Самый простой металлоискатель
Источник: http://radioskot.ru/publ/metallopoisk/samyj_prostoj_metalloiskatel/16-1-0-564
6.1.1. Структурная схема
Предлагаемый металлоискатель предназначен для “дальнего” поиска сравнительно крупных предметов. Он собран по простейшей схеме без дискриминатора по типам металлов. Прибор несложен в изготовлении. Глубина обнаружения составляет:
|
Предлагаю для повторения лично собранный недавно и успешно заработавший простой металлоискатель. Этот металлоискатель работает по принципу “передача-прием”. В качестве передатчика использован мультивибратор, а в качестве приемника — усилитель звуковой частоты. Принципиальная схема была опубликована в журнале Радио.
Схема передатчика МД Схема приёмника МД
Параметры металлоискателя – рабочая частота – около 2 кГц; – глубина обнаружения монеты диаметром 25 мм – 9 см; – железной закаточной крышки от банки – 25 см; – алюминиевого листа размерами 200×300 мм – 45 см; – канализационного люка – 60 см. Подключенные к нему поисковые катушки должны быть абсолютно одинакавые по размеру и намотачным даным. Их необходимо расположить так, чтобы в отсутствие посторонних металлических предметов связь между ними практически отсутствовала, примеры катушек приведены на рисунке. Если катушки передатчика и приемника расположить именно так, то сигнал передатчика в приемнике прослушиваться не будет. При появлении поблизости от этой сбалансированной системы металлического предмета, в ней под действием переменного магнитного поля передающей катушки возникают так называемые вихревые токи и как следствие, собственное магнитное поле, которое наводит в приемной катушке переменную ЭДС. Сигнал, принятый приемником, преобразуется телефонами в звук. Схема металлоискателя действительно очень проста, но несмотря на это, довольно хорошо работает, да и чувствительность не плохая. Мультивибратор передащего блока можно собрать и на других транзисторах аналогичной структуры. Катушки металлоискателя имеют размер 200х100 мм и содержат около 80 витков проводом 0.6-0.8мм. Для проверки работы передатчика вместо катушки L1 подключают наушники и убеждаются в том, что при включении питания в них слышен звук. Затем, подключив на место катушку, контролируют ток, потребляемый передатчиком – 5…8 мА. Приемник настраивают при замкнутом входе. Подбором резистора R1 в первом каскаде и R3 во втором устанавливают на коллекторах соответственно транзисторов напряжение, равное примерно половине напряжения питания. Затем подбором резистора R5 добиваются того, чтобы ток коллектора транзистора VT3 стал равным 5…8 мА. После этого, разомкнув вход, подключают к нему катушку приемника L1 и, принимая сигнал передатчика на расстоянии примерно 1 м, убеждаются в работоспособности устройства. В моём варианте металлодетектор выглядит так, как на фото выше. Всё делал из подручных материалов. Автор – Жека. Форум по МД для начинающих |
|
| пистолет | 0,5 (м) |
| каска | 1 (м) |
| ведро | 1,5 (м) |
Рис. 17. Структурная схема металлоискателя по принципу “передача-прием “.
Структурная схема изображена на рис.17. Она состоит из нескольких функциональных блоков.Генератор является источником прямоугольных импульсов, из которык в дальнейшем формируется сигнал, поступающий на излучающую катушку.
Этот же сигнал используется для формирования сигнала звуковой индикации. Сигнал генератора делится по частоте на 4 с помощью кольцевого счетчика на триггерах.
По кольцевой схеме счетчик выполнен для того, чтобы на его выходах можно было сформировать два сигнала, сдвинутых друг относительно друга по фазе на 90°.
Прямоугольный сигнал (меандр) подается с первого выхода кольцевого счетчика на вход усилителя мощности, нагрузкой которого является колебательный контур с излучающей катушкой.
По своему типу усилитель мощности является преобразователем “напряжение-ток”, что позволяет предотвратить перегрузки выходного каскада в моменты смены полярности входного прямоугольного сигнала усилителя мощности.
Приемный усилитель напряжения усиливает сигнал, поступающий с приемной катушки. В приемную катушку кроме полезного проникает также и паразитный сигнал, обусловленный неидеальностью конструкции системы катушек металлоискателя, проводимостью грунта и др. причинами. Для его устранения предназначена схема компенсации.
Смысл ее работы заключается в том, что в сигнал приемного усилителя подмешивается некоторая часть сигнала с выходного колебательного контура так, чтобы минимизировать (в идеале – довести до нуля) выходной сигнал синхронного детектора при отсутствии вблизи датчика металлических предметов.
Настройка схемы компенсации осуществляется с помощью регулировочного потенциометра.
Синхронный детектор преобразует полезный переменный сигнал, поступающий с выхода приемного усилителя, в постоянный сигнал.
Важной особенностью синхронного детектора является возможность выделения полезного сигнала на фоне шумов и помех, значительно превышающих полезный сигнал по амплитуде.
Опорный сигнал синхронного детектора берется со второго выхода кольцевого счетчика, сигнал которого имеет сдвиг по фазе относительно первого выхода на 90°. Динамический диапазон изменения полезного сигнала как на выходе приемной катушки, так и на выходе синхронного детектора очень широк.
Чтобы устройство индикации – стрелочный прибор или звуковой индикатор одинаково хорошо регистрировали как очень слабые сигналы, так и очень (например, в 100 раз) более сильные сигналы, необходимо иметь в составе прибора устройство, сжимающее динамический диапазон. Таким устройством является нелинейный усилитель, амплитудная характеристика которого приближается к логарифмической. К выходу нелинейного усилителя подключен стрелочный измерительный прибор.
Формирование звукового сигнала индикации начинается ограничителем по минимуму, т.е. блоком, имеющим зону нечувствительности для малых сигналов. Это означает, что звуковая индикация включается только для сигналов, превосходящих по амплитуде некоторый порог. Таким образом, слабые сигналы, связанные в основном с движением прибора и его механическими деформациями, не раздражают слух.
