Der einfachste Metalldetektor. Das Funktionsprinzip eines Metalldetektors Metalldetektor basierend auf dem Sende-Empfangs-Prinzip - Theorie

Der vorgeschlagene Metalldetektor ist für die Suche nach relativ großen Objekten über große Entfernungen konzipiert. Der Zusammenbau erfolgt nach dem einfachsten Schema ohne Unterscheidung nach Metallart. Das Gerät ist einfach herzustellen.

Die Erkennungstiefe beträgt:

• Pistole - 0,5 m;
• Helm -1 m;
• Eimer - 1,5 m.

Strukturschema

Das Blockdiagramm ist in Abb. dargestellt. 4. Es besteht aus mehreren Funktionsblöcken.

Reis. 4. Blockschaltbild eines Metalldetektors nach dem „Sende-Empfangs“-Prinzip

Eine Entschädigungsregelung soll dem Abhilfe schaffen. Die Bedeutung seiner Funktionsweise besteht darin, dass ein Teil des Signals des Ausgangsschwingkreises in das Signal des Empfangsverstärkers gemischt wird, um das Ausgangssignal des Synchrondetektors in Abwesenheit von Metallgegenständen zu minimieren (idealerweise auf Null zu bringen). in der Nähe des Sensors. Die Kompensationsschaltung wird über ein Einstellpotentiometer eingestellt.

Ein Synchrondetektor wandelt das vom Ausgang des Empfangsverstärkers kommende Wechselstrom-Nutzsignal in ein Gleichstromsignal um. Ein wichtiges Merkmal eines Synchrondetektors ist die Fähigkeit, ein Nutzsignal von einem Hintergrund aus Rauschen und Interferenzen zu isolieren, dessen Amplitude das Nutzsignal deutlich übersteigt. Das Referenzsignal des Synchrondetektors wird vom zweiten Ausgang des Ringzählers abgegriffen, dessen Signal gegenüber dem ersten Ausgang eine Phasenverschiebung von 90° aufweist. Der Dynamikbereich der Nutzsignaländerungen sowohl am Ausgang der Empfangsspule als auch am Ausgang des Synchrondetektors ist sehr groß. Damit ein Anzeigegerät – ein Zeigergerät oder ein Tonanzeiger – sowohl sehr schwache Signale als auch sehr (z. B. 100-mal) stärkere Signale gleichermaßen gut aufzeichnen kann, ist es notwendig, im Gerät ein Gerät zu haben, das den Dynamikbereich komprimiert. Ein solches Gerät ist ein nichtlinearer Verstärker, dessen Amplitudenkennlinie logarithmisch ist. An den Ausgang des nichtlinearen Verstärkers ist ein Zeigermessgerät angeschlossen.

Die Bildung eines Anzeigetonsignals beginnt mit einem Begrenzer im Minimum, d.h. ein Block, der eine tote Zone für kleine Signale hat. Das bedeutet, dass die Tonanzeige nur bei Signalen eingeschaltet wird, deren Amplitude einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Daher verursachen schwache Signale, die hauptsächlich mit der Bewegung des Geräts und seinen mechanischen Verformungen verbunden sind, keine Reizung des Ohrs. Der Tonanzeige-Referenzsignalgenerator erzeugt Pakete von Rechteckimpulsen mit einer Frequenz von 2 kHz und einer Folgefrequenz der Pakete von 8 Hz. Mithilfe eines symmetrischen Modulators wird dieses Referenzsignal mit dem Ausgangssignal des Begrenzers im Minimum multipliziert und so ein Signal mit der gewünschten Form und Amplitude erzeugt. Der Piezo-Emitter-Verstärker erhöht die Amplitude des Signals, das zum akustischen Wandler – dem Piezo-Emitter – gelangt.

Schematische Darstellung

Reis. 5. Schematische Darstellung des Eingangsblocks eines Metalldetektors nach dem „Sende-Empfangs“-Prinzip (zum Vergrößern anklicken)

Generator

Der Generator ist auf den 2I-NOT-Logikelementen D1.1-D1.4 aufgebaut. Die Frequenz des Generators wird durch einen Quarz- oder Piezokeramik-Resonator Q mit einer Resonanzfrequenz von 215 Hz - 32 kHz („Uhrquarz“) stabilisiert. Der Schaltkreis R1C1 verhindert, dass der Generator bei höheren Harmonischen angeregt wird. Der OOS-Kreis ist durchgeschlossen der Widerstand R2, und der POS-Kreis wird über den Resonator Q geschlossen. Der Generator ist einfach, hat einen geringen Stromverbrauch aus der Stromquelle, arbeitet zuverlässig bei einer Versorgungsspannung von 3...15 V, enthält keine Abstimmelemente und ist zu hoch -Widerstandswiderstände. Die Ausgangsfrequenz des Generators beträgt etwa 32 kHz.

Ringzähler

Der Ringzähler hat zwei Funktionen. Zunächst wird die Oszillatorfrequenz durch 4 geteilt, sodass eine Frequenz von 8 kHz entsteht. Zweitens erzeugt es zwei um 90° phasenverschobene Signale zueinander. Ein Signal dient zur Anregung des Schwingkreises mit der Sendespule, das andere dient als Referenzsignal für den Synchrondetektor. Der Ringzähler besteht aus zwei D-Flipflops D2.1 und D2.2, die zu einem Ring mit Signalumkehr entlang des Rings geschlossen sind. Das Taktsignal ist beiden Triggern gemeinsam. Jedes Ausgangssignal des ersten Triggers D2.1 hat eine Phasenverschiebung von plus oder minus einer Viertelperiode (d. h. 90°) relativ zu jedem Ausgangssignal des zweiten Triggers D2.2.

Verstärker

Der Leistungsverstärker ist auf einem Operationsverstärker (Op-Amp) D3.1 aufgebaut. Der Schwingkreis mit der Sendespule wird durch die Elemente L1C2 gebildet. Die Parameter des Induktors sind in der Tabelle angegeben. 2. Marke des Wickeldrahtes – PELSHO 0,44.

Tabelle 2. Parameter der Sensorinduktivitäten

Der Ausgangsschwingkreis ist dank der Anzapfung an der 50. Windung der Strahlungsspule L1 nur zu 25 % in den Rückkopplungskreis des Verstärkers eingebunden. Dadurch können Sie die Amplitude des Stroms in der Spule auf einen akzeptablen Wert der Kapazität des Präzisionskondensators C2 erhöhen.

Der Wert des Wechselstroms in der Spule wird durch den Widerstand R3 eingestellt. Dieser Widerstand muss einen Mindestwert haben, aber so, dass der Operationsverstärker des Leistungsverstärkers nicht in den Modus der Strombegrenzung des Ausgangssignals (nicht mehr als 40 mA) fällt, oder was bei den empfohlenen Parametern höchstwahrscheinlich der Fall ist der Induktivität L1, durch Spannung (nicht mehr als ±3,5 V bei Batteriespannung ±4,5 V). Um sicherzustellen, dass kein Begrenzungsmodus vorliegt, genügt es, die Signalform am Ausgang des Operationsverstärkers D3.1 mit einem Oszilloskop zu überprüfen. Im Normalbetrieb des Verstärkers sollte am Ausgang ein Signal anliegen, dessen Form einer Sinuswelle nahekommt. Die Spitzen der Sinuswellen sollten eine glatte Form haben und nicht abgeschnitten sein. Die Operationsverstärker-Korrekturschaltung D3.1 besteht aus einem Korrekturkondensator C3 mit einer Kapazität von 33 pF.

Empfangsverstärker

Der Empfangsverstärker ist zweistufig. Die erste Stufe wird mit dem Operationsverstärker D5.1 durchgeführt. Aufgrund seiner seriellen Spannungsrückkopplung verfügt er über eine hohe Eingangsimpedanz. Dadurch ist es möglich, Verluste des Nutzsignals durch Nebenschluss des Schwingkreises L2C5 durch die Eingangsimpedanz des Verstärkers zu eliminieren. Die Spannungsverstärkung der ersten Stufe beträgt: Ku = (R9/R8) + 1 = 34. Die Operationsverstärker-Korrekturschaltung D5.1 besteht aus einem Korrekturkondensator C6 mit einer Kapazität von 33 pF.

