Чувствительный малогабаритный металлоискатель с использованием кварцевого резонатора
Металлоискатели, основанные на регистрации на биений, оказываются малочувствительными при поисках металлов со слабыми ферромагнитными свойствами, таких как, например, медь, олово, серебро. Повысить чувствительность металлоискателей этого типа невозможно, поскольку разность частот биения малозаметна при обычных методах индикации. Значительный эффект дает применение кварцованных металлоискателей. Металлоискатель, принципиальная схема которого приведена на рис. 1, а, состоит из измерительного генератора, собранного на транзисторе VT1, и буферного каскада - эмиттерного повторителя, собранного на транзисторе VT2, отделенных кварцевым резонатором ZQ1 от индикаторного устройства - детектора на диоде VD2 с усилителем постоянного тока на транзисторе VT3. Нагрузкой усилителя служит стрелочный прибор с током полного отклонения 1 мА.
Рис.1. (Малогабаритный чувствительный металлоискатель)
Вследствие высокой добротности кварцевого резонатора малейшие изменения частоты измерительного генератора будут приводить к уменьшению полного сопротивления последнего, как это видно из характеристики, приведенной на рис. 1, б, а это, в конечном итоге, повысит чувствительность прибора и точность измерений.
Подготовка к поиску заключается в настройке генератора на частоту параллельного резонанса кварца, равную 1 МГц. Эта настройка производится конденсаторами переменной емкости С2 (грубо) и подстроечным конденсатором С1 (точно) при отсутствии около рамки металлических предметов. Поскольку кварц является элементом связи между измерительной и индикаторной частями устройства, его сопротивление в момент резонанса велико и минимальное показание стрелочного прибора свидетельствует о точной настройке устройства. Уровень чувствительности регулируется переменным резистором R8.
Особенностью устройства является кольцевая рамка L1, изготовленная из отрезка кабеля. Центральную жилу кабеля удаляют и вместо нее продергивают шесть витков провода типа ПЭЛ 0,1 -0,2 мм длиной 115 мм. Конструкция рамки показана на рис. 1, а. Такая рамка обладает хорошим электростатическим экраном.
Жесткость конструкции рамки обеспечивается размещением ее между двумя дисками из оргстекла или гетинакса диаметром 400 мм и толщиной 5-7 мм.
В приборе использованы транзисторы КТ315Б, опорный диод - стабилитрон 2С156А, детекторный диод типа Д9 с любым буквенным индексом. Частота кварца может быть в интервале частот от 90 кГц до 1,1 МГц. Кабель - типа РК-50.
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VT1-VT3 | Биполярный транзистор | КТ315Б | 3 | В блокнот | ||
| VD1 | Стабилитрон | КС156А | 1 | 2С156А | В блокнот | |
| VD2 | Диод | Д9 | 1 | С любым буквенным индексом | В блокнот | |
| C1 | Подстроечный конденсатор | 2-15 пФ | 1 | В блокнот | ||
| C2 | Конденсатор переменной емкости | 140-680 пФ | 1 | В блокнот | ||
| C3 | Конденсатор | 5100 пФ | 1 | В блокнот | ||
| C4 | Конденсатор | 820 пФ | 1 | В блокнот | ||
| C5 | Конденсатор | 15 пФ | 1 | В блокнот | ||
| C6, C9 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 2 | В блокнот | ||
| C7, C8 | Электролитический конденсатор | 100 мкФ 12 В | 2 | В блокнот | ||
| R1 | Резистор | 1 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R2, R7 | Резистор | 3.9 кОм | 2 | В блокнот | ||
| R3 | Резистор | 15 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R4 | Резистор | 12 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R5 | Резистор | 330 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R6 | Резистор | 560 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R8 | Переменный резистор | 25 кОм | 1 |
На основе двух взаимосвязанных осцилляторов. Один осциллятор в такой схеме будет являться фиксированным, а другой будет от него зависим и его частота будет меняться в зависимости от того, есть поблизости металлические предметы или нет. В связи с тем, что частота биений осцилляторов составляет менее 100 кГц, эти биения можно услышать в наушниках или динамике. Соответственно если под катушкой будет металлический предмет, звук будет меняться.