Формирователь опорного сигнала звуковой индикации формирует пачки прямоугольных импульсов частотой 2(кГц) с частотой повторения пачек 8(Гц).
С помощью балансного модулятора этот опорный сигнал перемножается на выходной сигнал ограничителя по минимуму, формируя таким образом сигнал нужной формы и нужной амплитуды.
Усилитель пьезоизлучателя увеличивает амплитуду сигнала, который поступает на акустический преобразователь – пьезоизлучатель.
Источник: http://www.RadioMaster.net/load/12-58/
Принцип работы металлоискателя
Принцип работы металлоискателя
Как известно, металлоискатель способен обнаруживать присутствие металлических предметов, абсолютно не контактируя с ними. Информирование оператора о наличии металла происходит с помощью специальных сигналов: звука, перемещения стрелки, изменения в показателях индикатора и т.д.
В зависимости от принципа работы можно выделить такие виды металлоискателей:
1. Металлоискатель с электронным частотомером
Принцип работы такого металлоискателя основывается на оценке электронным частотомером частоты измерительного генератора, когда сам датчик еще находится вдали от мишени. Полученное значение «запоминается» регистром.
После чего, в процессе поиска интересующих объектов, электронный частотомер занимается беспрерывным измерением частоты принимающего генератора.
Из полученных данных вычитается показатель эталонной частоты, а результат выводится на экран индикации.
Схема метал детектора с электронным частотометром
2. Металлоискатель на биениях
Принцип работы металлоискателя на биениях основывается на совокупности разности частот, исходящих от двух генераторов.
Один из этих генераторов имеет стабильную частоту, а в систему второго входит датчик, представляющий собой катушку индуктивности.
Если металлические предметы не располагаются вблизи металлоискателя, значения частот генераторов в приборе практически совпадают. Наличие же металла возле датчика приводит к резкому изменению частоты генератора.
Схема метал детектора на биениях
Регистрация разности частот может происходить самыми различными путями. Простейшим способом является прослушивание сигнала с помощью головных телефонов или громкоговорителя. Также часто используются цифровые способы измерения колебания частот.
3. Металлоискатели с принципом работы «передача-прием»
Принцип работы такого металлоискателя заключается в регистрации сигнала, который отразился от металлического предмета.
Возникновение отраженного сигнала является результатом воздействия магнитного поля с переменным потоком катушки прибора на мишень (предмет из металла).
При этом, в структуру прибора входит, как минимум, две катушки, одна из которых «отвечает» за передачу сигнала, а другая – за его прием.
Работа металлоискателя «передача-прием» основывается на определенном взаимо расположении катушек, исключающем воздействие одной на другую. Таким образом, если посторонние металлические предметы отсутствуют, излучающая катушка наводит нулевой сигнал на систему приемной. Появление же металлических предметов вблизи катушек приводит к возникновению специального сигнала.
4. Одно катушечный индукционный металлоискатель
Конструкция датчика данного прибора включает в себя только одну катушку, следящую за частотными изменениями. Если вблизи с металлоискателем появляется мишень, возникает отраженный сигнал. В катушке его «наводит» дополнительный электрический сигнал.
Оператору потребуется только выделить этот сигнал.
Зарегистрировать отраженный сигнал можно методом вычисления из присутствующего в катушке электрического показателя сигнал аналогичной фазы, частоты, амплитуды, что наблюдался в условиях отсутствия металла поблизости.
В целом, одно катушечный индукционный металлоискатель сочетает в себе характеристики приборов, работающих на биении с аппаратами принципа «передачи-приема». Таким образом, одно катушечный металлоискатель отличается высокой чувствительность и простотой конструкции.
5. Импульсный металлоискатель
Импульсный металлоискатель характеризуется высокой чувствительностью и может использоваться для поиска различных предметов даже на большой глубине. В основу работы такого металлоискателя положен временной метод разделения сигналов излучения и отражения. Такой метод очень часто применяется в эхо- и радиолокации импульсного типа.
Генератором импульсов формируется импульсы тока кратковременного диапазона, которые впоследствии поступают в излучающую катушку. Здесь уже происходит их преобразование в импульсы магнитной индукции. Поскольку генератор импульсов, т.е.
излучающая катушка, имеет индуктивный характер, на импульсных фронтах возникают «перегрузки» в форме перепадов в напряжении. Данные всплески могут достигать амплитудных показателей в десятки, а то и сотен вольт. Однако, все же, лучше не использовать защитные ограничители, т.к.
может произойти затягивание фронта импульсного тока и магнитной индукции. В результате, усложнится процесс отделения сигнала отражающего типа.
Схема импульсного метал детектора
Следует отметить, что излучающая и приемная катушка могут располагаться в абсолютно произвольном порядке. Это обусловлено тем, что проникновение излучаемого сигнала и влияние на катушку отраженного разнесены по определенным временным промежуткам. Кроме этого, одна и та же катушка может выполнять любую из ролей: как принимать сигнал, так и отражать его.
6. Магнитометры
Магнитометры – приборы, предназначением которых является изменением показателей магнитного поля. При этом, магнитометры могут использоваться и в качестве металлоискателей.
Это возможно благодаря тому, что магнитное поле Земли может искажаться различными материалами с ферромагнитными свойствами, например, железом. Обнаружение таких объектов происходит путем регистрации отклонений от исходного для определенной местности модуля магнитного поля.
В результате, можно наблюдать некоторую магнитную неоднородность (аномалии), которые как раз и могут быть вызваны предметами из металла.
В отличие от рассмотренных выше металлоискателей, магнитометры охватывают больший диапазон обнаружения железных предметов. Наверное, многим приходилось слышать о нахождении с помощью магнитометра, например, автомобиля, расположенного на расстоянии 10 метров от оператора.