Die zweite Stufe des Empfangsverstärkers besteht aus einem Operationsverstärker D5.2 mit paralleler Spannungsrückkopplung. Der Eingangswiderstand der zweiten Stufe: Rin = R10 = 10 kOhm – ist aufgrund des geringen Widerstands seiner Signalquelle nicht so kritisch wie der erste. Der Trennkondensator C7 verhindert nicht nur die Anhäufung statischer Fehler in den Verstärkerstufen, sondern korrigiert auch dessen Phasengang. Die Kapazität des Kondensators ist so gewählt, dass der von der C7R10-Schaltung bei einer Betriebsfrequenz von 8 kHz erzeugte Phasenvorlauf die durch die endliche Geschwindigkeit der Operationsverstärker D5.1 und D5.2 verursachte Phasenverzögerung ausgleicht.

Die zweite Stufe des Empfangsverstärkers ermöglicht dank ihrer Schaltung eine einfache Summierung (Mischung) des Signals von der Kompensationsschaltung über den Widerstand R11. Die Verstärkung der zweiten Stufe für die Nutzsignalspannung beträgt: Кu = - R12/R10 = -33 und für die Kompensationssignalspannung: Кuk = - R12/R11 = - 4. Die Operationsverstärker-Korrekturschaltung D5.2 besteht eines Korrekturkondensators C8 mit einer Kapazität von 33 pF.

Stabilisierungsschaltung

Die Kompensationsschaltung besteht aus dem Operationsverstärker D3.2 und ist ein Wechselrichter mit Ku = - R7/R5 = -1. Das Einstellpotentiometer R6 ist zwischen Ein- und Ausgang dieses Wechselrichters geschaltet und ermöglicht die Entfernung eines im Bereich [-1, +1] liegenden Signals aus der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers D3.1. Das Ausgangssignal der Kompensationsschaltung vom Einstellpotentiometer R6 wird dem Kompensationseingang der zweiten Stufe des Empfangsverstärkers (dem Widerstand R11) zugeführt.

Durch Verstellen des Potentiometers R6 wird am Ausgang des Synchrondetektors ein Nullwert erreicht, der in etwa einer Kompensation des unerwünschten Signals entspricht, das die Empfangsspule durchdrungen hat. Die Korrekturschaltung des Operationsverstärkers D3.2 besteht aus einem Korrekturkondensator C4 mit einer Kapazität von 33 pF.

Synchrondetektor

Ein Synchrondetektor besteht aus einem symmetrischen Modulator, einer Integrationsschaltung und einem Konstantsignalverstärker (CSA). Der symmetrische Modulator wird auf Basis eines Multifunktionsschalters D4 implementiert, der in integrierter Technologie mit komplementären Feldeffekttransistoren sowohl als diskrete Steuerventile als auch als analoge Schalter hergestellt wird. Der Schalter arbeitet als Analogschalter. Mit einer Frequenz von 8 kHz schließt es abwechselnd die „Dreieck“-Ausgänge der Integrierschaltung, bestehend aus den Widerständen R13 und R14 und dem Kondensator C10, an einen gemeinsamen Bus. Das Referenzfrequenzsignal wird dem symmetrischen Modulator von einem der Ausgänge des Ringzählers zugeführt.

Das Signal zum Eingang des „Dreiecks“ der Integrierschaltung kommt über den Trennkondensator C9 vom Ausgang des Empfangsverstärkers. Zeitkonstante des Integrierkreises t = R13*C10 = R14*C10. Einerseits sollte es möglichst groß sein, um den Einfluss von Lärm und Störungen möglichst zu reduzieren. Andererseits sollte eine bestimmte Grenze nicht überschritten werden, wenn die Trägheit des Integrierkreises verhindert, dass schnelle Änderungen in der Amplitude des Nutzsignals verfolgt werden.

Die höchste Änderungsrate der Amplitude des Nutzsignals lässt sich durch eine bestimmte Mindestzeit charakterisieren, in der diese Änderung auftreten kann (von einem stabilen Wert bis zur maximalen Abweichung), wenn sich der Metalldetektorsensor relativ zu einem Metallgegenstand bewegt. Offensichtlich wird die maximale Änderungsgeschwindigkeit der Amplitude des Nutzsignals bei maximaler Geschwindigkeit des Sensors beobachtet. Bei der „Pendel“-Bewegung des Sensors auf der Stange kann sie bis zu 5 m/s betragen. Der Zeitpunkt der Änderung der Amplitude des Nutzsignals lässt sich als Verhältnis der Sensorbasis zur Bewegungsgeschwindigkeit abschätzen. Wenn wir den Mindestwert der Sensorbasis auf 0,2 m setzen, erhalten wir eine minimale Änderungszeit der Amplitude des Nutzsignals von 40 ms. Dies ist um ein Vielfaches größer als die Zeitkonstante der Integrierschaltung für die gewählten Werte der Widerstände R13, R14 und des Kondensators C10. Folglich wird die Dynamik selbst der schnellsten aller möglichen Änderungen der Amplitude des Nutzsignals des Metalldetektorsensors durch die Trägheit des Integrierkreises nicht verzerrt.

Das Ausgangssignal der Integrierschaltung wird dem Kondensator SJ entnommen. Da beide Platten des letzteren unter „schwebendem Potenzial“ stehen, handelt es sich bei der USV um einen Differenzverstärker, der mit dem Operationsverstärker D6 hergestellt wird. Zusätzlich zur Verstärkung des konstanten Signals übernimmt die USV die Funktion eines Tiefpassfilters (LPF), der unerwünschte Hochfrequenzkomponenten am Ausgang des Synchrondetektors weiter dämpft, die hauptsächlich mit der Unvollkommenheit des symmetrischen Modulators verbunden sind.

Der Tiefpassfilter wird dank der Kondensatoren C11, C13 implementiert. Im Gegensatz zu anderen Komponenten des Metalldetektors sollte der USV-Operationsverstärker in seinen Parametern den Präzisions-Operationsverstärkern nahe kommen. Dies betrifft zunächst die Größe des Eingangsstroms, die Größe der Vorspannung und die Größe der Temperaturdrift der Vorspannung. Eine gute Option, die gute Parameter und relative Erschwinglichkeit vereint, ist ein Operationsverstärker vom Typ K140UD14 (oder KR140UD1408). Die Korrekturschaltung des Operationsverstärkers D6 besteht aus einem Korrekturkondensator C12 mit einer Kapazität von 33 pF.

Nichtlinearer Verstärker

Der nichtlineare Verstärker besteht aus dem Operationsverstärker D7.1 mit nichtlinearer Spannungsrückkopplung. Nichtlineares OOS wird durch ein Netzwerk mit zwei Anschlüssen implementiert, das aus den Dioden VD1–VD8 und den Widerständen R20–R24 besteht. Der Amplitudengang eines nichtlinearen Verstärkers nähert sich dem Logarithmus. Es handelt sich um eine stückweise lineare Näherung der logarithmischen Abhängigkeit mit vier Bruchpunkten für jede Polarität. Aufgrund der glatten Form der Strom-Spannungs-Kennlinien der Dioden wird die Amplitudenkennlinie des nichtlinearen Verstärkers an den Knickpunkten geglättet. Die Kleinsignal-Spannungsverstärkung eines nichtlinearen Verstärkers beträgt: Kuk = - (R23+R24)/R19 = -100. Mit zunehmender Amplitude des Eingangssignals nimmt die Verstärkung ab. Die Differenzverstärkung für ein großes Signal beträgt: dUout/dUin = - R24/R19 = = -1. An den Ausgang des nichtlinearen Verstärkers ist ein Zeigermessgerät angeschlossen – ein Mikroamperemeter mit einem zusätzlichen in Reihe geschalteten Widerstand R25. Da die Spannung am Ausgang eines Synchrondetektors jede Polarität haben kann (abhängig von der Phasenverschiebung zwischen Referenz- und Eingangssignal), wird ein Mikroamperemeter mit Null in der Mitte der Skala verwendet. Somit verfügt das Zeigergerät über einen Anzeigebereich von -100...0...+100 µA. Die Operationsverstärker-Korrekturschaltung D7.1 besteht aus einem Korrekturkondensator C18 mit einer Kapazität von 33 pF.

