Импульсный металлоискатель

Металлоискатели часть 2 – импульсники. И про метеориты.

Почему отдельно? Патамучто именно на импульсной технологии работают и самые дешевые, и самые крутые МД. Есть еще экзотика типа “на биениях”, но это игрушки и самоделки. Ничего серьезного из этой технологии не выжать по законам физики.

Начну с самого простого. На просторах ютуба можете посмотреть тест TREKER GC-1066. Вот именно так работает импульсний МД. Постоянный пороговый тон, при появлении металла тон меняется. Стоимость этой игрушки $60. И впринципе с ним даже можно что-то там найти.

И самый крутой на сегодня МД – Lorenz Deepmax Z1 Ценник $7000. Подробности по ссылке – https://www.kellycodetectors.com/catalog/deepmax-z1-metal-de.

Стократная разница. И результаты работы у них тоже примерно так различаются. Вам сколько угодно могут говорить, что хороший МД с хорошей катушкой и грамотной настройкой берет глубже всех. Не верьте. Дипмаксы берут глубже. И еще глубже. Причем из коробки.

Мысль первая. Все импульсники это глубинные МД, но не все глубинные МД это импульсники. Существуют индукционные МД с разнесенными катушками для работы по большой глубине. Их мало, поэтому просто списком: Whites TM 808, Fisher Gemini 3, Garrett GTI 2500 (с глубинной насадкой). Их все я видел в работе, DeepMax 3 (с которым их сравнивали) работает гораздо лучше и надежнее.

Почему же импульсники делают так мало производителей? Да, нормальные приборы это Lorenz (большая линейка), Pulse Star (пара приборов), Whites TDI (один прибор у производителя), наши Кощей 5 и ClonePI/Pirate. Все просто – потребителям такая техника не нужна. Целевая Аудитория и законы маркетинга диктуют требования рынка – людям нужны МД с дискриминатором. Чтобы не напрягаясь копать монетки, игнорируя гвозди. Поэтому импульсную технику используют или компании, или профи. Которым ассортимент и реклама вобщем-то не нужны.

Дам одно видео с примером работы болгарского импульсника. Чуть хуже Lorenz’а, но получше Кощея.

Вообще не напрягаясь МД берет лопату на 3 метра. Танк в болоте возьмет метров с 5-6. Вы готовы копать на 5 метров? Отож.

Таки вот. 99% индустрии металлоискателей направляет свои усилия на поиск монет в пределах полуметра. Глубже никто копать не будет, лень. И вся гонка идет за качество распознавания цветмет/железо. Чтобы не копать зря. Импульсные МД просто не имеют конкурентов в поисках чего-то крупного – засыпанных бункеров, серьезных кладов (горшок с монетами на 2 метра идеальная цель для глубинника, но впринципе недостижимо для VLF).

Огромных размеров поисковые рамки могут очень быстро прочесывать местность. До кучи игнорируя мелочь. Например, на местах боевых действий можно найти винтовку в засыпанном окопе/землянке, но проигнорировать гильзы, которые валяются прям на поверхности. И именно работа с рамками это то, что требуется от нормального глубинника. Правда рамку нужно развернуть, нужен напарник чтобы ее таскать. ЦА это все не оценивает – лень. Обычный МД достал и пошел. А тут целый ритуал подготовки. И копания всего подряд, ибо дискриминатор у импульсника конечно бывает, но если это клад типа “монеты в жестяной коробке” то орать будет именно на коробку как на железо.

Эти же приборы незаменимы в поиске метеоритов. Железных. С метеоритами вообще все весело – за всю историю Земли их на нас выпадало просто недетское количество. На каждый квадратный километр поверхности примерно каждые 10 000 лет что-то падает. Из них процентов 20 это железные метеориты. Хотя эта оценка очень примерная и неточная. Прилетела какая-нибудь комета – получите тонны мусора. Челябинский метеорит все должны помнить еще. Он каменный, его МД не берет. Никакой. Вообще никак. Вон кусочек на полке лежит, проверено лично. Так что факт падения и оценка массы выпавшего мусора делается только по взрыву и составу того, что нашли.

Еще хорошо изученные метеориты – Дронино и Сихотэ-Алинь. Поле в Дронино я лично перекапывал, так что как там что-то лежит знаю хорошо. Чтобы не копипастить кучу текста вот пара ссылок:

Эффективнее всего искать метеориты в горах и в пустынях. Они там глубоко не зарываются, не гниют. В средней полосе (Дронино) сравнительно свежий метеорит (65-10 тыс. лет назад датировка выпадения) зарылся в грунт на несколько метров. Самые крупные куски находили на глубине почти 5 метров, глубже просто приборы не брали – там проходит ЛЭП, которая очень сильно мешает работе импульсника.

Да, еще про ЦА. Все импульсные МД очень плохо воспринимают помехи. Работающий сотовый в кармане оператора, рация, ЛЭП – это все мешает прибору слышать полезный сигнал, приемник загрубляется и теряет глубину обнаружения.

Как можно искать метеориты? По гуглокартам. Обычно метеорит не выпадает один, в момент взрыва в атмосфере он разваливается. Вот картинка:

Крупные куски оставляют глубокие кратеры а вокруг выпадает мелочевка. Так что по спутниковым снимкам на поверхности Земли ищется кратер, далее по предполагаемому эллипсу падения проводится поиск. Все метеориты, которые не сгорели, выпадают “вдогонку” Земле, тоесть хвост будет на восток (приблизительно). Пример:

Так что шанс найти метеорит есть у каждого. Даже просто прогуливаясь по лесу можно встретить камешек с неба. На известных областях падения по разным оценкам собрано как максимум 20-30% того, что выпало.