В тоже время, главным недостатком магнитометров является их неспособность обнаруживать предметы, изготовленные из цветных металлов. К тому же, магнитометр может реагировать не только на железо, но и на так званые естественные магнитные аномалии.
Это могут быть, к примеру, залежи минералов или отдельные минералы и т.д.
Схема магнитометра
7. Радиолокаторы
Принцип работы любого радиолокатора основывается на методе изучения электромагнитной энергии, ее отражения и прием от различных объектов, находящихся в воздухе, на море или земле. Отраженный сигнал принимается для дальнейшей обработки и анализа. В результате, можно безошибочно определить местонахождение интересующего объекта, его скорость и траекторию движения.
Радиолокаторы обладают целым рядом неоспоримых преимуществ. Так, они позволяют работать с достаточно большими расстояниями. Сигнал, который был отражен можно считать таковым, что полностью подчиняется законам геометрической оптики, а его ослабления пропорционально лишь второй степени расстояния.
В тоже время, серьезным недостатком радиолокатора является то, что излучая электромагнитные волны, он позволяет обнаружить свое местонахождение.
Однако сейчас интенсивно ведется поиск методов, помогающих скрыть сигнатуры радиолокаторов и вполне возможно, что в скором времени удастся избавить от указанного недостатка.
Также рекомендуем ознакомиться с Лампово-полупроводниковый УМЗЧ.
Источник: https://Libk.ru/articles/metalloiskateli/printsip-raboty-metalloiskatelya.php
Читать онлайн “Металлоискатели” автора Адаменко Михаил Васильевич – RuLit – Страница 6
1.2.4. Металлоискатели TR-IB (Transmitter Receiver – Induction Balance)
Как уже отмечалось, в последнее время особой популярностью пользуются металлоискатели TR-IB (Transmitter Receiver – Induction Balance), или просто TR, в основу которых положен принцип «прием-передача» (рис. 1.4). В таких устройствах, называемых балансными металлодетекторами, система катушек сбалансирована до нулевой взаимной индукции.
Рис. 1.4. Упрощенная блок-схема металлоискателя, работающего по принципу «передача – прием»
Главная особенность устройств TR-IB заключается в том, что на приемную катушку поступает не отраженный сигнал передатчика, а сигнал, источником которого являются вихревые токи, возбуждаемые на поверхности металлического предмета.
Передающий сигнал, формируемый опорным генератором, поступает на передатчик и далее – на передающую катушку. При появлении металлического предмета в зоне излучения передающей катушки на его поверхности под воздействием сигнала VLF инициируются вихревые или поверхностные токи.
Эти токи являются источником вторичного сигнала, который принимается приемной катушкой металлодетектора. С выхода приемника сигнал подается на анализатор, где происходит оценка его параметров. На основе проведенного анализа формируется соответствующий сигнал для блока индикации.
Следует отметить, что главными достоинствами таких металлоискателей являются высокая чувствительность, возможность отстройки не только от фона грунта, но и от разного мусора. И, конечно же, такие устройства позволяют определять вид металла. Главным же недостатком балансных металлодетекторов следует считать сложности, возникающие при изготовлении и балансировке системы катушек.
1.2.5. Радиолокационные металлоискатели
Последние достижения в области теоретических разработок и практического применения микроволновой техники, а также развитие элементной базы (в том числе микропроцессорной техники) позволяют ожидать, что в самом недалеком будущем появятся конструкции детекторов металлических предметов, в которых будет использован принцип радиолокации. Интерес к устройствам, в которых используется радиолокационный принцип, объясняется тем, что дальность действия таких металлоискателей несравнимо выше, чем у детекторов других типов.
В настоящее время в различных источниках можно встретить весьма оригинальные схемотехнические решения таких металлоискателей. Однако их практическая реализация пока довольно затруднительна.
Основой построения таких устройств является принцип, используемый в радиолокации (рис. 1.5). Как и в радиолокаторах, информация о наличии в зоне действия прибора какого-либо объекта (дальность, размеры и т. п.) оценивается после обработки параметров импульсного сигнала, отраженного от этого объекта.
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.
1.2.6. Импульсные металлоискатели PI (Puls Induction)
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.
Источник: http://www.rulit.me/books/metalloiskateli-read-287305-6.html
Металлоискатели
-
Импульсные металлоискатели — принцип работы заложен в названии, катушка металлоискателя излучает электрические импульсы, они возбуждают вихревые токи в проводящих предметах, создающие вторичные электромагнитные поля, которые воспринимаются индукционной катушкой в перерывах между излучениями и обрабатываются электронным устройством.
Форма и длительность принимаемых сигналов зависит от электрических свойств предмета обнаружения и глубины залегания. Данные металлоискатели не чувствительны к составу грунта, его минерализации и имеют простую конструкцию датчика. К недостатком относится большое энергопотребление и слабая дискриминация.
В профессиональных металлоискателях могут сочетаться несколько принципов обнаружения одновременно.
Дискриминация металлоискателей
Это способность металлоискателей определять тип металла и не воспринимать нежелательные предметы.
Переменная дискриминация
Основной тип дискриминации, применяемый в металлоискателях.Данный тип дискриминации основан на разграничении металлов по электропроводности. При этом все металлы разделяются на две категории, причём, одна игнорируется металлоискателем, а вторая принимается для поиска.
Установка порога дискриминации производится вручную.
Дискриминация – фильтр
Этот тип дискриминации позволяет игнорировать определённый металл с конкретной электропроводностью. Металлы, представленные на шкале дискриминации, можно с помощью фильтра игнорировать и не только металлы с электропроводностью ниже определенного значения, но и отдельные металлы разных размеров и форм в небольших диапазонах электропроводности.
Визуальная дискриминация
У некоторых металлоискателей имеется жидкокристаллический экран, на котором можно выбрать отдельные характеристики предметов поиска: вид металла, его размер, электропроводность и глубину залегания.