Все типы металлов по разному меняют частоту, они могут ее поднимать или опускать.
Материалы и инструменты для самоделки :
- односторонняя медная многослойная печатная плата размерами 114,3 мм х 155,6 мм;
- пять конденсаторов 0.1μF;
- пять конденсаторов 0.01μF;
- два электролитических конденсатора 220μF;
- провод типа ПЭЛ диаметром 0.4 мм;
- разъем под наушники и наушники;
- батарея на 9В;
- разъем для установки батареи;
- переключатель;
- шесть транзисторов типа NPN, 2N3904;
- провод типа 22 AWG или сечением - 0,3250 мм 2 для подключения датчика;
- проводной динамик;
- небольшой динамик 8 Ом;
- резьбовая ПВХ труба диаметром 1/2;
- деревянный дюбель размером 1/4;
- деревянный дюбель 3/4′;
- деревянный дюбель 1/2′;
- эпоксидка;
- фанера 1/4′;
- столярный клей.
Из инструментов:
- сверло размера 3/4″ для резки отверстий;
- дрель со сверлами;
- электрический утюг;
- ножовка;
- лазерный принтер;
- осциллограф или мультиметер с частотомером;
- наждачка и другое.
Процесс изготовления металлоискателя:
Шаг первый. Изготавливаем печатную плату
Первым делом нужно будет скачать дизайн платы:
Далее плату нужно распечатать и протравить на медной плате. Автор для таких целей использовал лазерный принтер, где затем тонер переводится на плату с помощью утюга. В итоге тонер при травлении работает как маска, защищая дорожки металла.
Ну и в заключении этого шага нужно впаять шесть резисторов по 10 кОм. Такой резистор имеет цветовую маркировку - коричневый, черный, оранжевый, золотой.
Передающая
Всего катушки в металлоискателе две, начать сборку нужно с эталонной катушки. Для этих целей понадобится провод толщиной 0.4 мм. Для основы понадобится кусок дюбеля около 13 мм в диаметре и 50 мм в длину. В дюбеле нужно будет проделать три отверстия, одно во всю длину, а два другие по краям поперек. Через эти отверстия будет проходить провод.
Каждый провод нужно будет протянуть через перпендикулярное отверстие, а затем один из концов через внутреннее продольное. Когда катушка будет полностью намотана, обмотку нужно зафиксировать изолентой.
Также важно не забыть, что провод покрыт лаком и это покрытие нужно снять перед дальнейшей сборкой. Его можно обжечь или счистить наждачкой.
Приемная
Для поисковой катушки будет нужна фанера толщиной 6-7 мм, из такой фанеры делается основа, корпус для будущей катушки. Изготовив основу, нужно намотать в паз 10 витков провода сечением 0.4 мм. У автора диаметр катушки составляет 152 мм.
Рукоятку к держателю нужно крепить деревом или другими материалами не из металла, иначе металодетектор будет все время показывать наличие металла.
Большинство металлоискателей построены по схеме нулевых биений, это когда имеется 2-а генератора с постоянной и поисковой частотой, при этом частота поискового генератора зависит от индуктивности поисковой катушки. Повысить чувствительность металлоискателя построенного по такому методу можно если поднять опорную частоту примерно в 10 раз больше частоты поискового генератора. Используя такой метод удалось получить металлоискатель способный обнаружить копеечную монету на глубине до 1 м.
Схема такого металлоискателя показана на рисунке. В ней использованы 2-е микросхемы К561ЛА7, на D1 выполнен поисковый генератор и выходной усилитель, на D2 выполнен опорный генератор(с кв. резонатором).
В поисковом генераторе используется 2-а элемента D1.1 D1.2. Частота генерации задается контуром состоящим из поисковой катушки L1 и емкостей С1 С2 VD1. Варикап VD1 служит для подстройки частоты в небольших пределах в процессе работы. Сама подстройка производиться резистором R3 который изменяет напряжение на варикапе.