Вот как-то так. Поиск метеоритов гораздо сложнее, затратнее и дольше, чем монеток. Нужно много изучать, много ходить и много копать. И приборы нужны класса выше популярной Аськи250. Отговаривать я вас не буду, просто учтите, в одиночку это нереально. Нужна команда 5-6 человек. И может быть вам повезет найти новую сенсацию.

з.ы. Баянометр ругался, но картинка для примера лучше всего подходит.

Fisher Impulse AQ — новый импульсный металлоискатель с дискриминацией металлов! (Новинка 2019, первые фото!)

Да, друзья, это случилось! Компания Fisher Lab анонсировала свою новинку — металлоискатель Fisher Impulse AQ! Принципиально новая разработка и, похоже, революционный прибор в мире металлоискателей.

Сильно много потестить новинку не удалось, она была спрятана на стенде компании Fisher Lab на выставке IWA Outdoors 2019. Фишеры сильно кричать не любят, но вот что мне удалось узнать:

1. Новинка это импульсный прибор, но с дискриминацией черного металла и золота. Создан специально для поиска золотой ювелирки и мелких золотых цепочек и серёжек. Поскольку это импульсный прибор, то работать будет без проблем на любых пляжах.

2. Пока что металлоискатель находится на стадии финальных тестов, внешний вид и некоторые характеристики могут измениться.

3. У металлоискателя несколько режимов поиска — можно сдвигать обнаружение по проводимости металлов, например: можно сдвинуть обнаружение в сторону плохо проводимых металлов (мелкое золото) и при этом исключить высокопроводимые цели (большие монеты из серебра и меди), а можно и наоборот — искать крупные цели и отсекать слабопроводимые.

4. Тональность: в режиме «все металлы» — один тон, затем есть режим «2 тона» и режим «mute».

5. Прибор собран из высокопрочных компонентов, это видно и по толщине кабеля, и по вместительной батарее, по разъёму катушки (крупнейший разъем из всех виденных!) Металлоискатель водонепроницаемый до 1 метра — работать по шею в воде и поднимать золото в самый раз.

6. Необычно и крепление катушки к штанге, тоже новинка, не виденная ранее.

7. Время работы батареи до 5 часов. Можно подключить дополнительную батарею побольше и увеличить время работы до 10 часов.

8. Да, на приборе нет экрана. А зачем экран нужен? Настройки все нужные есть — громкость, пороговый тон, маска железа, saturation mode. Можно менять режимы, проверять уровень батареи, отсекать помехи.

9. Всегда у импульсных приборов была проблема — отсутствие дискриминации. Теперь же проблема решена и это значит, что по всем местам можно ходить как не по выбитым.

10. Цена. В районе 2100-2500 долларов США. Новые технологии стоят денег, да, но и преимущество приносят перед всеми другими металлоискателями.

11. Скоро будут модели для поиска золотых самородков, а также для поиска монет и реликвий.

12. На ощупь вес составляет примерно 1.6-1.8 кг, балансировка неплохая, прибор не тянет в сторону катушки.

Первое мое тестирование показало, что хлам и прочие цели отсекает по звуку на ура, а золотое кольцо на пальце пищаль очень красиво и приятно во всех положениях кольца! Такой сигнал точно ни с чем не перепутать.

Видео по прибору

Касательно конструктива и основных настроек и особенностей прибора можно посмотреть на видео, которое было снято на выставке IWA 2019.

Металлоискатель обещает быть очень интересным!

Что же, первые тесты покажут, первое впечатление сложилось очень приятное и интересное, ждём больше новостей!

Видео по металлоискателю будет совсем скоро, ждите!

Импульсный металлоискатель ВИНТИК своими руками!

Импульсный металлоискатель — «ВИНТИК»

Ранее мы рассматривали металлоискатель на одной микросхеме К561ЛА7 — он предназначен для поиска более крупных металлических предметов, находящихся на небольшой глубине. Сегодня, в статье рассмотрим импульсный металлоискатель «ВИНТИК» на трёх микросхемах, предназначенный для поиска мелких металлических предметов. Он сложнее предыдущего, особенно его настройка на максимальную чувствительность, но схема не содержит программируемых микросхем, а также в ней нет дорогих и дефицитных радиодеталей. Его чувствительность в несколько раз лучше, чем у предыдущего.

Параметры металлоискателя

Питание — 9-12 вольт

Потребляемый ток – 30-42 мА

Сигнализация — световая, звуковая

Чувствительность — телефонный микрофон (45 мм) — 25 см, золотое кольцо до 17 см.

Принципиальная схема импульсного металлоискателя «Винтик» (Ver.1)

(Доработанная версия металлоискателя в конце статьи.)

Описание схемы импульсного металлоискателя

Схема состоит из передающей и приёмной части. Принцип работы импульсного металлоискателя «Винтик» такой же, как в других импульсных металлоискателях, например: «ПИРАТ», «ИМПАД» и т.п. Об этом много говорилось и почитать подробнее о работе, изготовлении, настройки металлоискателей, изготовлении и настройки катушки можно на различных форумах этих металлоискателей, а также в группах в соцсетях, например одна из них в ВК https://vk.com/topic-33752123_31272720

Передатчик

Передающая часть состоит из генератора прямоугольных импульсов на микросхеме IC1 — NE555 (отечественный аналог КР1006ВИ1) и мощного ключа на транзисторе Т1 — IRF740 (IRF840). Для его раскачки стоит транзистор Т2 — 2N3904. Нагрузкой Т1 является поисковая катушка L1. Для подстройки длительности и частоты импульса подбираем сопротивление R10 и R11 соответственно.