Двухмерная дискриминация или «SmartFind»
Некоторые металлоискатели, например, Minelab могут сравнивать металлы сразу по двум показателям: электропроводности и содержанию железа.В этом случае достигается более точная дискриминация и поиск нужных объектов.
Дискриминация Smartfind металлоискателя E-Trac
На двухмерной шкале дискриминации. Светлые участки на шкале дискриминации указывают, что цели, попадающие в этот сектор будут приниматься, а темные участки шкалы указывают, что цели в этом секторе игнорируются.
Горизонтальная ось разграничивает объекты поиска по их размеру и проводимости, значения: от 1(низкая) до 50 (высокая) слева направо. Вертикальная ось разграничивает объекты поиска по содержанию в них железа (Fe), значения: от 1 (низкое) до 35 (высокое).
Дискриминация Smartfind металлоискателя Explorer
На двухмерной шкале дискриминации. Светлые участки на шкале дискриминации указывают, что цели, попадающие в этот сектор будут приниматься, а темные участки шкалы указывают, что цели в этом секторе игнорируются.
Вертикальная ось разграничивает объекты поиска по их размеру и проводимости, шкала от 1(низкая) до 31 (высокая) сверху вниз.
Горизонтальная ось разграничивает объекты поиска по содержанию в них железа (Fe), значения от 1 (низкое) до 31(высокое) справа налево.
Шкала дискриминации
С помощью шкалы дискриминации можно сортировать металлы по их проводимости, низкая-высокая. Точность определения зависит от диапазона шкалы и количества ее сегментов.
Тональная идентификация Большинство металлоискателей сигнализируют о свойствах предметов поиска с помощью тоновых сигналов: плохо проводящие металлы дают низкочастотный звуковой сигнал, хорошо проводящие металлы дают более высокочастотный звуковой сигнал.
По выполняемым задачам
Источник: http://antenna.nnov.ru/metalloiskatel.html
Металлоискатели своими руками. Как искать, чтобы найти монеты, украшения, клады
» Книги » Безопасность
Зта книга призвана стать первым путеводителем в чудесный мир нашей истории, застывший под землей в виде монет, украшений, кладов, военных реликвий.
Рассказывается и о том, какое cнаряжение нужно взять с собой на поисковые работы, как правильно организовать поиск. Книга поможет выбрать подходящий металлоискатель или научит сделать его самому.
Приводится 33 лучших конструкции металлоискателей для начинающих поисковиков.
Книга предназначена для широкого круга читателей.
| Заказать книгу можно в интернет-магазине издательства |
Содержание
| Глава 1. | Устройство, работа, выбор металлоискателя. | 5 |
| 1.1. | Что такое металлоискатель | 5 |
| 1.2. | Устройство металлоискателя | 6 |
| 1.3. | Работа металлоискателя и металлодетектора | 11 |
| 1.4. | Выбор своего первого металлоискателя | 18 |
| 1.5. | Обзор рынка металлоискателей и металлодетекторов | 35 |
| 1.6. | Плюсы и минусы покупки б/у металлоискателей | 50 |
| Глава 2. | Как искать, чтобы найти монеты, ювелирные украшения, реликвии, клады | 52 |
| 2.1. | Особенности поиска | 52 |
| 2.2. | Организация поисковых работ | 60 |
| 2.3. | Советы по организации поиска монет, золотых украшений, кладов | 74 |
| 2.4. | Поиск крупных предметов | 83 |
| 2.5. | Закон для кладоискателей | 85 |
| Глава 3. | Металлоискатели своими руками | 87 |
| 3.1. | Компактный металлоискатель на микросхеме К175ЛЕ5 | 87 |
| 3.2. | Простой металлоискатель с контуром на 4,6 кГц | 91 |
| 3.3. | Простой транзисторный металлоискатель | 98 |
| 3.4. | Металлоискатели на микросхемах со схемой сравнения | 102 |
| 3.5. | Сверхнизкочастотный металлоискатель | 111 |
| 3.6. | Металлоискатель на биениях с триггером Шмидта | 118 |
| 3.7. | Простой металлоискатель, работающий по принципу «Передача-Прием» | 123 |
| 3.8. | Металлоискатель повышенной чувствительности | 129 |
| 3.9. | Детектор металла | 135 |
| 3.10. | Малогабаритный металлоискатель | 137 |
| 3.11. | Простой металлоискатель с высокой чувствительностью | 141 |
| 3.12. | Индикатор металлических предметов | 149 |
| 3.13. | Универсальный металлоискатель | 155 |
| 3.14. | Металлоискатель на микросхеме серий К176, К561, К564 | 160 |
| 3.15. | Простой металлоискатель на микросхеме UCY7400 | 166 |
| 3.16. | Устройство для обнаружения движущихся металлических предметов | 168 |
| 3.17. | Простой металлоискатель с индикатором на УКВ (FM) приемник (64–108 МГц) | 171 |
| 3.18. | Неприхотливый металлоискатель с повышенной чувствительностью,работающий на принципе биений | 173 |
| 3.19. | Улучшенный вариант металлоискателя на биениях | 179 |
| 3.20. | Простой металлоискатель | 187 |
| 3.21. | Простой металлоискатель | 192 |
| 3.22. | Малогабаритный металлоискатель | 196 |
| 3.23. | Металлоискатель из доступных элементов | 200 |
| 3.24. | Электронный металлоискатель с низкой рабочей частотой | 205 |
| 3.25. | Электронный металлоискатель | 217 |
| 3.26. | Кварцованный металлоскатель на двух транзисторах | 220 |
| 3.27. | Металлоискатель с совмещенными катушками | 223 |
| 3.28. | Металлоискатель с низковольтным питанием | 226 |
| 3.29. | Компактный металлоискатель на полевом транзисторе | 235 |
| 3.30. | Простой металлоискатель с пьезофильтром | 239 |
| 3.31. | Металлоискатель с интегральным УНЧ | 245 |
| 3.32. | Кварцованный металлоискатель на биениях | 247 |
| 3.33. | Простой металлоискатель на транзисторах. | 249 |
| Список использованной литературы | 254 | |
| Список использованных ресурсов сети Интернет | 256 |
Источник: https://www.rlocman.ru/book/book.html?di=84663
Принцип действия и конструктивные особенности самодельного импульсного грунтового металлоискателя
В нашей работе описан принцип действия и конструктивные особенности самодельного импульсного грунтового металлоискателя. Что же это такое? Существует огромное множество видов металлоискателей.