Генераторный режим (ПОС) задается элементами R2 C4 C5 C6. С выходов обоих генераторов импульсы поступают на D2.4 на котором выполнен смеситель, и на его выходе появляется сигнал биения частот. Этот сигнал поступает на усилитель мощности D1.4 и далее поступает на звукоизлучатель(головные телефоны или китайские наушники). Регулировка громкости R6.
Электронная часть схемы смонтирована в корпусе из фольгированного текстолита. При этом в корпусе должна быть экранированная перегородка между микросхемами(между генераторами). Поисковая катушка намотана на кольце сделанного из кембрика внешним диаметром 15 мм. Можно использовать трубку из пластмассы или штырь такого диаметра из мягкой пластмассы. В любом случае диаметр кольца должен быть 200мм. На кольцо наматывают 50 витков ПЭЛШО 0,27 или ПЭЛ 0,27-0,35. После обмотку обматывают изолентой и затем катушку экранируют при помощи алюминиевой фольги.
Настройка сводится к настройке контура L1C1 на 100кГц при среднем положении R3(контроль частоты на выводе 10 D1.3).
Литература — РК
В поисках лучшего детектора металла
Сегодня мы познакомим вас с самыми популярными в России в 2015 году и металлоискателями. В этой статье вы узнаете о лучших грунтовых металлоискателях, которые предназначены именно для поиска монет, старинных реликвий, кусков железа, цветных металлов и т. п. в земле.
Модели металлоискателей расположены в таблице по мере увеличения средней цены, начиная с самых недорогих. Все модели на момент написания статьи имеются в широкой продаже (металлоискатели, которые трудно или невозможно сейчас найти в магазинах, не рассматривались).
|
Модель |
Цена |
Описание |
Характеристика |
|
|
JJ-Connect Adventure V500 |
Глубина — от 12 см. Катушка 205 мм. 1 режим поиска. Механическая настройка. Стрелочный индикатор |
Лучший недорогой металлоискатель |
8 из 10 |
|
|
Garrett Ace 150 |
3 режима поиска. 1 рабочая частота. Цифровой ЖК-дисплей. Овальная катушка. Вес 1,2 кг |
Металлоискатель для поисковиков любого возраста |
8 из 10 |
|
|
Bounty Hunter Discovery 2200 RU |
1 рабочая частота. Глубина обнаружения: монеты до 30 см, более крупные предметы до 91 см. Цифровой ЖК-дисплей. Круглая концентрическая катушка. Вес 1,09 кг |
Лучший металлоискатель для поиска монет |
10 из 10 |
|
|
FISHER F-2 |
1 рабочая частота. Глубина обнаружения: монеты до 21 см, более крупные предметы до 90 см. Круглая 8-дюймовая катушка. Вес 1,2 кг |
Самый эргономичный среди бюджетных металлоискателей |
10 из 10 |
|
|
Garrett Асе 250 |
5 режимов поиска. Глубина обнаружения до 120 см. Вес 1,2 кг |
Самый надежный металлоискатель для новичков |
9 из 10 |
|
|
Garrett Ace 350 |
5 режимов поиска. Глубина обнаружения монет до 35 см. Предельная глубина больее 1 м. Вес 1,2 кг |
Лучший металлоискатель для продвинутых пользвателей |
10 из 10 |
|
|
Minelab X-Terra 305 |
2 режима поиска. ЖК-дисплей. Вес 1,3 кг |
Лучший полупрофессиональный металлоискатель |
10 из 10 |
|
|
Minelab X-Terra 705 |
4 режима поиска. 3 рабочих частоты. ЖК-дисплей. Вес 1,3 кг |
Лучший профессиональный металлоискатель |
10 из 10 |
|
|
Minelab Eureka Gold |
2 режима поиска. 3 рабочих частоты. Вес 2,2 кг |
Лучший металлоискатель для золота |
10 из 10 |
А теперь подробнее о лучших и самых популярных металлоискателях:
Фото: pro-spec.ru
Один из лучших среди самых недорогих металлодетекторов на нашем рынке и первый по популярности среди бюджетных моделей. Его возможностей достаточно для обнаружения монет, ювелирных украшений (серебро, золото) на небольшой глубине. Металлоискатель подходит для начинающих, для тех, кто хочет просто попробовать и не готов тратиться на серьезный прибор.