Mindestbegrenzer

Der Minimalbegrenzer ist auf dem Operationsverstärker D7.2 mit einem nichtlinearen parallelen OOS in der Spannung implementiert. Die Nichtlinearität ist im Eingangs-Zweipolnetzwerk enthalten und besteht aus zwei Back-to-Back-Dioden VD9, VD10 und dem Widerstand R26.

Reis. 6. Schematische Darstellung der Metalldetektor-Anzeigeeinheit nach dem „Sende-Empfangs“-Prinzip (zum Vergrößern anklicken)

Die Bildung eines Anzeige-Audiosignals aus dem Ausgangssignal eines nichtlinearen Verstärkers beginnt mit einer weiteren Anpassung der Amplitudeneigenschaften des Verstärkungspfads. In diesem Fall entsteht im Bereich kleiner Signale eine Totzone. Dies bedeutet, dass die akustische Anzeige nur bei Signalen aktiviert wird, die einen bestimmten Schwellenwert überschreiten. Dieser Schwellenwert wird bestimmt

Die Gleichspannung der Dioden VD9, VD10 beträgt etwa 0,5 V. Dadurch werden schwache Signale, die hauptsächlich mit der Bewegung des Geräts und seinen mechanischen Verformungen verbunden sind, abgeschnitten und reizen das Ohr nicht.

Die Kleinsignalverstärkung des Begrenzers ist im Minimum Null. Die Differenzspannungsverstärkung für ein großes Signal beträgt: dUout/dUin = - R27/R26 = -1. Die Operationsverstärker-Korrekturschaltung D7.2 besteht aus einem Korrekturkondensator C19 mit einer Kapazität von 33 pF.

Ausgewogener Modulator

Das Tonanzeigesignal wird wie folgt erzeugt. Ein konstantes oder sich langsam änderndes Signal am Ausgang des Limiters wird mit dem Referenzsignal der Audioanzeige auf ein Minimum multipliziert. Das Referenzsignal legt die Form des Audiosignals fest und das Ausgangssignal des Minimalbegrenzers legt die Amplitude fest. Die Multiplikation zweier Signale erfolgt mit einem symmetrischen Modulator. Es ist auf einem Multifunktionsschalter D11, der als Analogschalter arbeitet, und einem Operationsverstärker D8.1 implementiert. Der Übertragungskoeffizient des Geräts beträgt +1 bei geöffnetem Schlüssel und -1 bei geschlossenem Schlüssel. Die Korrekturschaltung des Operationsverstärkers D8.1 besteht aus einem Korrekturkondensator C20 mit einer Kapazität von 33 pF.

Referenzsignalaufbereiter

Der Referenzsignalformer ist auf einem Binärzähler D9 und einem Zählerdecoder D10 implementiert. Der Zähler D9 teilt die 8-kHz-Frequenz vom Ringzählerausgang auf 2 kHz und 32 Hz. Dem niederwertigen Bit der AO-Adresse des Multifunktionsschalters D11 wird ein Signal mit einer Frequenz von 2 kHz zugeführt und so ein Tonsignal mit der für das menschliche Ohr empfindlichsten Frequenz eingestellt. Dieses Signal wirkt sich nur dann auf den Analogschalter des symmetrischen Modulators aus, wenn das höchstwertige Bit der Adresse A1 des Multifunktionsschalters D11 eine logische 1 enthält. Liegt an A1 eine logische Null, ist der Analogschalter des symmetrischen Modulators immer geöffnet .

Das akustische Anzeigesignal wird intermittierend erzeugt, um die Ermüdung des Gehörs zu verringern. Hierzu wird ein Zählerdecoder D10 verwendet, der mit einer Taktfrequenz von 32 Hz vom Ausgang des Binärzählers D9 gesteuert wird und an seinem Ausgang ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von 8 Hz und einem Verhältnis der Dauer von erzeugt eine logische Einheit zu einer logischen Null gleich 1/3. Das Ausgangssignal des Zählerdecoders D10 wird an das höchstwertige Bit der Adresse A1 des Multifunktionsschalters D11 gesendet, wodurch die Bildung einer Tonnachricht im symmetrischen Modulator periodisch unterbrochen wird.

Piezoverstärker

Der Piezo-Emitter-Verstärker wird mit dem Operationsverstärker D8.2 implementiert. Es handelt sich um einen Wechselrichter mit einer Spannungsverstärkung Ki = - 1. Die Verstärkerlast – ein Piezo-Emitter – ist über eine Brückenschaltung zwischen den Ausgängen des Operationsverstärkers D8.1 und D8.2 angeschlossen. Dadurch können Sie die Amplitude der Ausgangsspannung an der Last verdoppeln. Schalter S dient zum Ausschalten der Tonanzeige (z. B. während der Einrichtung). Die Korrekturschaltung des Operationsverstärkers D8.2 besteht aus einem Korrekturkondensator C21 mit einer Kapazität von 33 pF.

Arten von Teilen und Design

Die verwendeten Mikroschaltungstypen sind in der Tabelle aufgeführt. 3. Anstelle der Mikroschaltungen der Serie K561 können auch Mikroschaltungen der Serie K1561 verwendet werden. Sie können versuchen, einige Mikroschaltungen der K176-Serie und ausländische Analoga zu verwenden.

Tabelle 3. Arten der verwendeten Chips

Dual-Operationsverstärker (Operationsverstärker) der K157-Serie können durch beliebige einzelne Allzweck-Operationsverstärker mit ähnlichen Parametern ersetzt werden (mit entsprechenden Änderungen in der Pinbelegung und den Korrekturschaltungen), obwohl die Verwendung von Dual-Operationsverstärkern praktischer ist ( die Einbaudichte nimmt zu).

Der Operationsverstärker des Synchrondetektors D6 sollte, wie oben erwähnt, in seinen Parametern den Präzisions-Operationsverstärkern nahe kommen. Zusätzlich zu dem in der Tabelle angegebenen Typ sind K140UD14, 140UD14 geeignet. Es ist möglich, OU K140UD12, 140UD12, KR140UD1208 im entsprechenden Schaltkreis zu verwenden.

Für die im Metalldetektorkreis verwendeten Widerstände gelten keine besonderen Anforderungen. Sie müssen lediglich ein solides Design haben und einfach zu installieren sein. Nennverlustleistung 0,125...0,25 W.

Das Kompensationspotentiometer R6 ist vorzugsweise vom Typ SP5-44 mit mehreren Drehungen oder vom Typ SP5-35 mit Noniuseinstellung. Sie kommen mit herkömmlichen Potentiometern jeglicher Art aus. In diesem Fall empfiehlt es sich, zwei davon zu verwenden. Einer ist für die Grobeinstellung, Nennwert 10 kOhm, angeschlossen gemäß Diagramm. Der andere dient der Feineinstellung und wird gemäß einer Rheostatschaltung in die Lücke eines der Außenanschlüsse des ersten Potentiometers angeschlossen, mit einem Nennwert von 0,5...1 kOhm.

Die Kondensatoren C15, C17 sind elektrolytisch. Empfohlene Typen – K50-29, K50-35, K53-1, K53-4 und andere kleine. Die übrigen Kondensatoren, mit Ausnahme der Kondensatoren der Schwingkreise der Empfangs- und Sendespulen, sind Keramiktyp K10-7 (bis zu einem Nennwert von 68 nF) und Metallfilmtyp K73-17 (Nennwerte darüber). 68 nF). Eine Besonderheit sind die Schaltungskondensatoren C2 und C5. An sie werden hohe Anforderungen an Genauigkeit und thermische Stabilität gestellt. Jeder Kondensator besteht aus mehreren (5...10 Stk.) parallel geschalteten Kondensatoren. Die Abstimmung der Schaltkreise auf Resonanz erfolgt durch Auswahl der Anzahl der Kondensatoren und ihrer Nennleistung. Empfohlener Kondensatortyp K10-43. Ihre thermische Stabilitätsgruppe ist MPO (d. h. ungefähr Null TKE). Es ist möglich, Präzisionskondensatoren anderer Typen zu verwenden, beispielsweise K71-7. Letztendlich können Sie versuchen, altmodische thermisch stabile Glimmerkondensatoren mit Silberplatten wie KSO- oder Polystyrolkondensatoren zu verwenden.

Dioden VD1-VD10 Typ KD521, KD522 oder ähnliches Silizium mit geringer Leistung.