Приёмник

Приемный узел собран на микросхеме IC2 — TL074. В её состав входит четыре малошумящих операционных усилителя. По входу первого каскада усилителя стоит ограничитель сигнала на диодах VD1,VD2, включенных встречно-параллельно. На выходе последнего усилителя включен светодиод, загорающийся при наличии металла в поле катушки.

После первого каскада усиления стоит пассивный фильтр, вырезающий полезную часть приходящего импульса.

На микросхеме IC3 — NE555 собран звуковой генератор, срабатывающий вместе со светодиодом при появлении металла. Управляет генератором транзистор T3 — 2N3906.

Диод VD3 IN4001 совместно с предохранителем (0,5А) нужны для защиты схемы от переполюсовки питания.

Читайте также:  Схема простейшей квартирной сигнализации
Поисковая катушка

Катушка L1 (250μH) намотана на оправке 180 — 200 мм и содержит 27 витков провода ПЭЛШО в лаковой и шёлковой изоляции, если такого нет, то ПЭВ (ПЭЛ, ПЭТВ и др.), диаметром 0,3 — 0,8 мм. Провод можно взять с трансформаторов, дросселей, отклоняющей системы или петли размагничивания негодного цветного телевизора. Катушку можно намотать на круглой оправке, например, ведре или кастрюле. Затем снять с оправки и обмотать несколько слоёв изоленты. Для изготовления катушки можно использовать пластмассовую крышку от ведра или пяльцы для вышивания, в которые очень хорошо укладывается провод.

Каркас катушки НЕ должен содержать металла! Сама катушка в этом типе металлоискателя тоже НЕ обматывается фольгой!

Провод, соединяющий катушку и плату должен быть толстым и желательно экранированным, а также не иметь соединений и разъёмов. В импульсе ток достигает больших значений и всё выше сказанное влияет на чувствительность прибора.

Настройка металлоискателя

Настройка этого металлоискателя намного сложнее, чем рассматриваемого ранее на одной микросхеме К561ЛА7.

Паять плату чистой канифолью или спирто-канифольным раствором. После пайки зубной щёткой смыть со спиртом остатки канифоли. После монтажа ОБЯЗАТЕЛЬНО ещё раз проверьте правильность монтажа согласно принципиальной схеме.

Правильно собранный металлоискатель работает сразу, но чтобы добиться максимальной чувствительности понадобится не мало усилий и терпения, а также не помешали бы для настройки осциллограф и частотомер. Также нужен будет мультиметр. При включении проконтролируйте ток, потребляемый прибором. При 9В — 30 мА, при 12В — 42мА.

Для питания устройства лучше взять аккумуляторы. Я взял из старой батареи от ноутбука. 4 шт по 3В = 12В.

Сначала рекомендуется намотать катушку около 30 витков, затем настроить максимальную чувствительность резисторами. В наушниках необходимо добиться R6 и R16 РЕДКОЕ ПОТРЕСКИВАНИЕ. Затем смотать 2 витка — далее настроить до потрескивания. Например, смотал 2 витка и пробовать первый каскад регулировать усиление (R6), затем прогнать регулировку фильтра (R14, C8), затем регулировку усиления второго каскада (R20), третьего (R22).

Контролировать пока можно на звук, на светодиод не обращать внимания. При сматывании витков ток будет расти, а вот чувствительность нужно «поймать» максимальную. Если много витков — она будет слабая и при малых витках тоже слабая. Найти нужно «золотую середину».

Резисторы R6 — порог усиления первого каскада (таблица напряжений ниже) совместно с регуляторами «Фильтр» и «Усиление» добиваемся максимальной чувствительности ( в наушниках редкое потрескивание! ) и R24 — порог срабатывания звукового генератора, для того чтобы светодиод и тон генератора в наушниках появлялись одновременно. Регуляторами «Фильтр» и «Усиление» устанавливаем порог начала свечения светодиода.

Мультиметром можно померить напряжения (В) на выводах ОУ (без присутствия металла в поле катушки /с присутствием металла) (питание металлоискателя +12В):

IC1 (NE555)

IC2 (TL074)

IC3 (NE555)

Если есть Осциллограф, то можно посмотреть:

Работу передатчика
  1. частоту генератора на IC1 выв.3 (подстройка R11 — 120 — 150Гц);
  2. длительность управляющего импульса на затворе Т1 (подстройка R10 — 130-150 мкс).
Работу приёмника

Прохождения импульсов передатчика в контрольных точках приёмника (выходы операционных усилителей Вывода 1, 14, 8 и 7.

Далее при поднесении металла к катушке появление положительного потенциала на выв. 8 и 7. При этом должен загореться красный светодиод «наличие металла».

На выходе микросхемы звукового генератора (выв. 3) появляется тон, частотой около 800 — 1000 Гц. Частота тона определяется конденсатором С13 и сопротивлением R27.

Для увеличения громкости на выходе микросхемы стоит транзисторе Т4 — 2N3906. Громкость в наушниках устанавливается сопротивлением R31, включенным последовательно с наушником.

Печатная плата металлоискателя «Винтик»

Схема металлоискателя собрана на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита по приведённому рисунку выше.

