Глубинный металлоискатель своими руками
Детская мечта - металлоискатель. Еще в 199Х переписал статью из замечательной книги Войцеховского, но так и не сделал, несмотря на то что схема металлоискателя достаточно простая. Может кому пригодится.
Комбинированный металлоискатель
Комбинированный металлоискатель представляет прибор высокого класса, состоящий из передатчика и приемника.
Принцип работы. Генератор ВЧ передатчика работает по схеме с параллельным контуром (L1 С1 на тиристоре Д1, рабочая частота 120 кГц) Рамочные антенны (передающая и приемная) размещаются относительно друг друга под прямым углом так, чтобы приемник не мог принимать сигналы генератора. Металлический предмет искажает магнитное поле генератора, и антенна приемника улавливает его колебания. Масса металла действует как дополнительный излучатель, направляя часть энергии генератора в антенну приемника.
Рис. Схема передатчика
В состав передатчика входит также звуковой генератор Т1 (КТ117) на частоту 200 Гц. Д1 тиристор, мощность - 0,25-1 Вт. При обнаружении металлического предмета в телефонах слышится звук с частотой 200 Гц. Сила звука зависит от массы металла и расстояния до него.
Приемник (диоды Д1 и Д2) - детекторный. Колебательный контур его LI C1 настроен на частоту 120 кГц. Усилителем может быть любой усилитель НЧ радиоприемника. Достаточно, чтобы он был не менее чем на 5-6 транзисторах. На выходе подключают динамическую головку громкоговорителя или добавочные телефоны.
Рис. Схема приемника
Транзистор Т1 - усилитель постоянного тока (УПТ) для стрелочного прибора (0,1 мА), измеряющего уровень принимаемого сигнала. Таким образом, в нашем распоряжении имеются визуальный и акустический индикаторы. Рабочая частота искателя 120 кГц, что не мешает радиоприему, так как промежуточная частота (ПЧ) большинства приемников 465 кГц.
Детали. Катушка L1 (рамочная антенна передатчика) состоит из 74 витков провода ПЭВ 0,4 (рис. в ).
Рис. Катушка L1
Отвод сделан от второго витка снизу (по схеме); сначала наматывают катушку с двумя витками, затем в том же направлении с 72 витками и соединяют их последовательно. В приборе применены бумажные конденсаторы на рабочее напряжение 200 В, за исключением Cl, C2 и СЗ, которые должны быть пленочными. Телефоны лучше взять с сопротивлением катушек 2... 4 кОм.
Корпус передатчика и кронштейн катушки антенны делают из пластмассы. Размеры корпуса 50 х 95 х 160 мм. Источник питания: две 4,5 -вольтовые батареи, включенные, последовательно, или две 9-вольтовые, соединенные параллельно.
Рамочная антенна приемника L1 содержит 68 витков провода ПЭЛ или ПЭВ 0,4. Транзисторный усилитель НЧ удобно скомпоновать вместе с приемником. Его можно носить на ремне через плечо.
Стрелочный измерительный прибор располагают на корпусе приемника. Миллиамперметр можно взять и с меньшей чувствительностью (0...5...10 мА). Передатчик с приемником укрепляют на концах деревянного шеста диаметром 20 и длиной 600... 900 мм. Приемник приклеивают эпоксидной смолой (ЭД-5, ЭД-6), а передатчик размещают на штативной головке (1 на рис. Катушка L1) для удобства установки нулевого сигнала. Обе катушки обматывают слоем изоляционной ленты для защиты от влаги.
Налаживание. Входной контур приемника на частоту передатчика настраивают подбором величины емкости конденсатора С1 При этой операции передатчик располагают на расстоянии 3 м от приемника. Регулятор усиления устанавливают в положение максимальной громкости, а рамку приемника ориентируют так, чтобы громкость и показания миллиамперметра были наибольшими. Затем приемник выключают и параллельно конденсатору С1 подсоединяют керамический или слюдяной конденсатор емкостью 500 пФ. Если повторение предыдущей проверки покажет, что громкость звука или показания миллиамперметра уменьшатся, то дополнительный конденсатор нужно убрать. Если громкость возрастает, конденсатор оставляют или подключают еще один. Настройка производится один раз. Затем передатчик закрепляют на конце шеста в штативной головке и, вращая его, находят положение, при котором в приемник не будет попадать сигнал. Передатчик фиксируют в этом положении. Перед началом поисков предметов еще раз проверяют установку на нуль.