Mikroamperemeter – jeder Typ, ausgelegt für einen Strom von 100 μA mit Null in der Mitte der Skala. Praktisch sind kleine Mikroamperemeter, zum Beispiel Typ M4247.

Quarzresonator Q – jeder kleine Quarzresonator (ähnliche Quarzresonatoren werden in tragbaren elektronischen Spielen verwendet).

Netzschalter – jeder Typ, klein. Die Batterien sind vom Typ 3R12 (laut internationaler Bezeichnung) und „quadratisch“ (laut unserer).

Piezo-Emitter Y1 – kann vom Typ ZP1-ZP18 sein. Gute Ergebnisse werden mit der Verwendung von Piezo-Emittern aus importierten Telefonen erzielt (sie werden in großen Mengen bei der Herstellung von Telefonen mit Anruferkennung verwendet).

Gerätedesign kann durchaus willkürlich sein. Bei der Entwicklung ist es ratsam, die Empfehlungen im Folgenden sowie in den Abschnitten zu Sensoren und Gehäusedesign zu berücksichtigen.

Das Aussehen des Geräts ist in Abb. dargestellt. 7.

Reis. 7. Gesamtansicht eines Metalldetektors nach dem „Sende-Empfangs“-Prinzip

Der Sensor des vorgeschlagenen Metalldetektors gehört seinem Typ nach zu den Sensoren mit senkrechten Achsen. Die Sensorspulen sind aus Glasfaser mit Epoxidkleber zusammengeklebt. Die Wicklungen der Spulen sowie die Anschlüsse ihrer elektrischen Abschirmungen werden mit dem gleichen Kleber gefüllt. Der Metalldetektorstab besteht aus einem Aluminiumlegierungsrohr (AMGZM, AMG6M oder D16T) mit einem Durchmesser von 48 mm und einer Wandstärke von 2...3 mm. Die Spulen werden mit Epoxidkleber auf den Stab geklebt: koaxial (strahlend) – unter Verwendung einer Adapterverstärkungshülse; senkrecht zur Stabachse (Empfang) - unter Verwendung einer geeigneten Adapterform.

Auch diese Hilfsteile bestehen aus Fiberglas. Das Gehäuse der Elektronikeinheit besteht aus Folienfiberglas durch Löten. Die Verbindungen zwischen den Sensorspulen und der Elektronikeinheit werden mit abgeschirmtem Kabel mit Außenisolierung hergestellt und im Stab verlegt. Die Abschirmungen dieses Kabels sind nur mit dem gemeinsamen Kabelbus auf der Platine des elektronischen Teils des Geräts verbunden, wo auch die Gehäuseabschirmung in Form einer Folie und eines Stabes angeschlossen ist. Die Außenseite des Gerätes ist mit Nitro-Email lackiert.

Die Leiterplatte des elektronischen Teils des Metalldetektors kann mit allen herkömmlichen Methoden hergestellt werden; es ist auch praktisch, vorgefertigte Prototyp-Leiterplatten für DIP-Chipgehäuse (Raster 2,5 mm) zu verwenden.

Einrichten des Geräts

1. Überprüfen Sie die korrekte Installation anhand der schematischen Darstellung. Stellen Sie sicher, dass es keine Kurzschlüsse zwischen benachbarten Leitern der Leiterplatte, benachbarten Beinen von Mikroschaltungen usw. gibt.

2. Schließen Sie Batterien oder eine bipolare Stromquelle an und beachten Sie dabei unbedingt die Polarität. Schalten Sie das Gerät ein und messen Sie den Stromverbrauch. Es sollte auf jeder Stromschiene etwa 20 mA betragen. Eine starke Abweichung der Messwerte vom angegebenen Wert weist auf eine fehlerhafte Installation oder Fehlfunktion der Mikroschaltungen hin.

3. Stellen Sie sicher, dass am Ausgang des Generators eine reine Rechteckwelle mit einer Frequenz von etwa 32 kHz anliegt.

4. Stellen Sie sicher, dass an den Ausgängen der D2-Trigger eine Rechteckwelle mit einer Frequenz von etwa 8 kHz anliegt.

5. Stellen Sie den Ausgangskreis L1C2 durch Auswahl des Kondensators 02 auf Resonanz ein. Im einfachsten Fall - durch die maximale Spannungsamplitude darüber (ca. 10 V) und genauer - durch die Nullphasenverschiebung der Schaltungsspannung relativ zum Mäander am Ausgang 12 des Triggers D2.

Aufmerksamkeit! Die Einstellung mit dem Potentiometer R6 muss durchgeführt werden, wenn sich keine großen Metallgegenstände, einschließlich Messgeräte, in der Nähe der Sensorspulen des Metalldetektors befinden! Andernfalls wird das Gerät beim Bewegen dieser Objekte oder beim Bewegen des Sensors relativ zu ihnen gestört, und wenn sich große Metallobjekte in der Nähe des Sensors befinden, ist es nicht möglich, die Ausgangsspannung des Synchrondetektors auf Null zu setzen. Zur Entschädigung siehe auch den Abschnitt zu möglichen Änderungen.

8. Stellen Sie sicher, dass der nichtlineare Verstärker funktioniert. Der einfachste Weg ist visuell. Das Mikroamperemeter muss auf den Einstellvorgang des Potentiometers R6 reagieren. Bei einer bestimmten Position des R6-Motors sollte die Nadel des Mikroamperemeters auf Null gehen. Je weiter die Nadel des Mikroamperemeters vom Nullpunkt entfernt ist, desto schwächer sollte das Mikroamperemeter auf die Drehung des R6-Motors reagieren.

Es kann sich herausstellen, dass eine ungünstige elektromagnetische Umgebung die Einrichtung des Geräts erschwert. In diesem Fall führt die Nadel des Mikroamperemeters chaotische oder periodische Schwingungen aus, wenn sich das Potentiometer R6 der Position nähert, in der die Signalkompensation erfolgen soll. Das beschriebene unerwünschte Phänomen wird durch Störungen der Empfangsspule durch höhere Harmonische des 50-Hz-Netzes erklärt. In großer Entfernung von elektrischen Leitungen darf die Nadel während der Einstellung nicht schwingen.

9. Stellen Sie sicher, dass die Komponenten, die das Tonsignal erzeugen, betriebsbereit sind. Achten Sie auf das Vorhandensein einer kleinen toten Zone für das Audiosignal nahe Null auf der Mikroamperemeter-Skala.

Bei Störungen und Abweichungen im Verhalten einzelner Komponenten des Metalldetektorkreises sollten Sie die allgemein anerkannte Methode befolgen:

• Überprüfen Sie, ob der Operationsverstärker keine Selbsterregung aufweist.
• Überprüfen Sie die Operationsverstärkermodi auf Gleichstrom.
• Signale und logische Pegel der Ein-/Ausgänge digitaler Mikroschaltungen usw. usw.

Mögliche Änderungen

Das Design des Geräts ist recht einfach und daher können wir nur über weitere Verbesserungen sprechen. Diese beinhalten:

2. Hinzufügen eines zusätzlichen visuellen Anzeigekanals mit einem Synchrondetektor, einem nichtlinearen Verstärker und einem Mikroamperemeter. Das Referenzsignal des Synchrondetektors des Zusatzkanals wird mit einer Verschiebung um eine Viertelperiode relativ zum Referenzsignal des Hauptkanals (von einem beliebigen Ausgang eines anderen Ringzählertriggers) entnommen. Mit etwas Sucherfahrung können Sie lernen, die Art des erkannten Objekts anhand der Messwerte zweier Zeigerinstrumente zu beurteilen, d. h. funktionieren nicht schlechter als ein elektronischer Diskriminator.

3. Hinzufügen von Schutzdioden, die in umgekehrter Polarität parallel zu den Netzteilen geschaltet sind. Bei einer fehlerhaften Polarität der Batterien wird dadurch sichergestellt, dass der Metalldetektorkreis nicht beschädigt wird (wenn Sie jedoch nicht rechtzeitig reagieren, wird die falsch angeschlossene Batterie vollständig entladen). Es wird nicht empfohlen, Dioden in Reihe mit den Leistungsbussen zu schalten, da in diesem Fall 0,3...0,6 V der kostbaren Spannung der Netzteile an ihnen verschwendet werden. Art der Schutzdioden - KD243, KD247, KD226 usw.

