный громкоговоритель с аналогичным сопротивлением катушки.

В качестве источника питания В1 рекомендуется использовать аккумуляторную батарею емкостью около 2 А/ч, поскольку ток, потребляемый данным металлоискателем, превышает 200 мА.

Печатная плата с расположенными на ней элементами и источник питания размещаются в любом подходящем корпусе. На крышке корпуса устанавливаются переключатель P1, разъемы для подключения головных телефонов BF1 и катушки L1, а также выключатель S1 и кнопка S2.

Данный прибор следует настраивать в условиях, когда любые металлические предметы удалены от поисковой катушки L1 на расстояние не менее 1,5 м.

Особенность настройки и регулировки рассматриваемого металлоискателя заключается в том, что его отдельные блоки и каскады подключаются постепенно. При этом каждая операция подключения (пайка) выполняется при отключенном источнике питания.

В первую очередь требуется проверить наличие и величину питающего напряжения на соответствующих контактах панельки микросхемы IC1 в отсутствие микроконтроллера. Если это напряжение в норме, то далее следует установить на плату микропроцессор и с помощью частотомера или осциллографа проверить сигнал на выводах IC1/4 и IC1/5. Частота пилот-сигнала на указанных выводах должна соответствовать рабочей частоте используемого кварцевого резонатора.

После подключения транзисторов преобразователя напряжения (без нагрузки) потребляемый ток должен возрасти примерно на 50 мА. Напряжение на конденсаторе С10 в отсутствие нагрузки не должно превышать 20 В.

Затем следует подключить каскады передатчика. Режимы работы транзисторов Т1-Т4 должны быть одинаковыми и устанавливаются подбором величин резисторов R13-R16.

Сопротивление катушки L1, зашунтированной резисторами R1-R3, должно составлять примерно 500 Ом. При этом выводы катушки и резисторов должны быть хорошо пропаяны, поскольку нарушение контакта в этой цепи влечет за собой выход из строя выходных транзисторов передатчика.

Для проверки работоспособности каскадов передатчика можно придержать катушку L1 возле уха и включить питание металлоискателя. Примерно через полсекунды (после обнуления микроконтроллера) можно будет услышать сигнал низкого тона, возникновение которого обусловлено микровибрацией отдельных витков катушки. При этом на коллекторах транзисторов Т1-Т3 будет сформирован немодулированный остроконечный импульс длительностью около 10–20 мкс, форму которого можно проконтролировать с помощью осциллографа. Увеличение сопротивления резисторов R1-R3 приводит к возрастанию амплитуды выходного импульса с уменьшением его длительности. Для подбора величины сопротивления шунта катушки L1 не рекомендуется использовать переменный резистор, поскольку даже кратковременное нарушение контакта движка с токопроводящей дорожкой может вывести из строя выходные транзисторы передатчика. Поэтому желательно постепенно изменять величину шунта с шагом 50 Ом. Перед заменой деталей следует обязательно выключить напряжение питания прибора.

Далее можно приступать к настройке приемной части. Если все детали исправны, а монтаж выполнен безошибочно, то после включения металлодетектора (примерно через 20 мкс после окончания стартового импульса) на выходе микросхемы IC31 (вывод IC31/6) с помощью осциллографа можно наблюдать экспоненциально возрастающий сигнал, переходящий в сигнал постоянного уровня. Искажения фронта этого сигнала устраняются подбором резисторов R1, R2 и R3, шунтирующих катушку L1.

После этого следует проконтролировать форму и амплитуду сигнала на выходе микросхемы IC32 (вывод IC32/6). Максимальная амплитуда этого сигнала устанавливается подбором величины резистора R64. В процессе налаживания напряжение смещения на вывод IC32/2 можно подавать с отдельного делителя напряжения, в качестве которого можно использовать переменный резистор номиналом 5-50 кОм, включенный, например, между выводами IC32/4,7. Движок потенциометра подключается к резистору R86.

На выходе микросхемы IC33 (вывод IC33/5) можно наблюдать прямоугольный сигнал, амплитуда которого регулируется временно подключенным потенциометром. Далее необходимо проконтролировать сигналы на выходах элементов IC34a и IC34b. При этом на выводах IC34/6,7 должны быть правильные синусоиды. В результате на конденсаторе С71 формируется постоянное напряжение, которое поступает на вход микросхемы IC35.

В процессе настройки можно наблюдать реакцию прибора на изменение положения движка временно подключенного потенциометра, после чего вместо него следует впаять делитель R84, R85.

Порядок работы с детектором металлических предметов не имеет существенных отличий от использования металлодетектора, рассмотренного в предыдущем разделе.

Перед практическим использованием данного металлоискателя следует переключателем P1 установить минимальную задержку импульса. Если в процессе работы в зоне действия поисковой катушки L1 окажется какой-либо металлический предмет, то в головных телефонах появится акустический сигнал. Переход в режим работы с большей задержкой импульса обеспечит исключение влияния не только магнитных свойств грунта, но и избавит от реакции прибора на всевозможные посторонние предметы (ржавые гвозди, фольгу от сигаретных пачек и т. п.) и последующего напрасного поиска.