Применение. Металлоискатель держат в руке. Рамочная антенна приемника должна находиться вблизи поверхности земли и параллельно ей.
Прибор эффективно обнаруживает металлические предметы больших и средних размеров. Начать следует с предметов типа консервной банки, закопанных на глубине до 1,5 м в обычном грунте.
Войцеховский Я. "Радиоэлектронные игрушки" - М.: Советское радио, 1978
Если захотите повторить схему будьте внимательны, несмотря на простоту, это схемы не для начинающих. Книга "Радиоэлектронные игрушки" всегда была прекрасна тем, что вдохновляла, но содержала кучу ошибок и упрощений. На мой взгляд, как минимум, в схеме приемника есть одна принципиальная ошибка, там между конденсатором "3000" и резистором "270" должен быть разрыв, а то получается что "усилитель НЧ" берет сигнал с шины питания - это неправильно.
В порядке эксперимента была изготовлена линейка подобных конструкций с «базой» между датчиком и излучателем до двух метров. В качестве примера приводится конструкция с номинальной базой 1200 мм. Другие типоразмеры принципиально ничем не отличаются от приведенной. Как видно из чертежей, устройство металлодетектора очень простое и доступно для изготовления даже начинающим самодельщикам.
Глубинный двухдатчиковый металлодетектор:
1 — датчик, 2 — электронный блок управления; 3 — рукоятка; 4 — основное ребро (фанера, s8), 5 —излучатель; 6 — ребро жесткости (фанера, s8,2 шт.); 7 — блок питания; 8 — балка (липа, круг 60), 9 —рабочий привод датчика и излучателя; 10 — крепление ребер (шурупы 4×90, по потребности)
Используемые материалы недефицитные и недорогие Для каркасов датчика и излучателя, ребер жесткости и основного ребра потребуется фанера толщиной 8 мм, балку можно сделать из деревянного кругляка (желательно из липы), на изоляцию датчиков пойдет тонкий (3 — 5 мм) пенопласт, обычная ткань и нитрокраска. Для крепления элементов конструкции нужны будут шурупы и водостойкий клей (или эпоксидная смола). Изготовление производится с помощью минимального набора ручного инструмента, который наверняка найдется в арсенале любой домашней мастерской.
Для начала заготавливаем согласно чертежам все необходимые детали В ребрах для облегчения вырезаем фигурные отверстия произвольной формы — главное, чтобы была сохранена необходимая прочность и жесткость всей конструкции. В основном ребре снизу по центру вырезаем дополнительно прямоугольный паз под блок питания В каркасах датчика и излучателя по кругу выбираем желоб полукруглой формы. Это можно сделать на точиле или за неимением такового — вручную напильником соответствующего сечения.
Датчик:
1 — наружная изоляция (ткань, покрытая нитроэмалью), 2 — рабочий провод датчика и излучателя; 3 — каркас (фанера, s8); 4 — верхний и нижний диски внутренней изоляции (пенопласт, s3 — 5)
Сборку конструкции начинаем с установки и закрепления ребер; сверху по хребту балки монтируем основное ребро, а под углом 120° — ребра жесткости. Сделать это можно двумя способами. Первый — попроще: на балке, в местах установки ребер, аккуратно рубанком или напильником снимаем лыски шириной 8 — 10 мм и на клею пристыковываем к ним ребра с последующим дополнительным креплением шурупами. Второй вариант немного сложнее, но зато обеспечивает более прочное и жесткое соединение деталей в балке в тех же местах и под теми же углами пропиливаем неглубокие (8 — 10 мм) пазы шириной 8 мм и уже в них на клею устанавливаем ребра. Сделать пазы можно фрезерованием (если есть такая возможность), на циркулярной пиле или вручную стамеской (последний вариант более трудоемкий и требует определенного навыка). Как видите, каждый вариант имеет свои преимущества и свои недостатки — выбирать вам.