Ein Gerät, mit dem Sie aufgrund ihrer Leitfähigkeit nach Metallobjekten suchen können, die sich in einer neutralen Umgebung, beispielsweise im Boden, befinden, wird als Metalldetektor (Metalldetektor) bezeichnet. Mit diesem Gerät können Sie Metallgegenstände in verschiedenen Umgebungen finden, auch im menschlichen Körper.

Vor allem dank der Entwicklung der Mikroelektronik sind Metalldetektoren, die von vielen Unternehmen auf der ganzen Welt hergestellt werden, äußerst zuverlässig und zeichnen sich durch geringe Gesamt- und Gewichtseigenschaften aus.

Vor nicht allzu langer Zeit waren solche Geräte am häufigsten bei Pionieren zu sehen, doch heute werden sie von Rettern, Schatzsuchern und Versorgungsarbeitern bei der Suche nach Rohren, Kabeln usw. verwendet. Darüber hinaus verwenden viele „Schatzsucher“ Metalldetektoren, die Sie bauen mit ihren eigenen Händen zusammen.

Aufbau und Funktionsprinzip des Gerätes

Auf dem Markt erhältliche Metalldetektoren funktionieren nach unterschiedlichen Prinzipien. Viele glauben, dass sie das Prinzip des Impulsechos oder des Radars nutzen. Ihr Unterschied zu Ortungsgeräten besteht darin, dass die gesendeten und empfangenen Signale ständig und gleichzeitig wirken und außerdem auf den gleichen Frequenzen arbeiten.

Geräte, die nach dem „Empfangen-Senden“-Prinzip arbeiten, erfassen das von einem Metallgegenstand reflektierte (wieder ausgesendete) Signal. Dieses Signal entsteht dadurch, dass ein Metallgegenstand einem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt wird, das von den Metalldetektorspulen erzeugt wird. Das heißt, das Design von Geräten dieser Art sieht das Vorhandensein von zwei Spulen vor, die erste sendet, die zweite empfängt.

Geräte dieser Klasse haben folgende Vorteile:

• Einfachheit des Designs;
• Großes Potenzial zur Erkennung metallischer Materialien.

Gleichzeitig haben Metalldetektoren dieser Klasse gewisse Nachteile:

• Metalldetektoren können empfindlich auf die Zusammensetzung des Bodens reagieren, in dem sie nach Metallgegenständen suchen.
• technologische Schwierigkeiten bei der Herstellung des Produkts.

Mit anderen Worten, Geräte dieser Art müssen vor der Arbeit mit eigenen Händen konfiguriert werden.

Andere Geräte werden manchmal als Metalldetektoren bezeichnet. Dieser Name stammt aus der fernen Vergangenheit, genauer gesagt aus der Zeit, als Superheterodynempfänger weit verbreitet waren. Schwebungen sind ein Phänomen, das sich bemerkbar macht, wenn zwei Signale mit ähnlichen Frequenzen und gleichen Amplituden summiert werden. Der Schwebungseffekt besteht darin, die Amplitude des summierten Signals zu pulsieren.

Die Signalpulsfrequenz ist gleich der Differenz der Frequenzen der summierten Signale. Indem ein solches Signal durch einen Gleichrichter, auch Detektor genannt, geleitet wird, wird die sogenannte Differenzfrequenz isoliert.

Dieses Schema wird seit langem verwendet, heutzutage wird es jedoch nicht mehr verwendet. Sie wurden durch Synchrondetektoren ersetzt, der Begriff blieb jedoch bestehen.

Ein Beat-Metalldetektor funktioniert nach dem folgenden Prinzip: Er registriert den Frequenzunterschied zweier Generatorspulen. Eine Frequenz ist stabil, die zweite enthält eine Induktivität.

Das Gerät wird mit eigenen Händen so konfiguriert, dass die erzeugten Frequenzen übereinstimmen oder zumindest nahe beieinander liegen. Sobald Metall in die Aktionszone gelangt, ändern sich die eingestellten Parameter und die Frequenz. Der Frequenzunterschied kann auf verschiedene Arten erfasst werden, vom Kopfhörer bis hin zu digitalen Methoden.

Geräte dieser Klasse zeichnen sich durch einen einfachen Sensoraufbau und eine geringe Empfindlichkeit gegenüber der mineralischen Zusammensetzung des Bodens aus.

Darüber hinaus muss bei der Verwendung jedoch berücksichtigt werden, dass sie einen hohen Energieverbrauch haben.

Typisches Design

Der Metalldetektor umfasst folgende Komponenten:

1. Die Spule ist eine kastenförmige Struktur, in der der Signalempfänger und -sender untergebracht sind. Am häufigsten hat die Spule eine elliptische Form und für ihre Herstellung werden Polymere verwendet. Daran ist ein Kabel angeschlossen, das es mit der Steuereinheit verbindet. Dieses Kabel überträgt das Signal vom Empfänger an die Steuereinheit. Der Sender erzeugt bei Metallerkennung ein Signal, das an den Empfänger übermittelt wird. Die Spule ist auf der unteren Stange montiert.
2. Das Metallteil, an dem die Rolle befestigt ist und dessen Neigungswinkel eingestellt wird, wird als untere Stange bezeichnet. Dank dieser Lösung erfolgt eine gründlichere Untersuchung der Oberfläche. Es gibt Modelle, bei denen der untere Teil die Höhe des Metalldetektors verstellen kann und eine teleskopische Verbindung zum Stab herstellt, der als mittlerer Teil bezeichnet wird.
3. Die mittlere Stange ist die Einheit zwischen der unteren und oberen Stange. Daran sind Vorrichtungen angebracht, mit denen Sie die Größe des Geräts anpassen können. Auf dem Markt finden Sie Modelle, die aus zwei Stäben bestehen.
4. Die obere Stange hat normalerweise ein gebogenes Aussehen. Es ähnelt dem Buchstaben S. Diese Form gilt als optimal für die Befestigung an der Hand. Darauf sind eine Armlehne, eine Steuereinheit und ein Griff montiert. Die Armlehne und der Griff bestehen aus Polymermaterialien.
5. Das Metalldetektor-Steuergerät ist für die Verarbeitung der von der Spule empfangenen Daten erforderlich. Nachdem das Signal umgewandelt wurde, wird es an Kopfhörer oder andere Anzeigegeräte gesendet. Darüber hinaus dient die Steuereinheit dazu, den Betriebsmodus des Geräts zu regeln. Der Draht von der Spule wird über eine Schnellverschlussvorrichtung angeschlossen.

Alle im Metalldetektor enthaltenen Geräte sind wasserdicht.

Es ist diese relative Einfachheit des Designs, die es Ihnen ermöglicht, Metalldetektoren mit Ihren eigenen Händen herzustellen.

Arten von Metalldetektoren

Auf dem Markt gibt es eine große Auswahl an Metalldetektoren, die in vielen Bereichen eingesetzt werden. Nachfolgend finden Sie eine Liste mit einigen Varianten dieser Geräte:

Die meisten modernen Metalldetektoren können Metallobjekte in einer Tiefe von bis zu 2,5 m finden; spezielle Tiefenprodukte können ein Produkt in einer Tiefe von bis zu 6 Metern erkennen.

Arbeitsfrequenz

Der zweite Parameter ist die Betriebsfrequenz. Die Sache ist, dass niedrige Frequenzen es dem Metalldetektor ermöglichen, in eine ziemlich große Tiefe zu blicken, aber er ist nicht in der Lage, kleine Details zu erkennen. Hohe Frequenzen ermöglichen es Ihnen, kleine Objekte wahrzunehmen, erlauben Ihnen jedoch nicht, den Boden bis in große Tiefen zu sehen.

Die einfachsten (Budget-)Modelle arbeiten mit einer Frequenz, Modelle der mittleren Preisklasse nutzen 2 oder mehr Frequenzen. Es gibt Modelle, die bei der Suche 28 Frequenzen verwenden.

Moderne Metalldetektoren sind mit einer Funktion wie der Metallunterscheidung ausgestattet. Dadurch können Sie die Art des in der Tiefe befindlichen Materials unterscheiden. In diesem Fall ertönt ein Ton im Kopfhörer der Suchmaschine, wenn Eisenmetall erkannt wird, und wenn Nichteisenmetall erkannt wird, ertönt ein anderer Ton.