Из отзывов:
«Сколько раз ронял металлоискатель, и в воде им работать приходилось — не ломается. Зимой выдерживал до -8 °С, если опускается ниже, просто начинает глючить и сбиваться. Все находит: железо на моей практике — на глубине до 50 см, цветные металлы поменьше. Удобные крутилки. Очень прост в использовании.»
Плюсы:
Минусы:
Фото: www.geodom.ru
Еще один металлоискатель, подходящий для новичка. Но диапазон его возможностей и удобство использования уже лучше. Имеет 3 режима поиска. Определяет любые металлы, монеты, ювелирные изделия. Его можно настроить на конкретный тип цели. Способен работать на замусоренных территориях. Подходит для взрослых и для подростков.
Из отзывов:
«Хочу отметить, что специально далеко куда-то ехать для поиска довольно накладно. А этот металлодетектор можно быстро разобрать и взять с собой на отдых. А там в свободную минутку пройтись по незнакомым местам.»
«По мне, так лучший металлоискатель. Делать умеет почти все то же, что и более солидные модели. Металлы различает, реагирует на них 3-мя разными звуками. Экран тоже прост и интуитивно понятен.»
Плюсы:
Минусы:
Фото: www.optivisions.ru
Один из лучших металлоискателей, если поиск монет для вас — хобби.
Из отзывов:
«Для первого металлоискателя моделька просто супер! Легкий, настраивается элементарно.»
«Купил примерно полгода назад и уже собрал небольшую коллекцию реликвий. Продал их на местном интернет-аукционе и почти полностью окупил прибор.»
«Металлодетектор своих денег стоит. Работает без ложных срабатываний и по росе, и в дождь. Хороший дискриминатор.»
Плюсы:
Минусы: не обнаружены.
Фото: spec-teh.com
Если вы поисковик-любитель и цените не только результат, но и сам процесс поиска, металлоискатель Fisher F-2 вам подойдет. Его конструкция продумана так, чтобы сделать поиск не только захватывающим, но и удобным. Эргономичная рукоятка удобно ложится в руку, оберегает от утомления. Благодаря покрытию в холодную погоду не дает руке мерзнуть. Настраивается под любой рост.
Из отзывов:
«Когда выехал с этим прибором впервые (до этого ездил с детектором другой фирмы), его манера издавать звуки на все подряд, на что ему захочется, меня удивила и разочаровала. Но через какое-то время приспособился. Хотя все же скажу, дискрим необычный, надо привыкнуть.»
«Штанги хорошо держатся, без люфта, нигде ничего не болтается, не скрипит. Катушка очень мобильная, позволяет шарить в кустах, по лужам и на мелководье, чехол не нужен, очень прочная: выдерживает скользящие удары о камни, ветки, корни. Ложных срабатываний при ударах нет. В общем, лучший металлоискатель для любителя.»
Плюсы:
Минусы:
Фото: www.doskaurala.ru
Один из лидеров по надежности. Работает практически безотказно. Для первых сезонов в поиске — хорошее решение.
Из отзывов:
«Ничего сложного в освоении не оказалось. Включил. Настроил — и вперед. Дискриминатор средний, но для новичка достаточно.»
«Лучше всего подойдет для тех, кто берёт металлоискатель с собой на пикник или пляж в дополнение к основному активному отдыху. А ребятню от поиска с этим прибором за уши не оттащите))»
Плюсы:
Минусы:
Фото: marvel-construction.com
Полупрофессиональная модель с усиленной катушкой обладает улучшенными (по сравнению с другими металлоискателями этой ценовой категории) характеристиками и позволяет отыскивать предметы на большей глубине.
Из отзывов:
«Хожу с ним с весны и по полю, и по пляжу. Ложных срабатываний мало. По глубине — очень приемлемо.»