Далее — датчик и излучатель На фанерный каркас по кругу в желоб на лаке наматываем рабочий провод (какой и сколько — разговор отдельный и в данной работе не рассматривается), сверху и снизу для теплоизоляции укладываем пенопластовые круги, всю конструкцию обматываем тканью и покрываем нитроэмалью. Датчик крепим шурупами к консоли балки, а другой к заднему торцу.
Далее устанавливаем блок управления, блок питания и проводим окончательную наладку.
Все — прибор готов к работе. Удачного поиска!
Конструкция 3
 | |||||
| |||||
Как рассчитать индуктивность катушки?
При разработке конструкции металлоискателя может возникнуть необходимость рассчитать значение индуктивности. Для точного расчета имеется специальная методика, где в расчет берутся основные параметры. Но для быстрого определения искомой величины проще применить номограмму.
Номограмма для оперативного определения индуктивности катушек
Чтобы рассчитать параметры монопетли потребуется знать ряд параметров, которые требуются по схеме, у большинства приборов нужны примерно одинаковые параметры:
- индуктивность L = 10 мГн;
- средний диаметр кольца D = 20 см;
- высота и толщина кольца , l = t = 1 см.
Пользуясь номограммой, определяют количество витков w, которое следует намотать при изготовлении катушки. Задаются плотность укладки k = 0,5. По принятым размерам определяется площадь сечения S = klt, здесь l – высота слоев катушки; t – ширина слоев.
Разделив значение S на w величину, получают диаметр d (намоточного провода). При получении d = 0,5…0,8 мм расчет прекращается. Если получилось больше, то корректируют толщину и ширину кольца.
Помехоустойчивость катушки
Экран Фарадея
Схожесть с рамочной антенной обуславливает высокую активность катушки. Она восприимчива к помехам, возникающим со стороны. Для устранения возможного внешнего воздействия изготовленную катушку помещают внутрь металлической оплетки. Создают специальный экран, придуманный Фарадеем.
Наличие подобного экрана предотвращает поступление внешних электромагнитных импульсов.
Наличие экрана несколько снижает величину электромагнитного поля. Чувствительность несколько снижается. Приходится увеличивать напряжение питания, подаваемого на обмотку.
Экранированным проводом соединяют саму катушку со схемой устройства. Тогда влияние помех максимально снижается. Металлоискатель работает более надежно.
На приведенном рисунке показаны способы намоток: а – бифилярная; б – перекрестная.
Из практики использования катушек в поисковых приборах установлено, что привычная бифилярная намотка неэффективна. При нахождении в толще почвы ферромагнетиков сигнал начинает угасать. Если же использована перекрестная намотка, то при нахождении предмета строго по центру катушки сигнал усиливается.
Поэтому некоторые радиолюбители не берутся наматывать перекрестным способом множество витков. Они предпочитают создавать катушку корзиночного типа. Она проще в изготовлении.
Корзинка
Катушка-корзинка
Создавая монопетли, конструкторы открыли для себя новый тип приемного соленоида. Корзинка оказалась в работе более надежной и удобной. Ее помехозащищенность оказалась на порядок выше. В таких приспособлениях не возникают паразитные электродвижущие силы. При наличии перекрещивающихся проводов внешние воздействия оказывают незначительное воздействие.
К недостаткам самодельщики относят необходимость точного изготовления подобного устройства. Нужна довольно прочная оправка. При натяжении проводов, когда производится намотка, возможна деформация.
При создании корзинки у изготовителя имеются варианты:
- получить объемную конструкцию;
- изготовить плоскую корзиночную катушку.
У довольно известного металлоискателя «Пират» используется корзиночка объемного типа. Новичкам проще изготовить плоское изделие. Они получили название «бабочка».
В качестве оправки рекомендуют использовать CD (DVD) диски от компьютеров.
Конструкция корзиночной катушки
Расчет проводят по формулам:
- Сначала нужно задаться значением диаметра D₂. Он принимается равным диаметру имеющейся оправки за минусом 2…4 мм.