Расположение деталей на плате

Работа с металлоискателем

При включении регуляторами R14 «Фильтр» и R16 «Усиление» устанавливаем порог начала свечения светодиода. Настройка на максимальную чувствительность: находим такое положение, при котором в динамике едва прослушиваются щелчки!

Далее при поднесении металла щелчки переходят в треск и потом появляется тон генератора.

Принципиальная схема доработанного импульсного металлоискателя «VINTIK-PI»

Схема отличается от предыдущей:

  1. Добавлением вместо фильтра узла задержки на микросхеме NE555 и ключа на полевом транзисторе BF245. Длительность импульса регулируется подстроечным резистором от 50 до 100 мкс. В предыдущей версии нужная часть импульса вырезалась пассивным фильтром на R9, R12, R14, C8, C9, C10 теперь это делает узел задержки с ключом (NE555 и BF245). При этом решении упрощается задача настройки фильтра металлоискателя, а также возрастает чувствительность на 5-7 см, ток потребления возрос до 65 мА (в зависимости от катушки).
  2. Добавлена схема контроля питания на свободном элементе (IC 2.2) TL074. При понижении питания ниже 12В загорается светодиод. С 12 В до 10 В схема ещё работоспособна с небольшой корректировкой регулятора «усиления». Чувствительность при понижении питания тоже снижается.
  3. Изменена схема регулировки громкости. Теперь можно подключать к выходу как наушники, так и маломощный динамик. При подключении наушника динамик отключается.
  4. В данной схеме используется поисковая катушка «корзиночного типа» , состоящая из трёх витков компьютерного кабеля «витая пара» (без экрана). С её помощью удается получить большую чувствительность прибора.

Обсудить предложенные металлоискатели можно на нашем ФОРУМЕ здесь.

Если у Вас желание собрать схему, но нет необходимых деталей Вы можете купить набор для самостоятельной сборки металлоискателя «VINTIK-PI»

ВНИМАНИЕ!

Для начинающих радиолюбителей рекомендуем начать с более простого импульсного металлоискателя ПИРАТ.

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ

П О П У Л Я Р Н О Е:

Некоторые неисправности холодильника Whirlpool ARC 4208 IX

В жизни любого Мастер-Винтика случаются иногда интересные истории, связанные с ремонтом бытовой техники.

У меня недавно произошёл такой случай: пригласил знакомый по случаю отказа холодильника, приезжавшие до этого на вызов холодильщики, как-то прохладно отнеслись к проблеме и ретировались.

Описания осциллографических приставок к телевизору уже публиковались на страницах журнала («Радио», 1959, № 1; 1965, № 8 и др.). Однако в отличие от них предлагаемая приставка не требует вмешательства в схему телевизора (она подключается к антенному гнезду телевизора). Совместно с генератором качающейся частоты ее можно использовать для налаживания усилителей ПЧ радиоприемников. Подробнее…

Далеко не во всех автомобилях установлен контроль за напряжением бортовой сети. Раньше в отечественных автомобилях стояла обычная лампочка в щитке, которая сигнализировала о зарядке АКБ. Это, конечно мало информации. Было бы не лишним установить дополнительный цифровой вольтметр или хотя бы индикатор из нескольких разноцветных светодиодов, показывающий основные пороги допустимых напряжений. Ниже приведены три простые схемы светодиодных индикаторов напряжения авто.

Импульсный металлодетектор

ВНИМАНИЕ! При настройке и эксплуатации металлодетектора следует соблюдать меры электробезопасности, так как в приборе имеется высокое, потенциально опасное для жизни напряжение – на коллекторе ключевого транзистора и на поисковой катушке.
ВНИМАНИЕ! Изучите законодательство Вашей страны, связанное с возможными последствиями поисковых действий с металлоискателем, и соблюдайте эти требования!

Вся информация на сайте представлена исключительно в образовательных целях.
Администратор сайта не несет ответственности за возможные последствия использования представленной информации.

Типы металлодетекторов

Существует три основных типа металлодетекторов:

  • BFObeat frequency oscillatorметаллодетектор на биениях – используются два колебательных контура. В одном из них (search oscillator) индуктивным элементом служит поисковая катушка, а его сигнал смешивается с сигналом другого эталонного генератора (reference oscillator). Металл вблизи катушки влияет на частоту генерации этого контура, что проявляется в изменении частоты результирующих биений.
  • IBinduction balanceиндукционно-балансный металлодетектор.
    Разновидностями таких детекторов являются TR (transmit-receive) и VLF (very low frequency).
    В детекторе TR две катушки (передающая (transmitter coil) и приемная (receiver coil)) расположены так, что индуктивная связь между ними отсутствует:

    В передающую катушку подается модулированный (например, частотой 800 Гц) сигнал радиочастоты (например, частоты 130 кГц). При наличии металла возникает возмущение в электромагнитном поле и в приемной катушке возникает сигнал. Он усиливается на высокой частоте, детектируется и выделенный низкочастотный сигнал после усиления подается в динамик или наушники.
  • PIpulse inductionимпульсный металлодетектор. В импульсном детекторе поисковая катушка не является частью резонансного контура, что позволяет делать ее практически любого размера и формы (например, популярный размер катушки для глубинного поиска – 1 м × 1 м). Разделение по времени фазы передачи и приема сигнала позволяет работать с более высокой мощностью излучаемого сигнала.