«Очень доволен. К катушке никаких претензий. На Оке опускал на 0,5 м — работает.»
Плюсы:
Минусы:
Фото: detectorsource.tripod.com
Еще один полупрофессиональный металлоискатель от Minelab отличается надежной работой и минимальной чувствительностью к плохим погодным условиям, перепадам температуры, электромагнитным помехам. Многие пользователи называют X-Terra 305 лучшей в своей ценовой категории.
Из отзывов:
«За 3 года работы ни разу не был разочарован.»
«Лучший металлоискатель, надежный, неприхотливый. Берёт как мелкие объекты («чешуйки»), так и разные схронки и клады - на приличной глубине. Металлы определяет безошибочно. Сбоев никогда не было. Развеска идеально сбалансирована.»
Плюсы:
Минусы: не обнаружены.
Фото: tz-9fd.kxcdn.com
Металлоискатель-легенда. Большие возможности плюс понятное управление, малый вес и экономичность.
Из отзывов:
«Взял 705-й, начал работать «в поле» и невольно задумался - как много времени потеряно с приборами «для начинающих»! Пробовал ходить с ним по уже проверенным местам — и ведь попадётся монетка-другая. В одном месте так и вообще будто не ходил.»
Плюсы:
Минусы:
Фото: www.minelab.com
Профессиональный, очень чувствительный металлоискатель. Подходит для обнаружения золота, даже мельчайших частиц, в любой среде. Отсюда и его достоинства, и недостатки.
Из отзывов:
«Прибор очень хороший, но.... освоить его самостоятельно очень трудно. И использовать его советую только вдали от мусора, машин и электропомех, в городе и пригороде он бесполезен.»
«Прибор специфичный. Подходит для человека с очень чутким слухом и стальными нервами. Весьма желательно понимать физику процесса поиска, иначе руки от лопаты отвалятся. Советую сразу прикупить диктофон и записывать все звуки для сравнения с эталоном. Блок управления сразу же задвиньте под локоть, меньше будете уставать.»
Плюсы:
Минусы:
Среди грунтовых металлоискателей можно выделить три большие группы приборов: для новичков, полупрофессиональные и высокого уровня, для профессионалов. В нашей статье мы рассмотрели лучшие модели из всех трех групп. Однако профессиональные приборы приведены здесь только для того, чтобы помочь читателям сориентироваться. Ведь опытные поисковики уже наверняка выбрали для себя самую подходящую модель. А вот для новичков, надеемся, наш рейтинг лучших металлоискателей окажется полезным. Удачных вам поисков! И помните: ищет все-таки не детектор, а человек.
Металл под землей и в пресноводных водоемах, в перекрытиях зданий и в толще бетона, поможет обнаружить специализированный электронный прибор — металлоискатель.
Несложную схему по силам собрать своими руками практически любому, кто хоть раз держал в руках паяльник. Вот как она работает:
Рис.1 Структурная схема металлоискателя.
Эталонный генератор ЭГ вырабатывает синусоидальное напряжение частотой 50 кГц. Контурная катушка, определяющая частоту генерации, является датчиком Д прибора. Сигнал синусоидальной формы через разделительный конденсатор Ср поступает на кварцевый фильтр КФ.
Если частота генератора и собственная резонансная частота КФ совпадают, сигнал попадает на пороговое устройство ПУ. Оно регистрирует переменное напряжение на входе, выделяет из него постоянную составляющую и подает ее на стрелочный индикатор И.
Приближение к металлическому предмету вызывает изменение частоты ЭГ. Поскольку она теперь отличается от резонансной частоты КФ, напряжение на входе ПУ уменьшается, и стрелка отклоняется к началу шкалы на угол, пропорциональный габаритам предмета и обратно пропорционально расстоянию до него.
У нашего металлоискателя есть особенность - пороговое устройство, благодаря которому чувствительность схемы резко повышается. Вот как оно действует.
Рис.2 Форма сигнала на входе и выходе порогового устройства.