Они делятся по принципам работы и выполняемым задачам. Для нашей работы мы выбрали импульсный грунтовый металлоискатель.
Мы остановили свой выбор именно на этом металлоискателе, так как в нем сочетаются качество и простота изготовления.
Объект исследования: металлоискатель.
Предмет исследования: изучение возможностей металлоискателя, исследование дальности работы прибора.
Гипотеза: возможно ли создание универсального металлоискателя для разных типов металла.
Цель: создать прибор для обнаружения металла, и выяснить условия максимальной эффективности его работы.
Задачи:
– Изучить теоретический материал о возможных типах металлоискателя
– Изготовить металлоискатель;
– Исследовать зависимость дальности обнаружения прибора от характеристик прибора и параметров искомого объекта;
– Полевые испытания;
– Обработка, систематизация и анализ результатов.
Методы исследования: изучение литературных данных, наблюдение, измерение, сравнение собранных данных, обобщение полученных данных.
Теоретическое исследование
Металлоискатели классифицируют по принципу работы и выполняемым задачам. Классификация по выполняемым задачам:
– Грунтовый;
– Военный;
– Досмотровой;
– Арочный (рамочный);
– Глубинный;
– Магнитометр.
Классификация по принципу работы:
– Металлоискателей типа “передача-прием”;
– Металлоискатель на “биениях”;
– Металлоискатель по принципу электронного частотомера;
– Однокатушечный металлоискатель индукционного типа;
– Магнитометры;
– Радиолокаторы;
– Импульсные металлоискатели.
Получив краткое представление о возможных технологиях реализации конструкции детектора металла, мы выбрали те, которые можно реализовать в домашних условиях:
– Технология «Передача-прием»;
– Технология «Биений»;
– Технология электронного частотомера;
– Технология изменения индуктивности катушки;
– Технологиясравнения длительности спада импульса на чувствительном элементе.
Свой выбор мы остановили на технологии сравнения длительности спада импульса, то есть на импульсном детекторе металла, так как он:
– Одни из самых чувствительных детекторов металла;
– При использовании низких частот (50-200 Гц) влияние наводок резко снижается;
– Имеет простую конструкцию чувствительного элемента (поисковой катушки).
Принцип работы импульсного детектора металла:
На поисковую катушку подается короткий импульс, что вызывает вихревые токи у мишени, в свою очередь вихревые токи тормозят спадание поданного импульса в поисковой катушке. Именно сравнение длительности импульса с эталоном дает знать обнаружен объект или нет.
Импульсная технология детектора металла имеет один минус — это затруднение селекции металлов.
Принцип действия выбранной схемы детектора металла
Условно прибор можно разбить по структурной схеме (рис. 1) на передающую часть, чувствительный элемент и приемную часть.
Рис. 1.
Изначально в передающей части, которая построена на микросхеме генератора МК1, Т1, Т2, формируется импульс накачки катушки, то есть в обвязке МК1 задается режим работы таймера, при чем расчетная длительность импульса с третьей ноги МК1 равна Т= R3*C1.
Каскад R1 и R4 выступает в роли делителя напряжения, далее сигнал поступает на Т1, где инвертируется и первично усиливается, далее сигнал поступает на затвор Т2, мощный полевой транзистор, который подключен в роли ключа и зашунтирован обратным диодом. После подачи сигнала, транзистор отпирается и через катушку проходит мощный короткий импульс.
Далее сигнал с катушки снимается через RC-цепочку состоящую из R8 и С3 (сначала импульс накачки, а потом импульс ЭДС самоиндукции). С3 включен в схему для фильтрации от постоянного напряжения. После С3 сигналы поступают на вход (третья нога) МК2(операционный усилитель), где инвертируется и усиливается.
Причем выходное (на 13 ноге МК2) напряжение задается делителем напряжения на R9 и R10 именно он является токозадающей цепочкой всего усилителя. Работу прибора можно условно разделить на три этапа:
1) Состояние, когда конденсаторы С5 и С6 заряжаются до некоторого уровня, причем напряжение на С5 заведомо больше, чем на С6.
Еще нужно знать, что вторая часть МК2-это компаратор, он может находиться в двух состояниях:
В первом состоянии, когда разница напряжений на пятой и шестой ноге МК2 больше критической, в таком положении напряжения на выходе (9 нога МК2) нет или оно слишком мало.
Во втором, когда разница напряжений на пятой и шестой ноге МК2 дошла до критической отметки, то компаратор резко выдает напряжение на 9 ноге МК2.
2) Состояние, когда действует импульс накачки. В этот момент импульсом накачки С5 и С6 еще раз заряжаются до некого значения напряжения, но так как емкость С6 значительно больше емкости С5, то можно считать, что напряжение на С6 осталось неизменным, а на С5 возросло.
3) Состояние, когда действует измерительный импульс (эталонный, ЭДС самоиндукции). Так как он противоположен по знаку, С5 и С6 начнут разряжаться через Р13, Р12 и R11. Собственно из-за того, что у С6 довольно большая емкость, то напряжение на нем практически не изменится, а вот напряжение на С5, начнет падать.
Вот эта ситуация нам и покажет, есть мишень или нет. Из курса физики 10 класса мы знаем, что наличие сердечника (в нашем случае мишени) тормозит спад ЭДС или увеличивает время его действия.
Для нашей ситуации это значит, что мишень увеличит падение напряжения на С5, что вызовет срабатывание компаратора, после чего в динамике мы услышим щелчок.
