Этот металлоискатель, несмотря на малое число
деталей и простоту в изготовлении, отличается достаточно большой
чувствительностью. Так, крупные металлические предметы, такие
как батарея отопления, он способен обнаружить на расстоянии
до 60 см, мелкие же, например, монету диаметром 25 мм — на
расстоянии 15 см.
Принцип работы устройства основан на изменении частоты в
измерительном генераторе под воздействием находящихся рядом
металлов и выделении разностной частоты (биений) между измерительным
и образцовым генератором. Так как эта частота находится в
звуковом диапазоне, ее можно услышать.
В данной схеме частота образцового генератора, выполненного
на DD1.1, стабилизирована при помощи пьезоэлемента, в качестве
которого использован пьезофильтр (ZQ1) на промежуточную частоту
(465 кГц), имеющуюся в любом бытовом супергетеродинном радиоприемнике.
Такие элементы широко распространены (легко доступны) и гораздо
дешевле, чем кварцевые резонаторы. Применение пьезоэлемента
позволяет повысить стабильность частоты образцового генератора
по сравнению с обычными LC или RG генераторами, а значит,
увеличить дальность обнаружения металлических предметов.
Измерительный генератор собран на логическом элементе! DD1.2
и содержит катушку (L1) в виде рамки, которая является датчиком.
При приближении ее к металлу меняется индуктивность катушки,
что приводит к изменению частоты автогенератора. Начальная
часто-; та автогенератора определяется элементами C1-C2-C3-L1
и подстраивается при помощи регулируемого конденсатора С1,
близкой к частоте образцового генератора (чуть больше или
меньше чем 465 кГц).
На элементе DD1.3 сигналы 2-х генераторов смешиваются.
Выходной сигнал DD1/11 содержит разностную гармонику, и, чтобы
ее отделить от высокочастотных импульсов, установлен фильтр
из R3-C5. Низкочастотный сигнал усиливается полевым транзистором
VT2 и подается на звуковой излучатель — наушники BF.
Применение в автогенераторах логических элементов КМОП микросхемы,
благодаря их большому входному сопротивлению, позволяет получить
высокую добротность в колебательном контуре измерительного
генератора, что повышает у него стабильность частоты. Это
дает возможность работать при малых биениях и таким образом
увеличить чувствительность металлоискателя (любой человек
может на слух различить изменение частоты на 10 Гц в области
низких частот).
В качестве автономного источника питания схемы можно использовать
7 аккумуляторных элементов Д-0,125 или уже собранный из них
аккумулятор 7Д-0.125Д.
Питание автогенераторов стабилизировано при помощи прецизионного
стабилитрона КС166В (лишь параметрические стабилизаторы
на напряжение около 6 В имеют близкий к нулю дрейф напряжения
при изменении окружающей температуры).
Как известно из теории, чтобы получить большой коэффициент
стабилизации от параметрического стабилизатора, необходимо
чтобы последовательно с ним был установлен добавочный резистор.
А коэффициент стабилизации у такого стабилизатора тем выше,
чем больше величина этого резистора. Величину добавочного
резистора можно увеличить, если входное напряжение значительно
больше выходного (стабилизируемого). В данной схеме это делать
нецелесообразно, и поэтому вместо добавочного резистора в
цепи стабилитрона установлен транзистор VT1, как это предложено
в Л6. Что позволяет повысить коэффициент стабилизации стабилитрона
даже при минимальной разности напряжения эмиттер-коллектор
у транзистора VT1.
Схема металлоискателя сохраняет работоспособность при снижении
напряжения до 5 В, но в этом случае стабилизации напряжения
питания не будет.
Потребляемый металлоискателем ток (а значит и продолжительность
работы) сильно зависит от сопротивления подключенных на выходе
звуковых наушников. По этой причине их сопротивление
должно быть как можно больше (>100 Ом), для чего телефоны
в наушниках подключены последовательно. Резистор R7 ограничивает
максимальный ток транзистора VT2 при коротком замыкании в
наушниках, а резистор R6 позволяет регулировать громкость
звука. Для удобства такой резистор объединен с включателем
питания SA1.
Наушники соединяются через любое стандартное гнездо Х1. Гнездо
Х2 предназначено для подключения сетевого зарядного устройства
для аккумулятора G1. Это позволит выполнять подзарядку элементов
питания не вынимая их из корпуса, потому что в домашних условиях
трудно изготовить открывающийся отсек для доступа.