- Значение D₁ определяется, как D₁ = 0,5·D₂.
- Рассчитывают число витков по формуле:
где L – индуктивность катушки, рассчитанная по формуле
k – поправочный коэффициент, определяемый по таблице.
Таблица: определение поправочного коэффициента
| D₂+D₁ D₂ – D₁ | k |
| 1,2 | 3,31 |
| 1,5 | 2,98 |
| 1,8 | 2,72 |
| 2,0 | 2,58 |
| 3,0 | 2,07 |
| 5,0 | 1,57 |
| 8,0 | 2,23 |
| 10,0 | 1,03 |
Зная разность D₂ – D₁, рассчитывают диаметр провода. Полагают, что плотность укладки составляет 0,85.
ДД катушки
Монопетля и двойная петля
Обозначение ДД свидетельствует об использовании двойной петли (Double Detector). Наличие двух обмоток позволяет значительно усилить восприимчивость катушки. Она анализирует не сам новый возникающий сигнал. В этих схемах производится анализ искажений, которые возникают при попадании металла в зону действия соленоидов.
Предварительно их балансируют так, чтобы в разных плечах существовали одинаковые импульсы. Размещают подобные петли параллельно.
При попадании черного металла генерируются низкие звуки. А если присутствует цветной металл или золото, то оператор услышит изменение сигнала к звукам более высокой частоты.
Во всех металлоискателях, обозначенных символами GOLD, применяется Double Detector. С ними работать интереснее. Но следует помнить, что в рыхлых грунтах подобные катушки могут запищать даже от скопления муравьев.
Несколько конструкций металлоискателей
Параметрический прибор обнаружения металлов
Для поиска черного металла и трубопроводов в земле. Нахождения электропроводки в стенах используют простые и надежные схемы. В их основе применяют транзистор МП40, цена которого сегодня составляет несколько рублей (дешевле, чем проехать на трамвае). Возможна замена на более мощную модель КТ361 (учитывать, что у него обратная полярность, при подключении питания следует поменять способ включения батарейки).
Простейший металлоискатель
Этот прибор работает на низкой частоте. Подбор частоты звучания осуществляется изменением емкости конденсатора С₁. При нахождении металла тон заметно понижается. Поэтому при начальной настройке стараются задать писк, подобный комариному.
Когда в зоне работы прибора окажется металл, оператор услышит низкий басовитый звук. Его частота соответствует 50 Гц. Именно такой ток протекает в бытовой и промышленной электропроводке.
Импульсный параметрический прибор
Схема прибора для поиска металлов с простым кварцевым фильтром
Данная конструкция реализуется на базе старого транзисторного приемника, работающего на средних волнах. Его используют только потому, что внутри имеется ферритовая антенна. Именно она задает нужную частоту колебаний.
Все устройство питается от двух батареек типа АА (пальчиковые). Энергопотребление довольно низкое.
Схема довольно простая, спаять ее нетрудно. Детали стоят недорого. Набор комплектующих обойдется (отечественные детали) в пределах 200 руб.
Многих отпугивает подобная конструкция тем, что требуется длительная и тщательная отладка. Приходится подбирать резисторы и конденсаторы. Раньше подобные радиоприборы использовали детали с большим разбросом показателей. С той поры разброс никто не устранял.
Приемопередающие металлоискатели
Схема приемопередающего прибора
При желании создать эффективный прибор для поиска цветных и драгоценных металлов ориентируются на использование металлоискателей, оснащенных передатчиком и приемником.
Здесь работают ДД катушки, на которые подается питание с частотой 2000-2500 Гц. Подобные устройства могут обнаруживать сплавы цветных металлов на глубине 9-11 см. Черные металлы массой до 100 г диагностируются на глубине около 20 см. Крупные предметы из чугуна или стали можно обнаруживать на глубине до 60-70 см.
Иногда подобные устройства помещают в герметичные оболочки, получают глубинные металлоискатели для работы под водой. Подводный металлодетектор расширяет круг поиска ценных предметов
При создании подобных металлоискателей катушки наматывают по специальным шаблонам