Solche Geräte werden als pulssymmetrisch klassifiziert. Sie verwenden bei ihrer Arbeit Frequenzen von 8 bis 15 kHz. Als Quelle dienen Batterien von 9 - 12 V.

Geräte dieser Klasse sind in der Lage, ein Goldobjekt in einer Tiefe von mehreren zehn Zentimetern und Eisenmetallprodukte in einer Tiefe von etwa 1 Meter oder mehr zu erkennen.

Aber diese Parameter hängen natürlich vom Gerätemodell ab.

So bauen Sie einen selbstgebauten Metalldetektor mit Ihren eigenen Händen zusammen

Es gibt viele Modelle von Geräten zum Aufspüren von Metall im Boden, in Wänden usw. auf dem Markt. Trotz seiner äußeren Komplexität ist die Herstellung eines Metalldetektors mit eigenen Händen nicht so schwierig und fast jeder kann es. Wie oben erwähnt, besteht jeder Metalldetektor aus den folgenden Schlüsselkomponenten: einer Spule, einem Decoder und einem Stromversorgungssignalgerät.

Um einen solchen Metalldetektor mit eigenen Händen zusammenzubauen, benötigen Sie die folgenden Elemente:

• Regler;
• Resonator;
• Kondensatoren verschiedener Typen, einschließlich Filmkondensatoren;
• Widerstände;
• Schallsender;
• Spannungsregler.

Einfacher Metalldetektor zum Selbermachen

Die Metalldetektorschaltung ist nicht kompliziert und kann entweder im Internet oder in Fachliteratur gefunden werden. Oben finden Sie eine Liste von Funkelementen, die zum Zusammenbau eines Metalldetektors mit Ihren eigenen Händen zu Hause nützlich sind. Sie können mit einem Lötkolben oder einer anderen verfügbaren Methode einen einfachen Metalldetektor mit Ihren eigenen Händen zusammenbauen. Die Hauptsache ist, dass die Teile das Gehäuse des Geräts nicht berühren dürfen. Um den Betrieb des zusammengebauten Metalldetektors sicherzustellen, werden Netzteile von 9 - 12 Volt verwendet.

Um die Spule zu wickeln, verwenden Sie einen Draht mit einem Querschnittsdurchmesser von weniger als 0,3 mm; dies hängt natürlich von der gewählten Schaltung ab. Übrigens muss die gewickelte Spule vor Fremdstrahlung geschützt werden. Schützen Sie es dazu mit Ihren eigenen Händen mit normaler Lebensmittelfolie.

Zum Flashen der Controller-Firmware werden spezielle Programme verwendet, die auch im Internet zu finden sind.

Metalldetektor ohne Chips

Wenn ein unerfahrener „Schatzsucher“ keine Lust hat, sich mit Mikroschaltkreisen zu befassen, gibt es Schaltkreise ohne diese.

Es gibt einfachere Schaltungen, die auf der Verwendung herkömmlicher Transistoren basieren. Ein solches Gerät kann Metall in einer Tiefe von mehreren zehn Zentimetern finden.

Tiefenmetalldetektoren dienen der Suche nach Metallen in großen Tiefen. Es ist jedoch zu beachten, dass sie nicht billig sind und es daher durchaus möglich ist, sie selbst zusammenzubauen. Aber bevor Sie mit der Herstellung beginnen, müssen Sie verstehen, wie eine typische Schaltung funktioniert.

Die Schaltung eines Tiefenmetalldetektors ist nicht die einfachste und es gibt mehrere Möglichkeiten für ihre Umsetzung. Vor dem Zusammenbau müssen Sie den folgenden Satz Teile und Elemente vorbereiten:

• Kondensatoren verschiedener Art – Film, Keramik usw.;
• Widerstände unterschiedlicher Größe;
• Halbleiter - Transistoren und Dioden.

Nennparameter und Menge hängen vom gewählten Schaltplan des Gerätes ab. Um die oben genannten Elemente zusammenzubauen, benötigen Sie einen Lötkolben, einen Satz Werkzeuge (Schraubendreher, Zange, Drahtschneider usw.) und Material zur Herstellung der Platine.

Der Zusammenbau eines Tiefmetalldetektors sieht in etwa so aus. Zunächst wird ein Steuergerät zusammengebaut, dessen Basis eine Leiterplatte ist. Es besteht aus Textolith. Anschließend wird der Montageplan direkt auf die Oberfläche der fertigen Platine übertragen. Nach der Übertragung der Zeichnung muss die Tafel geätzt werden. Verwenden Sie dazu eine Lösung, die Wasserstoffperoxid, Salz und Elektrolyt enthält.

Nachdem die Platine geätzt wurde, müssen Löcher in die Platine gebohrt werden, um die Schaltungskomponenten zu installieren. Nach dem Verzinnen des Brettes. Die wichtigste Phase steht vor der Tür. Selbstmontage und Löten von Teilen auf einer vorbereiteten Platine.

Um die Spule mit Ihren eigenen Händen zu wickeln, verwenden Sie PEV-Markendraht mit einem Durchmesser von 0,5 mm. Die Windungszahl und der Durchmesser der Spule hängen von der gewählten Schaltung des Tiefenmetalldetektors ab.

Ein wenig über Smartphones

Es besteht die Meinung, dass es durchaus möglich ist, aus einem Smartphone einen Metalldetektor herzustellen. Das ist nicht so! Ja, es gibt Anwendungen, die unter dem Android-Betriebssystem installiert werden.

Tatsächlich wird er nach der Installation einer solchen Anwendung jedoch tatsächlich in der Lage sein, Metallgegenstände zu finden, jedoch nur vormagnetisierte. Es wird nicht in der Lage sein, nach Metallen zu suchen und schon gar nicht zu diskriminieren.

Ein Metalldetektor ist ein sehr verlockendes Gerät, er kann für verschiedene Zwecke eingesetzt werden, beispielsweise zum Auffinden alter Kabel, Wasserleitungen und letztendlich auch von Schätzen. Das Konzept eines Metalldetektors ist sehr weit gefasst, die Metalldetektoren selbst sind unterschiedlich, das den klassischen Metalldetektoren innewohnende Prinzip der Metallsuche kommt in einer Vielzahl von Geräten zum Einsatz, vom einfachen Detektor bis zur Radarstation.

In letzter Zeit erfreuen sich sogenannte Impulsmetalldetektoren großer Beliebtheit, die nur eine Spule enthalten und einen relativ einfachen Aufbau haben und gleichzeitig eine recht gute Empfindlichkeit und hohe Zuverlässigkeit bieten. Ein Impulsmetalldetektor arbeitet nach dem Empfangs- und Sendeprinzip; die Suchspule in einem solchen Metalldetektor kann in zwei Modi arbeiten – Empfang und Übertragung. Das von der Spule ausgesendete Signal erzeugt oder regt Foucaultsche Wirbelströme im Metall an, die von der Spule selbst erfasst werden.

Verschiedene Metalle haben unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten, und viele Metalldetektoren sind in der Lage, dies mit ziemlich hoher Genauigkeit zu erkennen und festzustellen, welche Art von Metall sich im Boden befindet.

Das angegebene Diagramm eines Metalldetektors ist sehr häufig im Internet zu finden, aber es gibt nur sehr wenige Fotos von echten Designs und Testberichten, daher wurde beschlossen, das Diagramm zu wiederholen und in der Praxis auszuprobieren.

Die Leiterplatte fiel recht kompakt aus, sie wurde im Loot-Verfahren hergestellt.

Das Schema hat viele Vorteile:

• das Vorhandensein nur einer Spule;
• ein äußerst einfaches und nicht kapriziöses Schema, das praktisch keine zusätzliche Konfiguration erfordert;
• die gesamte Schaltung ist auf nur einem Chip aufgebaut;
• geringe Bodenempfindlichkeit;
• Auf Wunsch kann der Metalldetektor so konfiguriert werden, dass er nur Nichteisenmetalle erkennt und Eisenmetalle ignoriert, d. h. ein gewisser Anschein einer Metallunterscheidungsfunktion.

Nachteile:

• geringe Suchtiefe – der Detektor erkennt große Metallobjekte in einer Entfernung von bis zu 30 cm, mittlere Münzen bis zu 5 und 8 cm.