Импульсный (англ. Pulse Induction, PI) металлодетектор (металлоискатель) (англ. Pulse Induction Metal Detector) представляет собой одну из многочисленных разновидностей этих полезных и занимательных устройств. Импульсные металлодетекторы известны с начала 1960-х годов. Большой вклад в их разработку внес английский инженер Эрик Фостер (Eric Foster).

Теоретические основы работы импульсного металлодетектора


В процессе его работы с помощью мощного транзисторного ключа поисковая катушка-излучатель периодически на короткое время подключается к источнику питания, что вызывает протекание через катушку тока экспоненциально нарастающего тока силой до нескольких ампер и более (первая часть кривой a).
Напряженность магнитного поля $H$, создаваемого током $I$ в круглой катушке из $w$ витков радиусом $R$, на оси катушки расстоянии $z$ от центра катушки определяется выражением: $H = < <2 w I > over < <(+ )>^ <3 over 2>> >$.
При резком прерывании этого тока (вторая часть кривой a) на катушке возникает импульс напряжения самоиндукции (кривая b) величиной до сотен вольт. Подобный процесс происходит и в катушке зажигания автомобиля.
При расположении вблизи катушки токопроводящего объекта – мишени (англ. target) резко изменяющееся при прерывании тока первичное магнитное поле катушки пронизывает этот объект и создает в нем вихревые токи (англ. eddy currents) (кривая c). Эти вихревые токи всегда оказывают противодействие вызвавшему их изменению магнитного поля, создавая вторичное магнитное поле. Это переменное магнитное поле достигает витков поисковой катушки и наводит в ней переменное напряжение, которое накладывается на напряжение самоиндукции и приводит к удлинению заднего фронта импульса напряжения на катушке (кривая d).
Для детектирования факта удлинения фронта импульса сигнал (напряжение на поисковой катушке) стробируется с помощью электронного ключа (кривая e). При этом отсекается сигнал от передаваемого импульса и всплеск напряжения самоиндукции сразу после его окончания. Короткая задержка стробирования выбирается таким образом, чтобы за это время успели завершиться переходные процессы, вызванные прерыванием тока в катушке (кривая b).
Таким образом происходит разделение передаваемого и принимаемого сигналов, а единственная катушка используется как для передачи, так и для приема сигнала (TR).

Схема импульсного металлодетектора

В импульсном металлодетекторе можно выделить генератор импульсов, транзисторный ключ, узел поисковой катушки, схему детектирования и схему индикации.
Генератор импульсов
Две основные разновидности – генератор на интегральном таймере NE555 и генератор на двух транзисторах.

Транзисторный ключ
В качестве ключевого элемента используется мощный MOSFET с предварительным каскадом на биполярном транзисторе.
Во многих конструкциях в качестве ключевого транзистора применяется IRF740 (400 В, 0,55 Ом, 10 А).
Узел поисковой катушки
Катушка намотана “внавал” медным проводом диаметром 1,4 мм. Сопротивление катушки составляет

Читайте также:  Горелка для газопламенной пайки своими руками

0,3 Ом.

изготовление поисковой катушки

Следует отметить, что нельзя пропитывать витки катушки лаком или эпоксидной смолой из-за того, что это может привести к увеличению паразитной межвитковой емкости из-за высокой диэлектрической проницаемости. По сведениям в [1] у отвержденной эпоксидной смолы относительная диэлектрическая проницаемость составляет 4,4 . 4,8. Для лаков по сведениям в различных источниках она составляет 3,5 . 4. Для сравнения – у воздуха эта величина равна 1. Таким образом, межвитковая емкость при применении лаков или эпоксидных смол увеличивается в несколько раз.


собранная катушка
Нижеприведенная схема применяется в металлодетекторах PIRAT, BM8042 – КОЩЕЙ-5И, White’s Surfmaster PI.

Параллельно поисковой катушке L включен резистор R7 для гашения импульса напряжения самоиндукции, а два включенных встречно-параллельно диода VD1 и VD2 совместно с резистором R8 ограничивают величину импульса, поступающего на вход схемы детектирования.
Диоды VD1, VD21N4148.
Резистор R7 – 220. 390 Ом.
Резистор R8 – 390. 1000 Ом.
Схема детектирования
Схема детектирования состоит из двух операционных усилителей, один из которых работает в режиме усилителя, а второй в режиме компаратора.
Схема индикации
В простейшем случае схема звуковой индикации представляет собой усилитель звуковой частоты на биполярном транзисторе, нагруженный на динамик.

Моделирование металлодетектора

Изучить особенности работы и настройки рассматриваемого устройства можно с помощью схемотехнического моделирования металлодетектора. Предлагаю Вашему вниманию разработанную мной модель импульсного металлодетектора PIRAT (сокращение от PI – импульсный, RA-Tradioskot – сайт разработчиков) для популярного симулятора LTspice:
щелкните мышкой по рисунку для просмотра в крупном масштабе

Снимок окна программы LTspice с открытой моделью

Для изучения возможностей программы LTspice и основ работы с ней можете воспользоваться моим пособием:
Воронин А.В. Компьютерное моделирование переходных процессов в линейных электрических цепях: учеб.-метод. пособие. – Гомель: БелГУТ, 2014. – 94 с.
(скачать – PDF, 1,98 МБ)

Модель металлодетектора содержит генератор на таймере NE555, узел поисковой катушки и схему детектирования (без схемы индикации).
Файл модели: PIRAT.asc
Для запуска также потребуются файлы модели операционного усилителя TL072:
TL072.asy и TL072.sub .
Файл TL072.asy скопировать в директорию libsub директории LTspice.
Файл TL072.sub скопировать в директорию libsymOpamps директории LTspice

Вы можете изменять при моделировании:
напряжение питания – параметр U;
сопротивления резисторов настройки – параметры R12 и R13;
индуктивность и сопротивление поисковой катушки – параметры L и R;
индуктивность мишени и коэффициент связи с ней – параметры Lt и Km соответственно,
а также номиналы других элементов цепи.