Синусоидальный сигнал, поступающий на вход ПУ, ограничивается снизу (рис. 2), и на индикаторе появляются импульсы напряжения:
Ин = Ио - Ип,
где Ио—уровень входного сигнала в состоянии покоя, Ип — задаваемое напряжение порога.
Чувствительность прибора выражается отношением:
s=DИ / Ии = DИ / (Ио-Ии),
где DИ — изменение синусоидального напряжения при расстройке ЭГ, зависящее от размеров предмета и расстояния до него. Фактически s показывает, на какую величину отклоняется стрелка индикатора при расстройке датчика-контура.
Следовательно, подбирая величину Ип, можно добиться максимального отклонения стрелки прибора при сколь угодно малом изменении Ио. Но в реальных устройствах приходится учитывать нестабильность элементов схемы и частоты эталонного генератора.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА
Эталонный генератор собран по схеме емкостной трехточки на транзисторе T1 (рис. 3). Контурная катушка L1 является датчиком прибора. Конденсаторы С3 — С6 предназначены для настройки генератора на частоту 50 кГц. 
Рис.3 Принципиальная схема металлоискателя.
Через разделительный конденсатор С7 синусоидальное напряжение с генератора поступает на кварцевый фильтр. Емкость С7 выбрана небольшой — 5 пФ. Тем самым влияние последующих каскадов на работу генератора практически исключено.
Пороговое устройство собрано на полевом транзисторе Т2. Напряжение порога Ип задается делителем R5 — R7.
Конденсатор С8 сглаживает пульсации на индикаторе ИП1. Фильтр R4, С1 осуществляет развязку по переменному току между пороговым и задающим генераторами.
КОНСТРУКЦИЯ
Прибор из двух блоков: измерительного (с датчиком) и питания. Первый включает в себя монтажную плату, индикатор, органы управления и регулировки. Датчик — жесткий кольцевой каркас, выполненный из оргстекла, на котором намотано 65 витков прохода ПЭЛ 0,2. Обмотка заключена в экран из алюминиевой фольги и залита эпоксидной смолой. Датчик связан с измерительным блоком коаксиальным кабелем РК-75.
Блок питания содержит пять серебряно-цинковых аккумуляторов. Напряжение каждого элемента 1,25В, емкость 2А-ч. Особое внимание нужно уделить рамке металлоискателя. Она должна иметь небольшой вес, быть жесткой и упругой. Иначе даже при легких ударах, неизбежных при работе с прибором в полевых условиях, частота генератора «уходит» — металлоискатель расстраивается.
Основанием рамки служит кольцевой каркас из оргстекла или полистирола d=300 мм. Обмотку экранируют алюминиевой фольгой толщиной 0,05 мм. Но соединять между собой концы экрана нельзя (образуется короткозамкнутый виток).
Выводы обмотки подключают к кабелю РК-75 длиной 0,3—1 м (с оплеткой кабеля соединяют также и экран катушки). Это место заливают эпоксидной смолой. Соединение датчика с блоком электроники неразъемное.
Металлоискатель имеет высокую чувствительность. Стрелка индикатора отклоняется на одно деление, когда рамка прибора приближается к диску d=13 см на расстояние 80 см.
Прибор практически одинаково реагирует на любой металл. Так, например, стальной, алюминиевый и латунный диски дают на равных расстояниях одинаковые отклонения стрелки. Они не зависят и от того, сплошной предмет или пустотелый.
При работе с металлоискателем необходимо учитывать фоновые помехи. Песчаный и торфяной грунты, чернозем, дерево, вода фонового сигнала не дают. Поэтому прибор хорошо действует в пресных водоемах, в деревянных зданиях и на не каменистых почвах. Сильный фон дает кирпич (обожженная глина обладает магнитными свойствами) и некоторые минералы.
На показания прибора влияют и изменения температуры. Поэтому рамку лучше поместить в футляр из теплоизолятора, например пенопласта.
Для работы под водой металлоискатель сначала надо подержать 10—15 минут в воде и после этого настроить.
На земле поиски лучше проводить в пасмурную погоду или вечером, чтобы избежать попадания на прибор прямых солнечных лучей.