Das reicht nicht aus, aber je nach Zweck... Die Suche nach alten Wasserleitungen in der Wand meistert das Schema beispielsweise zu 100 %.

Die Schaltung ist auf einem CMOS-Chip CD4011 aufgebaut, der 4 2I-NOT-Logikelemente enthält. Es besteht aus 4 Teilen, einem Referenz- und Suchoszillator, einem Mischer und einem Signalverstärker, der auf einem einzigen Transistor aufgebaut ist. Als dynamischer Kopf ist es vorzuziehen, Kopfhörer mit einer Impedanz von 16 bis 64 Ohm zu verwenden, denn Die Endstufe ist nicht für niederohmige Lasten ausgelegt.

Der Metalldetektor funktioniert wie folgt. Zunächst sind Such- und Referenzoszillator auf die gleiche Frequenz abgestimmt, sodass wir vom Lautsprecher nichts hören. Die Referenzoszillatorfrequenz ist fest eingestellt und kann manuell durch Drehen eines variablen Widerstands eingestellt werden. Die Frequenz des Suchgenerators hängt stark von den Parametern der LC-Schaltung ab. Wenn ein Metallgegenstand im Sichtfeld der Suchspule erscheint, wird die Frequenz des LC-Kreises gestört, wodurch sich die Frequenz des Suchgenerators relativ zur Referenzfrequenz ändert. Der Mischer hebt den Frequenzunterschied dieser Generatoren hervor, der in Form eines Audiosignals gefiltert und an die Verstärkerstufe gesendet wird, deren Last der Kopfhörer ist.

Spule

Je größer der Durchmesser der Spule, desto empfindlicher ist der Metalldetektor, aber große Spulen haben ihre Nachteile, daher müssen Sie die optimalen Parameter wählen. Für diese Schaltung liegt der optimalste Durchmesser im Bereich von 15 bis 20 cm, Drahtdurchmesser 0,4-0,6 mm, Windungszahl 40-50, wenn der Spulendurchmesser innerhalb von 20 cm liegt. In meinem Fall wurde die Spule abgeschnitten, Die Windungen und der Durchmesser sind kleiner als nötig, sodass die Empfindlichkeit der Schaltung nicht so groß ist. Wenn Sie den Metalldetektor bei hoher Luftfeuchtigkeit verwenden möchten, muss die Spule versiegelt werden.

Einstellungen

Alle Einstellarbeiten werden ohne Metall im Sichtfeld der Spule durchgeführt!

Wenn der Stromkreis beim ersten Anschließen nicht auf Metall reagiert, aber alle Komponenten ordnungsgemäß funktionieren, liegt der Frequenzunterschied der Generatoren höchstwahrscheinlich außerhalb des Audiobereichs und der Ton wird vom Menschen einfach nicht wahrgenommen. In diesem Fall sollten Sie den variablen Widerstand verdrehen, bis ein Tonsignal ertönt. Als nächstes drehen wir denselben Widerstand langsam, bis wir ein niederfrequentes Signal aus dem Lautsprecher hören, dann drehen wir ihn noch etwas weiter in die gleiche Richtung, bis das Signal vollständig verschwindet. Damit ist die Einrichtung abgeschlossen.

Für eine genauere Abstimmung empfehle ich Ihnen, einen Widerstand mit mehreren Windungen oder zwei gewöhnliche Variablen zu verwenden, von denen eine für die grobe Abstimmung und die zweite für eine sanftere Abstimmung gedacht ist. Nach dem Einrichten überprüfen wir den Metalldetektor, indem wir einen Metallgegenstand an seine Spule bringen und sicherstellen, dass sich der Ton des Tonsignals ändert, d. h. die Schaltung auf Metall reagiert.

Der Effekt der Metallunterscheidung wird beobachtet, wenn beide Generatoren mit einer Frequenz von etwa 130–135 kHz betrieben werden, während die Empfindlichkeit gegenüber Eisenmetallen nahezu fehlt.

Der Stromkreis kann von einer konstanten Quelle mit einer Spannung von 3 bis 15 Volt gespeist werden, am besten ist die Verwendung einer 9-Volt-6F22-Batterie, der Stromverbrauch des Stromkreises liegt in diesem Fall im Bereich von 15 bis 30 mA , abhängig vom Lastwiderstand.

Zur Wiederholung biete ich einen einfachen Metalldetektor an, den ich kürzlich persönlich zusammengebaut und erfolgreich betrieben habe. Dieser Metalldetektor arbeitet nach dem Sende-Empfangs-Prinzip. Als Sender dient ein Multivibrator und als Empfänger ein Audioverstärker. Das schematische Diagramm wurde in der Zeitschrift Radio veröffentlicht.

MD-Empfängerschaltung - zweite Option

Parameter des Metalldetektors

Betriebsfrequenz - etwa 2 kHz;
- Erkennungstiefe einer Münze mit einem Durchmesser von 25 mm - 9 cm;
- eiserner Verschlussdeckel aus einem Glas – 25 cm;
- Aluminiumblech mit den Maßen 200x300 mm - 45 cm;
- Kanalluke - 60 cm.

Die daran angeschlossenen Suchspulen müssen in Größe und Wicklungsdaten exakt gleich sein. Sie müssen so positioniert werden, dass bei Abwesenheit von metallischen Fremdkörpern praktisch keine Verbindung zwischen ihnen besteht; Beispiele für Spulen sind in der Abbildung dargestellt.

Wenn die Sender- und Empfängerspulen auf diese Weise positioniert sind, ist das Sendersignal im Empfänger nicht zu hören. Wenn ein Metallgegenstand in der Nähe dieses ausgeglichenen Systems erscheint, entstehen in ihm unter dem Einfluss des magnetischen Wechselfeldes der Sendespule sogenannte Wirbelströme und dadurch ein eigenes Magnetfeld, das eine elektromagnetische Wechselkraft induziert in der Empfangsspule.

Das vom Empfänger empfangene Signal wird von Telefonen in Ton umgewandelt. Die Metalldetektorschaltung ist wirklich sehr einfach, funktioniert aber trotzdem recht gut und die Empfindlichkeit ist nicht schlecht. Der Multivibrator der Sendeeinheit kann mit anderen Transistoren ähnlicher Struktur aufgebaut werden.

Die Metalldetektorspulen haben eine Größe von 200 x 100 mm und enthalten etwa 80 Windungen aus 0,6–0,8 mm dickem Draht. Um die Funktion des Senders zu überprüfen, schließen Sie Kopfhörer anstelle der L1-Spule an und stellen Sie sicher, dass beim Einschalten ein Ton darin zu hören ist. Durch Anschließen der Spule steuern sie dann den vom Sender verbrauchten Strom – 5...8 mA.

Der Empfänger wird bei geschlossenem Eingang konfiguriert. Durch die Wahl des Widerstands R1 in der ersten Stufe und R3 in der zweiten Stufe wird an den Kollektoren der Transistoren jeweils eine Spannung eingestellt, die etwa der Hälfte der Versorgungsspannung entspricht. Dann stellen sie durch Auswahl des Widerstands R5 sicher, dass der Kollektorstrom des Transistors VT3 5...8 mA beträgt. Öffnen Sie anschließend den Eingang, schließen Sie die Empfängerspule L1 daran an und stellen Sie sicher, dass das Gerät funktioniert, indem Sie das Sendersignal in einer Entfernung von ca. 1 m empfangen.

Sie können stabil arbeiten, wenn mehrere Dutzend Personen pro Minute vorbeikommen. Typischerweise haben stationäre Metalldetektoren Durchgangsmaße von bis zu 2 m Höhe und bis zu 1 m Breite. So haben Metalldetektoren METOR 200 HS Durchgangsmaße von 2010 x 710 x 594 mm (Abb. 1).

Moderne stationäre Metalldetektoren sind mit Mikroprozessoren ausgestattet, mit deren Hilfe Betriebsarten (konfigurierbar zur Erkennung bestimmter Metalle, des Gewichts eines Gegenstandes usw.) und Anzeigen (in der Regel verfügen sie über Licht- und Tonanzeigen, Datenausgabe) eingestellt werden B. auf dem Display), zählen die Anzahl der vorbeikommenden Passagiere, bestimmen Seite und Bereich zum Tragen von Metallgegenständen, führen eine automatische Selbstkontrolle durch usw. Sie können das Gerät so einstellen, dass es eine Rasierklinge erkennt, aber nicht auf eine Aluminiumdose Bier oder eine Handvoll Münzen reagiert. Einige Metalldetektoren sind mit Fernbedienungen ausgestattet, um die Ergebnisse ihrer Arbeit zu steuern und anzuzeigen. Als solche Fernbedienung kann ein Computer verwendet werden.