Результаты моделирования позволяют анализировать электромагнитные процессы в металлодетекторе:

импульсы на выходе таймера NE555

Генератор на базе таймера NE555 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов с большой скважностью.
В моем металлоискателе длина импульса составляет 0,17 мс, период повторения – 15,6 мс (частота повторения 64 Гц), причем расчетные значения совпадают с полученными при моделировании.

Резистор R7 предназначен для создания пути для тока при размыкании цепи посредством выключения MOSFETа (в модели обозначен M1). Энергия магнитного поля, накопленная в катушке, рассеивается в этом резисторе. Я выполнил моделирование при различных значения сопротивления шунтирующего катушку резистора (напряжение питания 9 вольт) и представил зависимость максимального напряжения на MOSFETе от сопротивления резистора в виде графика:

Как видно из графика, при увеличении сопротивления резистора пиковое значение напряжения возрастает (теоретически стремится к бесконечности). Если это напряжение превысит предельно допустимое напряжение для транзистора, то это может вызвать его пробой.

Также на максимальное значение импульса напряжения на катушке оказывает сильное влияние величина напряжения питания. Результаты моделирования приведены для сопротивления шунтирующего резистора R7, равного 300 Ом:

На вышеприведенном графике видна линейная зависимость пика импульса напряжения на катушке от напряжения питания.


токи в катушке и мишени

щелкните мышкой по рисунку для просмотра в крупном масштабе

ток в катушке и напряжения в детектирующей части схемы

Увеличение сопротивления переменных резисторов R12+R13 смещает вниз напряжение на прямом входе ОУ2, и оно перестает превышать напряжение на инверсном входе ОУ2, при этом импульсы на выходе ОУ2 отсутствуют. При повышении напряжения питания требуется увеличивать сопротивление переменных резисторов до исчезновения импульсов на выходе ОУ2.


импульс напряжения на катушке

О применении Arduino в таком металлодетекторе Вы можете прочитать здесь.

Источники
1 Энциклопедия полимеров. В.А. Каргин и др. Т.1 – М.: “Советская Энциклопедия”, 1972. С. 742.

Импульсные металлоискатели

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

Недостатки:

  • им сложно работать в условиях сильной замусоренности металлическими предметами
  • сильно подвержены влиянию электромагнитных помех

Однако технологии не стоят на месте. И процессорные металлоискатели преодолевают свои недостатки и импульсные миноискатели нейтрализуют свои недостатки.

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.

Импульсный металлоискатель

Предлагаемый вашему вниманию импульсный металлоискатель является совместной разработкой автора и инженера из г. Донецка (Украина) Юрия Колоколова (адрес в Интернете – http://home.skif.net/

yukol/index.htm), усилиями которого удалось воплотить идею в законченное изделие на основе программируемого однокристального микроконтроллера. Им разработано программное обеспечение, а также проведены натурные испытания и обширная работа по отладке.

В настоящее время московской фирмой “Мастер Кит” [3] (см. также Рекламное приложение в конце книги) планируется выпуск наборов для радиолюбителей для самостоятельной сборки описываемого металлоискателя. Набор будет содержать печатную плату и электронные компоненты, включая уже запрограммированный контроллер. Возможно, для многих любителей поиска кладов и реликвий приобретение такого набора и последующая его несложная сборка окажутся удобной альтернативой приобретению дорогого промышленного прибора или изготовлению металлоискателя полностью своими силами.

Для тех, кто чувствует уверенность в себе и готов попробовать изготовить и запрограммировать микропроцессорный импульсный металлоискатель, на персональной страничке Юрия Колоколова в Интернете помещен код ознакомительной версии прошивки контроллера в формате Intel HEX и другая полезная информация. Данная версия прошивки отличается от полной версии отсутствием некоторых режимов работы металлоискателя.

Принцип действия импульсного или вихретокового металлоискателя основан на возбуждении в металлическом объекте импульсных вихревых токов и измерении вторичного электромагнитного поля, которое наводят эти токи. В этом случае возбуждающий сигнал подается в передающую катушку датчика не постоянно, а периодически в виде импульсов. В проводящих объектах наводятся затухающие вихревые токи, которые возбуждают затухающее электромагнитное поле. Это поле, в свою очередь, наводит в приемной катушке датчика затухающий ток. В зависимости от проводящих свойств и размера объекта, сигнал меняет свою форму и длительность. На рис. 24. схематично показан сигнал на приемной катушке импульсного металлоискателя.

Рис. 24. Сигнал на входе импульсного металлоискателя
Осциллограмма 1 – сигнал в отсутствии металлических мишеней; осциллограмма 2 – сигнал при нахождении датчика вблизи металлического объекта

Импульсные металлоискатели имеют свои достоинства и недостатки. К достоинствам относится малая чувствительность к минерализованному грунту и соленой воде, к недостаткам – плохая селективность по типу металла и сравнительно большое потребление энергии.