Сборка металлоискателя
Металлоискатель собирался полностью вручную. Для сбора металлоискателя были проделаны следующие действия:
- Сбор необходимой информации;
- Создание рисунка дорожек платы в программе spiritlayout по принципиальной схеме, которая была найдена в интернете.
Версия с внесенными в нее изменениями для проведения экспериментального исследования представлена на рис. 2.
Рис. 2.
- Изготовление печатных плат;
Понадобится:
– фольгированный текстолит;
– утюг;
– Железо(III) хлорид (FeCl3)
– ацетон;
– обычная офисная бумага;
– наждачная бумага.
Вначале следует распечатать рисунок платы, которая была создана в предыдущем пункте на лазерном принтере. Одно из важнейших условий — это именно лазерный принтер. Необходимо учитывать то, что со струйного принтера рисунок на плату не переводится, а с лазерного идёт порошок, он нагревается и остается на бумаге.
Далее вырезаем кусочек текстолита, совпадающий по размерам с распечатанным рисунком платы. Его зачищаем наждачной бумагой. Обезжириваем поверхность ацетоном для того, чтобы хорошо ложился тонер (порошок, который находится в картриджах принтера, собственно, благодаря которому, на бумаге появляется изображение).
Совмещаем распечатанный рисунок платы с текстолитом, прикладываем утюг. Утюг соприкасается с бумагой до тех пор, пока не проявится рисунок, далее его убираем. Размачиваем бумагу под холодной водой.
Готовим раствор хлорного железа в ванночке с плоским дном. Кладем плату в ванночку (рис. 3).
Рис. 3.
Постепенно места, на которых отсутствует тонер, растворятся (рис. 4), останутся дорожки, которые можно использовать для монтирования элементов схемы;
Рис. 4.
- Монтирование компонентов;
- Добавление переменных резисторов для изменения частоты работы прибора и длительности импульса, подаваемого на поисковую катушку прибора;
- Наматывание лакированного провода на катушку диаметром 28 см. Количество витков равно 35.
Рис. 5. Металлоискатель в разобранном виде
Рис. 6. Собранный металлоискатель
Экспериментальное исследование
Эффективность прибора зависит от характеристик исследуемого и искомого объекта, а так же от среды, в которой находится предмет.
В роли исследуемого объекта выступает сам металлоискатель, а в роли искомого — предположительно, найденный предмет.
В ходе эксперимента у исследуемого прибора будут изменяться следующие характеристики:
– Параметры чувствительного элемента (площадь контура, число витков катушки, длина выводных проводов и т.д.);
– Входное напряжение;
– Частота работы передающей части;
– Расчетный коэффициент усиления операционного усилителя (приемная часть).
У искомого объекта изменяется:
– Площадь контура
– Форма объекта.
Для получения зависимости мы проследим за работой детектора металла в различных средах (воздух, вода, песчаный грунт, чернозем, соль).
Исследуемый предмет
Диаметр катушки
После изменений диаметров катушек было отмечено, что катушки с большим диаметром (40-50 см) перестают замечать мелкие предметы, а катушки с малым диаметром (5-10 см), хуже реагируют на большие предметы.
Количество витков
Намотав заведомо большее количество витков на катушку (чувствительный элемент), мы обнаружили, что прибор вовсе не реагирует на мишени любых размеров. Постепенно отматывая витки и убирая лишний провод, мы сделали вывод, что у катушки должна быть определенная индуктивность (от 320 до 470 мГн). Нужно заметить, что расчетная и измеряемая индуктивность сильно отличаются.
Входное напряжение
Далее мы меняли входное напряжение и измеряли дальность обнаружения мишени (юбилейная монета в 5 рублей СССР):
Рис. 7.
Следует отметить, что входное напряжение очень важно. Исходя из графика (рис. 7), можно заметить, что металлоискатель стал находить предмет только при напряжении 4 В, а максимальная дальность обнаружения была достигнута при максимальном напряжении в 15В.
Повышение напряжения далее было невозможным, так как было достигнуто максимальное допустимое напряжение для взятых компонентов (пробивное постоянное напряжение конденсаторов 16В).
Увеличение напряжение влияет на усиление магнитного поля и увеличение дальности обнаружения предмета.
Частота работы прибора
Из описания включения микросхемы генератора мы выяснили, что частотозадающим элементом является резистор R3, по формульным расчетам мы выяснили, что по авторским номиналам частота работы прибора составляет прядка 120 Гц. Для изменения частоты работы генератора вместо постоянного сопротивления R3(100 кОм) мы впаяли переменный резистор на 220 кОм.
Исследования показали, что детектор металла начинает вообще реагировать на мишени при частоте 50 Гц, но чувствительность составила 2-3 см на холодильник.
Долее мы постепенно повышали чувствительность и выяснили, что нормальная работа прибора возможна при 100-200 Гц, при слишком низких частотах в динамике (индикатор оповещения) мы слышали гул низкой частоты, а при высоких- в динамике были слышны громкие всплески и было замечено, что некоторые компоненты стали нагреваться.
Потребление тока
При изменении напряжения было замечено, что в рабочем состоянии при 4 В потребление тока составило порядка 20 мА без присутствия мишени, а при напряжении в 15 вольт прибор потреблял порядка 50-60 мА. Вывести зависимость I(U) нам не удалось, так как изменение потребления находилось на уровне погрешности амперметра в блоке питания.
Изучив работу микросхемы и ее обвязку, мы выяснили, что за длительность генерируемого импульса отвечает R2 (1.6 кОм). Также было замечено, что изменение данного сопротивления нарушало работу всего прибора, хотя с уменьшением сопротивления R2, потребление тока заметно увеличивалось.
Искомый объект
Площадь контура
Пытаясь узнать то, от чего зависит дальность обнаружения мишени мы провели ряд опытов.
