Михаил Адаменко - Металлоискатели

Рис. 1.5. Упрощенная блок-схема радиолокационного металлоискателя

Импульсный сигнал, сформированный генератором импульсов, модулирует сигнал передатчика, который излучается антенной. По достижении объекта переданный сигнал отражается от него. Отраженный сигнал принимается антенной, а затем через антенный переключатель и приемник подается на анализатор. На каскады анализатора также подается сигнал, формируемый импульсным генератором.

Оба поступивших на анализатор сигнала сравниваются, после чего проводится оценка различий с последующим формированием данных для блока индикации. При этом информация о расстоянии до обнаруженного объекта формируется после оценки времени задержки отраженного сигнала, а сведения о величине объекта – по амплитуде этого сигнала.

Как и радиолокационные металлоискатели, импульсные металлодетекторы относятся к устройствам категории TD (Time Domain), использующим импульсный сигнал (рис. 1.6). При этом частота следования импульсов, формируемых в этих устройствах, составляет от нескольких десятков до нескольких сотен герц.

Рис. 1.6. Упрощенная блок-схема импульсного металлоискателя

В импульсных металлодетекторах типа PI (Puls Induction) для оценки наличия металлических предметов в зоне поиска используется явление возникновения вихревых поверхностных токов в металлическом предмете под воздействием внешнего электромагнитного поля. Однако в отличие от рассмотренных ранее устройств типа TR-IB в импульсных металлоискателях анализируется сигнал, формирующийся в металле после воздействия не непрерывного, а импульсного сигнала.

Импульсный сигнал, формируемый генератором импульсов, усиливается и поступает на передающую катушку, в которой соответственно инициируется переменное электромагнитное поле. При появлении металлического предмета в зоне действия этого поля на его поверхности периодически, под воздействием импульсного сигнала, возникают вихревые токи. Эти токи и являются источником вторичного сигнала, который принимается приемной катушкой, усиливается и подается на анализатор. Необходимо отметить, что благодаря явлению самоиндукции длительность вторичного сигнала будет больше, чем длительность излученного передающей катушкой импульса. При этом параметры заднего фронта вторичного импульсного сигнала и используются для анализа с последующим формированием данных для блока индикации.

Нетрудно предположить, что при наличии специального развязывающего устройства или коммутатора в импульсных металлоискателях вместо передающей и приемной катушек можно было бы использовать всего одну катушку, которая поочередно применялась бы для передачи и приема сигналов (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Упрощенная блок-схема импульсного металлоискателя с одной катушкой

Основными достоинствами импульсных металлоискателей являются сравнительно высокая чувствительность, а также простота конструкции катушек. Однако схемотехнические решения отдельных блоков (например генератора импульсов, коммутатора, анализатора) пока отличаются значительной сложностью. Помимо всего прочего в таких приборах используются микропроцессоры с соответствующим программным обеспечением. Программирование микропроцессоров также требует соответствующего оборудования и навыков. Поэтому собрать подобную конструкцию смогут лишь подготовленные радиолюбители.

Прежде чем приступать к постройке сложных металлоискателей, начинающие радиолюбители могут попробовать свои силы в повторении устройств, в которых используются транзисторы. Транзисторные металлодетекторы просты в настройке, надежны в работе и показывают приемлемые результаты в полевых условиях. В различных источниках можно найти множество оригинальных конструкций сравнительно простых металлоискателей, выполненных на транзисторах. Однако ограниченный объем данного издания не позволяет рассмотреть все заслуживающие внимания схемотехнические решения, используемые при создании таких устройств. К тому же при работе над этой книгой такая цель и не ставилась. Поэтому заинтересованным читателям автор рекомендует обратиться к специализированной литературе, а также к источникам в сети Internet.