Практическая конструкция

Большинство практических конструкций импульсных металлоискателей [9, 10] строятся либо по двухкатушечной схеме, либо по однокатушечной схеме с дополнительным источником питания. В первом случае прибор имеет раздельные приемную и излучающую катушки, что усложняет конструкцию датчика. Во втором случае катушка в датчике одна, а для усиления полезного сигнала используется усилитель, который питается от дополнительного источника питания. Смысл такого построения заключается в следующем – сигнал самоиндукции имеет более высокий потенциал, чем потенциал источника питания, который используется для подачи тока в передающую катушку. Поэтому для усиления такого сигнала усилитель должен иметь собственный источник питания, потенциал которого должен быть выше напряжения усиливаемого сигнала. Это также усложняет схему прибора.

Читайте также:  Портативная Bluetooth колонка своими руками

Предлагаемая однокатушечная конструкция построена по оригинальной схеме, которая лишена приведенных выше недостатков.
Основные технические характеристики
Напряжение питания 7,5. 14 В
Потребляемый ток не более 90 мА

Глубина обнаружения:
монета диаметром 25 мм 20 см
пистолет 40 см
каска 60 с

Несмотря на относительную простоту конструкции предлагаемого импульсного металлоискателя, его из-I готовление в домашних условиях может оказаться затруднительным из-за необходимости занесения в микроконтроллер специальной программы. Это можно сделать, только имея соответствующую квалификацию и программно-аппаратные средства для работы с микроконтроллером.

Структурная схема

Структурная схема изображена на рис. 25 Основой устройства является микроконтроллер. С его помощью осуществляется формирование временных интервалов для управления всеми узлами устройства, а также индикация и общее управление прибором. С помощью мощного ключа производится импульсное накопление энергии в катушке датчика, а затем прерывание тока, после которого возникает импульс самоиндукции, возбуждающий электромагнитное поле в мишени.

Рис. 25. Структурная схема импульсного металлоискателя

“Изюминкой” предлагаемой схемы является применение дифференциального усилителя во входном каскаде. Он служит для усиления сигнала, напряжение которого выше напряжения питания, и привязке его к определенному потенциалу (+5 В). Для дальнейшего усиления служит приемный усилитель с большим коэффициентом усиления. Для измерения полезного сигнала служит первый интегратор. Во время прямого интегрирования производится накопление полезного сигнала в виде напряжения, а во время обратного интегрирования производится преобразование результата в длительность импульса. Второй интегратор имеет большую постоянную интегрирования (240 мс) и служит для балансировки усилительного тракта по постоянному току.

Принципиальная схема

Принципиальная схема импульсного металлоискателя изображена на рис. 26 – дифференциальный усилитель, приемный усилитель, интеграторы и мощный ключ. С1 2200М

Рис. 26. Принципиальная электрическая схема импульсного металлоискателя. Усилительный тракт, мощный ключ, интеграторы

Рис. 27. Принципиальная электрическая схема импульсного металлоискателя. Микроконтроллер

На рис. 27 изображен микроконтроллер и органы управления и индикации. Предложенная конструкция разработана полностью на импортной элементной базе. Использованы самые распространенные компоненты ведущих производителей. Некоторые элементы можно попытаться заменить на отечественные, об этом будет сказано ниже. Большинство примененных элементов не являются дефицитными и могут быть приобретены в больших городах России и СНГ через фирмы, торгующие электронными компонентами.

Мощный ключ собран на полевом транзисторе VT1. Так как примененный полевой транзистор типа IRF740 имеет емкость затвора более 1000 пФ, для его быстрого закрытия используется предварительный каскад на транзисторе VT2. Скорость открывания мощного ключа уже не столь критична из-за того, что ток в индуктивной нагрузке нарастает постепенно. Резисторы R1, R3 предназначены для “гашения” энергии самоиндукции. Их номинал выбран из соображений безопасной работы транзистора VT1, а также обеспечения апериодического характера переходного процесса в контуре, который образован индуктивностью датчика и паразитной межвитковой емкостью. Защитные диоды VD1, VD2 ограничивают перепады напряжения на входе дифференциального усилителя.

Дифференциальный усилитель собран на ОУ D1.1. Микросхема D1 представляет собой счетверенный операционный усилитель типа 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. Эти свойства и обусловили его применение в дифференциальном усилителе в частности и в схеме в целом. Коэффициент усиления дифференциального усилителя составляет около 7 и определяется номиналами резисторов R3, R6-R9, R11.

Приемный усилитель D1.2 представляет собой не-инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления 56. Во время действия высоковольтной части импульса самоиндукции этот коэффициент снижается до 1 с помощью аналогового ключа D2.1. Это предотвращает перегрузку входного усилительного тракта и обеспечивает быстрое вхождение в режим для усиления слабого сигнала. Транзистор VT3, а также транзистор 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 С6 начинает разряжаться через резистор R21. Время разряда будет пропорционально напряжению, которое установилось на конденсаторе С6 к концу интегрирования полезного сигнала.

Это время измеряется с помощью микроконтроллера, который осуществляет аналого-цифровое преобразование. Для измерения времени разряда конденсатора С6 используются аналоговый компаратор и таймеры, которые встроены в микроконтроллер D3.

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

Рис. 28. Осциллограммы

Для разъяснения принципа работы описываемого импульсного металлоискателя на рис. 28 приведены осциллограммы сигналов в наиболее важных точках прибора.