В качестве мишени в первом опыте мы использовали моток лакированной проволоки весом в 500 г с незамкнутым контуром, реакции прибора не последовало. Замкнув концы проволоки, мы услышали пиковый сигнал динамической головки.
На основании этого мы выяснили, что мишень должна иметь замкнутый контур.
Во втором опыте мы взяли кусочек текстолита размером 14 на 14 см, определили дальность его обнаружения. Она составила порядка 60-65 см. Взяв два таких же кусочка текстолита и совместив, мы определили, что чувствительность относительно не изменилась, она стала порядка 70 см.
Далее мы выставили эти два кусочка в одну плоскость и выяснили, что чувствительность улучшилась до 85 см. По результатам данного опыта мы решили вывести зависимость дальности обнаружения (L,см) от площади замкнутого контура(S,) тонкой проволоки диаметром сечения 0.31 мм.
Рис. 8.
Построив график зависимости (рис. 8), мы получили то, что на максимально возможных S контура при наших размерах помещения, график зависимости постепенно выравнивается. Мы считаем, что это свидетельствует о том, что есть определенная максимальная дальность обнаружения мишени.
Так же было замечено, что при перекручивании мишени в виде замкнутого кольца проволоки в «8» обнаружения мишени не последовало. Мы считаем, что у мишени возникает два направления вихревых токов, которое компенсируют друг друга.
Зависимость дальности обнаружения мишени от среды показало следующие результаты:
1) Ложных срабатываний на грунт, воду, химическое удобрение не обнаружено;
2) Следует отметить, что при поиске мишени небольших размеров (гайки от крепления потенциометра диаметром 10 мм) в песке с солью, которым посыпают дороги в гололед, средняя дальность обнаружения составила порядка 11.3 см, а при измерении в воздухе, воде и лесной почве дальность обнаружения при одной и той же подстройке прибора составила при многократном измерении порядка 10.4 см.
Основываясь на том, что наш прибор построен на сравнении длительности двух импульсов, мы предположили следующую гипотезу. Она заключается в том, что грунт даже на низких частотах оказывает влияние на чувствительный элемент, вызывая незначительное замедление затухания импульса в катушке.
Чувствительности связана с тем, что настраивая детектор металла по воздуху, мы уменьшаем разницу в длительности между импульсом эталона и импульсом на катушке. При этом длительность импульса эталона заведомо больше.
Поднося прибор к грунту, длительность импульса на катушке увеличивается, но все равно не превосходит эталон.
Построенную гипотезу об удлинении импульса под воздействием грунта мы решили обосновать на эксперименте.
Если принять во внимание, что помещение, где проводились измерения идеальное, то изначальное влияние наводящих токов среды равно нулю, если настроить прибор на полное отсутствие щелчков, но максимальную чувствительность, то прибор покажет в среднем 9.8 см на ту же гайку.
Если взять кусок текстолита размером 14 на 14 см и найти расстояние, при котором реакции на мишень нет, 70 см, и зафиксировать это положение, а после поднести мишень, то прибор начинает срабатывать при 14-15 см.
Эта грубая аналогия доказывает, что грунт тоже оказывает влияние на затухание импульсов в чувствительном элементе, хотя и в незначительной мере, что обеспечивает лучшую подстройку.
Внесение модификаций и замечания в схему металлоискателя
1) Для более удобной работы прибора в слабо замусоренных участках необходимо наличие третьего потенциометра на 1 кОм для более тонкой настройки прибора.
2) Для уменьшения влияния помех необходимо экранировать корпус прибора, оставив без экрана провод на катушку.
3) Так как в схеме было указаны номиналы сопротивлений, которые обеспечивали оптимальную работу прибора с авторской катушкой, мы считаем, что для лучшей настройки прибора под каждую катушку необходимо использовать переменные сопротивления. R7- улучшает добротность чувствительного элемента (от 20 до 300 Ом). R3-отвечает за частоту работы прибора. Настройка помогает улучшить синхронизацию основных узлов прибора(от 40 до 150 кОм).
4) Все конденсаторы лучше использовать металлопленочные или многослойные керамические, так как нагревание компонентов приводит к нарушению работы прибора.
5) Для уменьшения влияния помех лучше всего скручивать все провода в витые пары, это связано с тем, что провод создает свое отдельное поле и виляние помех резко снижается.
Настройку прибора лучше всего производить при том входном напряжении, с которым будет связана работа прибора в дальнейшем.
Полевые испытания
Для проверки работоспособности металлоискателя были проведены полевые испытания. Они проводились в разных частях Гродненской области. В результате этих испытаний были найдены следующие предметы:
- Обнаруженный предмет: гильза с химическим карандашом (рис. 9).
Место обнаружения предмета: Гродненская область, Гродненский район, вблизи д. Конюхи
Дата обнаружения: 05.09.2015
Рис. 9.
- Обнаруженный предмет: неизвестно (рис. 10).
Место обнаружения предмета: Гродненская область, Вороновский район, г. п. Радунь
Дата обнаружения
Источник: https://moluch.ru/archive/129/35655/
Металлоискатели по принципу «приём – передача»
Принцип действия металлоискателей этого типа основан на воздействии на изучаемый объект переменным магнитным полем передающей катушки и регистрации сигнала, появляющегося вследствие наведения вихревых токов в мишени. Таким образом они относятся к приборам локационного типа и должны иметь по крайней мере 2 катушки – передающую и приёмную.
Как излучаемы, так и принимаемый сигналы являются непрерывными и совпадают по частоте.
Принципиальным моментом для металлоискателей такого типа является выбор расположения катушек. Они должны быть расположены так, чтобы в отсутствие посторонних металлических предметов магнитное поле излучающей катушки наводило нулевой сигнал в приёмной катушке.
Катушки, которые создают излучение или принимаю сигнал, выполняют в виде некоторой конструкции, называемой поисковой рамкой. Параллельное расположение катушек называется компланарным.