Beispielsweise ist beim stationären Metalldetektor Intelliscan 12000 (Abb. 2) der Raum unter dem Bogen in 18 unabhängige Erkennungszonen unterteilt – 6 horizontale und 3 vertikale. Beim Tragen von Metallgegenständen zeigt das Display, das die Umrisse des menschlichen Körpers darstellt, die Lokalisierungszonen dieser Gegenstände an.

Reis. 1. Stationärer Metalldetektor METOR 200 HS

Reis. 2. Stationärer Metalldetektor Intelliscan 12000 mit Display

Der Metalldetektor Intelliscan 12000 verfügt über die folgenden Funktionen:

20 Programme zur selektiven Erkennung von Metallobjekten;

99 Empfindlichkeitsstufen beim Arbeiten in jedem Programm;

In jeder Zone werden Alarmsignale generiert, wenn die Abmessungen von Metallgegenständen die angegebenen Werte überschreiten.

Zonenweise Empfindlichkeitseinstellung im Bereich von -99 % bis +99 % relativ zur Basiseinstellung;

Anpassung der unteren Zonen, um den Einfluss der Metallverstärkung im Boden auszugleichen;

automatische Prüfung und automatische Kalibrierung;

Rauschunterdrückung durch digitale Filterung;

ständige Statusanzeige auf dem Farbdisplay;

Schutz von Anlagen vor Eingriffen von außen mit einem sechsstelligen Zugangscode;

Anzahl der vom Benutzer wählbaren Betriebsfrequenzen – 16;

Einhaltung aller Anforderungen der US Federal Aviation Administration von 1991 für den Einsatz auf Flughäfen und der Anforderungen der Standards des National Institute of Justice NILECJ (USA);

Einhaltung des Hygienezertifikats des Gesundheitsministeriums der Russischen Föderation 77.01.09.346.P.10046.04.0.

Es gibt Optionen für stationäre Metalldetektoren, die mit Batterien betrieben werden können und unter Feldbedingungen bei Minustemperaturen von mehreren zehn Grad arbeiten.

3. Metalldetektoren nach dem „Empfangen-Senden“-Prinzip

Das Funktionsprinzip derartiger Metalldetektoren basiert auf der Beeinflussung des zu untersuchenden Objekts (Ziels) durch das magnetische Wechselfeld einer Sendespule (Sendespule) und der Aufzeichnung des Signals, das durch die Induktion von Wirbelströmen entsteht im Metallobjekt (Ziel). Somit gehören sie zu Ortungsgeräten und müssen über mindestens zwei Spulen verfügen – Senden (Senden) und Empfangen. In der ausländischen Terminologie werden Metalldetektoren, die nach diesem Prinzip arbeiten, oft als IB (Induction Balance) oder VLF – (Very Low Frequency) bezeichnet. .

Sowohl das ausgesendete als auch das empfangene Signal sind kontinuierlich und stimmen in der Frequenz überein.

Der grundlegende Punkt bei Metalldetektoren dieser Art ist die Wahl der relativen Anordnung der Spulen. Sie müssen so positioniert werden, dass das Magnetfeld der Sendespule bei Abwesenheit von metallischen Fremdkörpern in der Empfangsspule ein Nullsignal induziert.

Abbildung 3 a) und b) zeigt die Anordnung von Spulen mit senkrechten und sich kreuzenden Achsen, bei der kein Strom in der Empfangsspule induziert wird. In Abb. 3c) zeigt ein System aus einer Sendespule (in der Mitte) und zwei Empfangsspulen. Letztere werden gegen das von der Sendespule induzierte Signal eingeschaltet und erzeugen bei Abwesenheit von Metallgegenständen an ihrem Ausgang die gesamte EMK. gleich Null.

Reis. 3. Spulenplatzierung, die ein Zeigen verhindert

Ströme in der Empfangsspule

Die Spulen, die Strahlung erzeugen und/oder das Signal empfangen, bestehen aus einer Struktur, die als Suchrahmen bezeichnet wird. Die parallele Anordnung der Spulen wird als koplanar bezeichnet (Abb. 4). Diese Anordnung der Spulen ermöglicht eine Reduzierung der Abmessungen des Suchrahmens, da dieser in einem flachen (pfannkuchenförmigen) Schutzgehäuse untergebracht werden kann.

Reis. 4. Optionen für koplanare Spulenanordnung

Es gibt mehrere bekannte Möglichkeiten, Spulen in derselben Ebene anzuordnen und so ein Nullsignal in der Empfangsspule bereitzustellen. Die Spulen können so übereinander gelegt werden, dass der Gesamtfluss des magnetischen Induktionsvektors durch die Ebene der Empfangsspule gleich Null ist (Abb. 4 a). Reis. 4 b) veranschaulicht die Vorgehensweise, wenn die Empfangsspule in Form einer „Achter“ innerhalb der Sendespule platziert wird. In diesem Fall wird die EMK in verschiedenen Hälften der Acht induziert. mit unterschiedlichen Vorzeichen und kompensieren sich gegenseitig. Es ist möglich, eine Empfangsspule herkömmlicher Form innerhalb der Sendespule zu platzieren, dann wird jedoch eine spezielle Kompensationsvorrichtung verwendet.

Typischerweise wird bei Metalldetektoren dieser Art der Suchrahmen durch zwei Spulen gebildet, die in derselben Ebene liegen und so ausbalanciert sind, dass bei der Zuführung eines Signals zur Sendespule die Leistung der Empfangsspule minimal ist. Die Betriebsfrequenz der Strahlung liegt zwischen einem und mehreren zehn kHz.

Betrachten wir eine der Varianten des Strukturdiagramms eines Metalldetektors, der nach dem „Empfangen-Senden“-Prinzip arbeitet (Abb. 5).

Der Generator erzeugt eine Wechselspannung (Rechteck- oder Sinusspannung), die über einen Leistungsverstärker der Strahlungsspule zugeführt wird.

Reis. 5. Funktionsdiagramm des Metalldetektors,

arbeiten nach dem „Empfangen-Senden“-Prinzip

Wenn ein Metallziel in der Nähe des Metalldetektors erscheint, werden darin Ströme von der Sendespule induziert, die das Auftreten sekundärer elektromagnetischer Strahlung verursachen. Letzterer wirkt auf die Empfangsspule und in dieser wird eine variable EMK induziert. (Stromspannung). Die Frequenz des induzierten Signals ist dieselbe wie in der Sendespule.

Das in der Empfangsspule induzierte Signal weist gegenüber dem Signal der Sendespule eine gewisse Phasenverschiebung auf, da es mit einer gewissen Verzögerung bei der Empfangsspule ankommt. Wenn ein Metallobjekt in der Nähe des Suchrahmens erscheint, erhöht sich die Signalamplitude in der Empfangsspule und die Phasenverschiebung ändert sich abhängig von der Leitfähigkeit des Metalls (schwarz, nicht eisenhaltig).

Ein Synchrondetektor zerlegt das vom Ausgang des Empfangsverstärkers kommende und durch Strahlung eines Metallgegenstandes erzeugte Nutzwechselsignal in ein konstantes Signal. Durch die Synchronisierung seines Betriebs mit dem Betrieb der Quelle (des Generators) des emittierenden Signals kann die Effizienz seines Betriebs vor dem Hintergrund von Rauschen und Störungen erhöht werden, deren Amplitude das Nutzsignal deutlich übersteigt.

Das Ausgangssignal des Synchrondetektors wird verstärkt und einem Indikator, beispielsweise einem Ton oder Licht, zugeführt, der das Erscheinen eines Metallgegenstands in der Nähe des Metalldetektors signalisiert.

Die Anzeige wird nur bei Signalen aktiviert, deren Amplitude einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Daher lösen schwache Signale, die hauptsächlich mit der Bewegung des Metalldetektors und externen elektromagnetischen Störungen verbunden sind, die Anzeige nicht aus.