На время интервала А открывается ключ VT1. Через катушку датчика начинает протекать пилообразный ток -осциллограмма 2. При достижении тока около 2 А ключ закрывается. На стоке транзистора VT1 возникает выброс напряжения самоиндукции – осциллограмма 1. Величина этого выброса – более 300 В (!) и ограничивается резисторами R1, R3. Для предотвращения перегрузки усилительного тракта служат ограничительные диоды VD1, VD2. Также Для этой цели на время интервала А (накопление энергии в катушке) и интервала В (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 С, ключ D2.1 закрывается и коэффициент усиления тракта становится большим. После завершения защитного интервала С, 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 Е и F) конденсатор С6 полностью разряжается. С помощью встроенного аналогового компаратора микроконтроллер отмеряет величину интервала Е, которая оказывается пропорциональной уровню входного полезного сигнала. Для версии 1.0 микропрограммного обеспечения установлены следующие значения интервалов:

А-60. 200 мкс, С – 8 мкс,

В- 12 мкс, D – 50 мкс,

A+B+C+D+E+F – 5 мс – 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.

Типы деталей и конструкция

Вместо операционного усилителя D1 TL074N можно попробовать применить TL084N или по два сдвоенных ОУ типов TL072N, TL082N. Микросхема D2 – это счетверенный аналоговый ключ типа CD4066, который можно заменить на отечественную микросхему К561КТЗ. Микроконтроллер D4 AT90S2313-10PI прямых аналогов не имеет. В схеме не предусмотрены цепи для его внутрисхемного программирования, поэтому контроллер желательно устанавливать на панельку, чтобы его можно было перепрограммировать.

Стабилизатор 78L05 можно, в крайнем случае, заменить на КР142ЕН5А.

Транзистор VT1 типа IRF740 можно попробовать заменить на IRF840. Транзисторы VT2-VT4 типа 2N5551 можно заменить на КТ503 с любым буквенным индексом. Однако следует обратить внимание на тот факт, что они имеют разную цо-колевку. Светодиоды могут быть любого типа, VD8 желательно взять другого цвета свечения. Диоды VD1, VD2 типа 1N4148.

Резисторы могут быть любых типов, R1 и R3 должны иметь рассеиваемую мощность 0,5 Вт, остальные могут быть 0,125 или 0,25 Вт. R9 и R11 желательно подобрать, чтобы их сопротивление отличалось не более, чем на 5 %.

Подстроечный резистор R7 желательно использовать многооборотный.

Конденсатор С1 – электролитический, на напряжение 16 В, остальные конденсаторы керамические. Конденсатор С6 желательно взять с хорошим ТКЕ.

Кнопка S1, переключатели S2-S4, переменный резистор R29 могут быть любых типов, которые подходят по габаритам. В качестве источника звука можно использовать пьезоизлучатель или головные телефоны от плеера.

Конструкция корпуса прибора может быть произвольной. Штанга вблизи датчика (до 1 м) и сам датчик не должны иметь металлических деталей и элементов крепления. В качестве исходного материала для изготовления штанги удобно использовать пластиковую телескопическую удочку.

Датчик содержит 27 витков провода диаметром 0,6. 0,8 мм, намотанного на оправке 190 мм. Датчик не имеет экрана и его крепление к штанге должно осуществляться без применения массивных шурупов, болтов и т.д. (!) В остальном технология его изготовления может быть такая же, как для индукционного металлоискателя. Для соединения датчика и электронного блока нельзя использовать экранированный кабель из-за его большой емкости. Для этих целей надо использовать два изолированных провода, например типа МГШВ, свитых вместе.

Налаживание прибора

Внимание! В приборе имеется высокое, потенциально опасное для жизни напряжение – на коллекторе VT1 и на датчике. Поэтому при настройке и эксплуатации следует соблюдать меры электробезопасности.

Настройку прибора рекомендуется проводить в следующей последовательности:

1. Убедиться в правильности монтажа.

2. Подать питание и убедиться, что потребляемый ток не превышает 100 (мА).

3. С помощью подстроечного резистора R7 добиться такой балансировки усилительного тракта, чтобы осциллограмма на выводе 7 D1.4 соответствовала осциллограмме 4 на рис. 28. При этом необходимо следить за тем, чтобы сигнал в конце интервала D был неизменным, т.е. осциллограмма в этом месте должна быть горизонтальной.

В дальнейшей настройке правильно собранный прибор не нуждается. Необходимо поднести датчик к металлическому объекту и убедиться в работе органов индикации. Описание работы органов управления приводится в описании программного обеспечения.

Программное обеспечение

На момент написания этой главы было разработано и протестировано программное обеспечение версий 1.0 и 1.1. Код “прошивки” версии 1.0 в формате Intel HEX можно найти в Интернете на персональной страничке Юрия Колоко-лова [7].

Коммерческая версия 1.1 программного обеспечения планируется к поставке в виде уже запрограммированных микроконтроллеров в составе наборов, выпускаемых фирмой “Мастер Кит” [3]. Версия 1.0 реализует следующие функции:

– контроль напряжения питания – при напряжении питания менее 7 В начинает прерывисто загораться светоди-од VD8;

– фиксированный уровень чувствительности;

– статический режим поиска.

Версия программного обеспечения 1.1 отличается тем, что позволяет регулировать чувствительность прибора с помощью переменного резистора R29.

Работа над новыми версиями программного обеспечения продолжается, планируется введение дополнительных режимов. Для управления новыми режимами зарезервированы переключатели S1, S2. Новые версии, после их всестороннего тестирования, будут доступны в наборах “Мастер Кит”. Информация о новых версиях будет публиковаться в Интернете на персональной страничке Юрия Колоколова [7].

Ссылка на основную публикацию