Схема, послужившая отправной точкой для построения простого транзисторного металлоискателя, попала автору на глаза всего за несколько месяцев до того, как была начата работа над этой книгой. Следует признать, что автор уже много лет не занимался постройкой транзисторных устройств, отдавая предпочтение аппаратуре на микросхемах. Однако в данном случае решил попробовать повторить и, по возможности, усовершенствовать эту конструкцию.

Результат вполне оправдал затраченное время. Конечно, от этого прибора не следует ожидать каких-либо чудес. Однако, несмотря на то, что схема предлагаемого металлоискателя и конструкция поисковой катушки очень просты, чувствительность данного устройства вполне достаточна для обнаружения небольших металлических предметов. К тому же при наличии некоторых навыков с большой степенью вероятности можно определить, из какого металла (магнитного или немагнитного) изготовлен обнаруженный предмет.

Предлагаемая конструкция (рис. 2.1) представляет собой один из многочисленных вариантов металлодетекторов типа BFO (Beat Frequency Oscillator), то есть является устройством, в основу которого положен принцип анализа биений, возникающих при смешивании двух сигналов близких частот.

Рис. 2.1. Принципиальная схема простого транзисторного металлоискателя

В конструкции прибора использованы два простых LC-генератора, выполненные на транзисторах Т1 и Т3. Рабочая частота этих генераторов определяется параметрами контуров, включенных в коллекторные цепи соответствующих транзисторов. Контур первого генератора, который является опорным, образован конденсатором С1 емкостью 330 пФ и катушкой L1. В контуре второго, измерительного, генератора используются конденсатор переменной емкости С7 с максимальной емкостью – 300 пФ и поисковая катушка L2.

Выходы генераторов через резисторы R1, R5 и конденсатор С4 подключены к базе транзистора Т2, который усиливает сигнал частоты биений. С коллектора транзистора Т2 усиленный сигнал подается на головные телефоны BF1. Уровень громкости этого сигнала регулируется с помощью переменного резистора R6.

Поскольку рабочие частоты генераторов находятся в диапазоне средних волн, их сигналы в телефонах не слышны. Когда удается добиться точной настройки каждого генератора на одну и ту же частоту, звуковой сигнал в телефонах также будет отсутствовать. Если же с помощью конденсатора С7 настроить измерительный генератор на почти ту же частоту, что и опорный генератор, то в телефонах будет слышен сигнал частоты биений. При отсутствии в зоне действия поисковой катушки L2 металлических предметов рабочая частота измерительного генератора остается неизменной, поэтому неизменной будет и частота биений. В этом режиме возможные девиации частот могут быть обусловлены лишь нестабильной работой обоих генераторов.

При появлении в зоне действия поисковой катушки L2 металлического предмета резонансная частота контура L2C7 изменится. В результате изменятся рабочая частота измерительного генератора и, как следствие, частота сигнала биений. Именно эти изменения служат источником информации об обнаружении металлического предмета.

Питание простого транзисторного металлоискателя осуществляется от источника В1 напряжением 9 В.

Все детали простого транзисторного металлоискателя, за исключением поисковой катушки L2, конденсатора C7, резистора R6, разъемов Х1 и Х2 и выключателя S1, расположены на печатной плате размерами 100x50 мм (рис. 2.2), изготовленной из одностороннего фольгированного гетинакса или текстолита.

Рис. 2.2. Печатная плата (а) и расположение элементов (б) простого транзисторного металлоискателя

К деталям, применяемым в данном устройстве, не предъявляются какие-либо особые требования. Естественно, рекомендуется использовать любые малогабаритные конденсаторы и резисторы, которые без проблем можно разместить на печатной плате.

Катушка L1 опорного генератора намотана проводом ПЭЛ диаметром 0,1–0,2 мм на сердечнике диаметром 8 мм и содержит 100 витков. Катушку L1 можно намотать на ферритовом сердечнике или на бумажной трубке без сердечника. В качестве конденсатора С7 можно использовать любой конденсатор переменной емкости с воздушным диэлектриком с максимальной емкостью примерно 300 пФ, например конденсатор настройки от любого старого радиоприемника.