При изготовлении устройства использованы детали: конденсатор
настройки С1 от любого миниатюрного радиоприемника (например
КП-180); С2 и СЗ должны быть с минимальным отрицательным ТКЕ
(М47, М75), С4 и С5 из серии К10 (К10-17); С6 — К53-1 на 16
В. Переменный резистор R6 типа СПЗ-ЗбМ (он предусматривает
горизонтальную установку на плате и имеет встроенный включатель
SA1), подстроечный резистор R5 типа СПЗ-19а, остальные подойдут
любые малогабаритные.
Пьезорезонатор (пьезофильтр ZQ1) скорее всего подойдет любой
из серии ФП1П1-61 (-01, -02 и т. д.), а также можно попробовать
многие другие типы, имеющие три вывода.
Элементы, выделенные на электрической схеме пунктиром, расположены
на односторонней печатной плате из стеклотекстолита толщиной
1…1.5 мм и размерами 75×40 мм. Плата размещается вблизи
от катушки датчика L1. Место, где закрепляется плата с элементами,
экранировать не обязательно.
Катушка датчика металлоискателя L1 имеет вид тороидальной
рамки . Она наматывается медным проводом ПЭВ (ПЭЛ) диаметром
1,2 мм на любой подходящей оправке диаметром 20 см, например,
вырезанной из пенопласта. Намотка выполняется в навал 30 витков
(индуктивность получается около 480 мкГн, добротность 7,6).
После намотки катушки рамка обматывается любой диэлектрической
лентой (лакотканью или изолентой), а после этого тонкой алюминиевой
фольгой, выпускаемой в виде ленты (например, типа ДПРХМ 0,1×30
ГОСТ 618-73).
Такую фольгу спользуют в некоторых телефонных кабелях для
выполнения внешнего экрана. Можно применить также медную фольгу.
У места выводов катушки участок около 10 мм закрывать фольгой
не нужно (между концами экрана оставляем зазор, как это показано
на рисунке).
Экран у катушки уменьшает влияние паразитных емкостей, что
повышает стабильность рабочей частоты измерительного автогенератора.
Применение толстого провода при изготовлении L1 обеспечивает
более высокую добротность у катушки и придает жесткость рамке
без использования дополнительных элементов крепления.
На рисунке показан один из возможных вариантов выполнения
конструкции корпуса металлоискателя. В качестве материала
для закрепления рамки и платы с деталями подойдет любой диэлектрик,
например, оргстекло толщиной 5 мм. Если элементы питания используются
типа Д-0,115, толщина корпуса может быть уменьшена до 25 мм
(за счет их закрепления на плоскости между двумя платами).
Настройка схемы после проверки осциллографом наличия импульсов
на выходах автогенераторов начинается со стабилизатора напряжения.
На схему от лабораторного источника питания подаем напряжение
8,4 В (номинальное для указанных выше элементов питания) и
измеряем потребляемый ток (без подключенных телефонов BF).
Он не должен превышать 4,8 мА, для чего может потребоваться
подбор резистора R4. Теперь цифровым вольтметром измеряем
напряжение на стабилитроне VD1. При изменении питающего напряжения
от 7 до 10 В на стабилитроне оно должно меняться не более
чем на 0,07 В.
При напряжении питания 8,4 В подстройкой конденсатора С1
получаем на R5 сигнал разностной частоты (100…3000 Гц) между
двумя генераторами. Его форма показана на нижнем рисунке.
После этого подключаем наушники и при удобной громкости сигнала
(зависящей от R6) подстройкой резистора R5 устанавливаем рабочую
точку у полевого транзистора VT2 так, чтобы на его стоке был
меандр (контролируем осциллографом). Теперь прибор готов к
работе.
Окончательную подстройку выполняем при помощи конденсатора
С1 при отсутствии на расстоянии вблизи 1 м металлических предметов.
Для удобства использования металлоискателя низкочастотный
сигнал устанавливаем на слух в диапазоне 100…500 Гц. В этом
случае будет более заметно изменение частоты при приближении
рамки датчика к металлическому предмету. Причем, в зависимости
от типа токопроводящего материала, частота может увеличиваться
или уменьшаться до получения нулевых биений.
При помощи регулировки конденсатора С1 можно легко добиться
нулевых биений, когда вообще нет звука при отсутствии металла.
В этом случае сигнал появится при приближении к металлу рамки
датчика, но вариант работы, при которой устанавливается небольшая
начальная частота звука на выходе, позволяет добиться большей
чувствительности металлоискателя.
По материалом книги "Полезные схемы" И.П. Шелестов