Обычно в металлоискателях такого типа поисковую рамку образуют 2 катушки, расположенный в одной плоскости и сбалансированные так, что при подаче сигнала в предыдущую катушку на выходе приёмной – минимальный сигнал. Рабочая частота излучении – от одного до нескольких десятков кГц.
Металлоискатели на биениях
Биением называют явление, возникающее при перемножение двух периодических сигналов с близкими частотами и амплитудами. Результирующий сигнал будет иметь пульсации с частотой , равной разности частот. Если сигнал низкой частоты подать на динамик, то мы услышим характерный «булькающий» звук.
Металлоискатель содержит два генератора: опорный и измерительный. Первый имеет стабильную частоту, а второй может менять частоту при приближении к металлическому предмету. Его чувствительным элементом является катушка индуктивности, выполненная в виде поисковой рамки.
Сигналы от генераторов поступают на детектор , на выходе которого выделяется переменное напряжение с частотой, равной разности частот опорного и измерительного генераторов. Далее этот сигнал увеличивается по амплитуде и поступает на световой звуковой индикаторы.
Наличие металла вблизи измерительной рамки приводит к изменению параметров окружающего его магнитного поля и к изменению частоты соответствующего генератора. Возникает разность частот , которая выделяется и используется для формирования сигнала.
Чем больше масса металла и ближе металлический предмет, тем сильнее различаются частоты генераторов и выше частота выходного напряжения генератора.
Как некоторую модификацию металлоискателей на биениях можно рассматривать металлоискатели – частотомеры. В них есть только измерительный генератор. При приближении измерительной рамки металлоискателя к металлическому предмету меняется частота генератора. Затем из неё вычитается длина периода при отсутствии металла.
Однокатушечные металлоискатели индукционного типа
В этом металлоискателе – одно катушка, которая одновременно является излучающей и приёмной.
Вокруг катушки создаётся электромагнитное поле, которое достигнув металлический предмет, создаёт в нём вихревые токи, которые являются причиной изменения магнитной индукции поля вокруг катушки.
Возникшие в объекте токи меняют величину магнитной индукции электромагнитного поля вокруг катушки. Компенсирующее устройство поддерживает постоянный ток через катушку. Поэтому при изменении индуктивности сработает индикатор.
Импульсные металлоискатели
Импульсный металлоискатель состоит из генератора импульсов тока, приёмной и излучающей катушек, устройства коммутации и блока обработки сигнала. По принципу работы – металлоискатель локационного типа.
С помощью блока коммутации генератор тока периодически формирует короткие импульсы тока, поступающие в излучающую катушку, которая создаёт импульсы электромагнитного излучения.
При воздействии этого излучения на металлический предмет в последнем возникает и некоторое время сохраняется затухший импульс тока. Этот ток создаёт излучение от металлического объекта, которое наводит ток в катушке измерительной рамки.
По величине наведённого сигнала можно судить о наличии или отсутствии проводящих предметов около измерительной рамки.
Главная проблема металлоискателей этого типа – отделить слабое вторичное излучение от значительно более мощного излучения.
Большинство металлоискателей импульсного типа имеют низкую частоту следования импульса тока, подаваемых на излучающую катушку.
Магнитометры
Для магниточувствительных металлоискателей чувствительность принято обозначать величиной магнитной индукции поля, которую способен зарегистрировать прибор. Обычно чувствительность измеряют в нанотеслах.
Кроме чувствительности для определения качеств магнитометра используют разрешающую способность, которая определяет минимальную разницу индукции.
Широкое распространение получили приборы, принцип работы которых основан на использовании нелинейных свойств ферромагнитных материалов.
Чувствительные элементы, реализующие этот принцип, назвали феррозонды.
Они содержат катушку возбуждения с нелинейным ферромагнитным сердечником, а также приёмную катушку, находящуюся около катушки возбуждения.
Типичная конструкция магнитометра включает в себя штангу с размещёнными на ней батарейным блоком питания и электронным блоком, а также феррозондовый преобразователь на оси, перпендикулярной штанге.
Перед применением прибор предварительно калибруют, чтобы компенсировать воздействие поля Земли в отсутствие ферромагнитных объектов контроля.
Существуют магнитометры, работающие на других физических принципах. Так, известны квантовые приборы, основанные на эффекте ядерного магнитного резонанса и эффекта Зеемана, с оптической накачкой. Они обладают большой чувствительностью.
Ручные металлоискатели
Имеют не большие размеры и вес. В процессе поиска они вручную перемещаются вдоль объекта контроля.
Способность объекта воспринимать металлические предметы определяется его чувствительностью. Ручные металлоискатели позволяют обнаружить предмет размером с небольшую монету с расстояния от 5-10 до нескольких десятков сантиметров.
Чувствительность зависит от ориентации рамки металлоискателя относительно объекта контроля. Рекомендуется проводить поисковую рамку вдоль объекта контроля несколько раз под разными углами.
Примеры ручных металлоискателей:
селективный металлодетектор АКА 7215:
– тональность сигнала тревоги зависит от типа обнаруженного металла
– имеет потенциометр для плавной регулировки чувствительности, а также переключатель – черные и цветные металлы
– непрерывное время работы от свежей 9В-батареи – не менее 40 часов
– вес 280 г.
Ручной металлодетектор GARRETT:
– наличие переключателя для снижения чувствительности
– автоматический контроль степени разряженности батареи
– индикация тревоги – звуковая и светодиодная
– ударопрочный корпус
– разъем для наушников/аккумулятора
– удовлетворяет гигиеническим сертификатам
– время непрерывной работы – до 80 часов
Для разработок последних лет характерно увеличение «электронной сложности» приборов. Они снабжаются микропроцессорами, дисплеями и т.д. Всё это позволяет расширить функциональные возможности приборов.
На дисплеях отображается информация об обнаруженном предмете и его проводимости.
Источник: https://studopedia.net/4_78555_metalloiskateli-po-printsipu-priem–peredacha.html
Загрузка...