імпульсний металошукач своїми руками . При проведенні будівельних або ремонтних робіт припадає визначати траси трубопроводів, електричних кабелів і проводів. У цих випадках без металошукача не обійтися. Любітелі- шукачі скарбів теж застосовують подібні прилади.

Принцип роботи

На пошукову головку-випромінювач (індуктивності 0.2-0.3 мкГн) імпульсного детектора металів подаються імпульси з частотою проходження 40 - 200 Гц великої сили струму (до 20 А) і напругою до 200 В. Якщо поруч з випромінювачем немає металевого предмета, то задній фронт імпульсу залишається коротким. У разі близького розташування труби, кабелю або чого-небудь токопроводящего, задній фронт затягується.

Рис.1. Тимчасова діаграма імпульсного металодетектора
На основі аналізу перехідного процесу можна судити про наявність не тільки металевого предмета, а й про вид металу.
Структурна схема
В основу приладу покладено схема, розроблена Ю.Колоколовим, з обробкою параметрів імпульсу за допомогою мікроконтролера. Це дозволило спростити схемотехнику приладу без зниження технічних характеристик.
Технічні характеристики металошукача:
Напруга живлення: 7,5 - 14 В.
Струм: 90 мА.
Глибина виявлення:
- монета діаметром 25 мм: 0,23м;
- пістолет: 0,40 м;
- каска: 0,60 м.

Рис.2. Структурна схема металошукача

"Родзинкою" цієї схеми є застосування диференціального підсилювача у вхідному каскаді. Він служить для посилення сигналу, напруга якого вище напруги живлення. Подальше посилення забезпечує приймальний підсилювач. Для вимірювання корисного сигналу призначений перший інтегратор. Під час прямого інтегрування проводиться накопичення корисного сигналу, а під час зворотного інтегрування - перетворення результату в цифрову форму. Другий інтегратор має велику постійну інтегрування (240 мс) і служить для балансування підсилювального тракту по постійному струму.

Принципова схема
Принципова схема імпульсного металошукача приведена на рис. 3.

Рис.3. Принципова схема металошукача

Потужний ключ зібраний на польовому транзисторі VT1. Так як польовий транзистор IRF740 має ємність затвора більш 1000пФ, для його швидкого закриття використовується попередній каскад на транзисторі VT2. Швидкість відкриття потужного ключа вже не настільки критична через те, що ток в індуктивному навантаженні наростає поступово. Резистори R1, R3 призначені для "гасіння" енергії самоіндукції. Захисні діоди VD1, VD2 обмежують перепади напруги на вході диференціального підсилювача.
Диференціальний підсилювач зібраний на D1.1. Мікросхема D1 являє собою счетверенний операційний підсилювач TL074. Його відмітними властивостями є висока швидкодія, мале споживання, низький рівень шумів, високий вхідний опір, а також можливість роботи при напрузі на входах, близьких до напруги харчування. Коефіцієнт посилення диференціального підсилювача складає близько 7 і визначається номіналами резисторів R3, R6, R9, R11.Пріемний підсилювач D1.2 є неінвертуючий підсилювач з коефіцієнтом посилення 57. Під час дії високовольтної частини імпульсу самоіндукції цей коефіцієнт знижується до 1 за допомогою аналогового ключа D2 .1 що запобігає перевантаженню вхідного підсилювального тракту і забезпечує швидке входження в режим для посилення слабкого сигналу. Транзистори VT3 і VT4 призначені для узгодження рівнів сигналів, що подаються з мікроконтролера на аналогові ключі.

За допомогою другого інтегратора D1.3 проводиться автоматичне балансування вхідного підсилювального тракту по постійному струму. Постійна інтегрування 240 мс. обрана досить великий, щоб ця зворотний зв'язок не впливала на посилення швидко мінливого корисного сигналу. За допомогою цього інтегратора на виході підсилювача D1.2 при відсутності сигналу підтримується рівень +5 В.
Вимірювальний перший інтегратор виконаний на D1.4. На час інтегрування корисного сигналу відкривається ключ D2.2 і відповідно закривається ключ D2.4. На ключі D2.3 реалізований логічний інвертор. Після завершення інтегрування сигналу ключ D2.2 закривається і відкривається ключ D2.4. Накопичувальний конденсатор C6 починає розряджатися через резистор R21. Час розряду буде пропорційно напрузі, яке встановилося на конденсаторі C6 до кінця інтегрування корисного сигналу. Це час вимірюється за допомогою мікроконтролера, який здійснює аналого-цифрове перетворення. Для вимірювання часу розряду конденсатора C6 використовуються аналоговий компаратор і таймери, які вбудовані в мікроконтролер D3.
Мікроконтролер AT90S2313 також має в своєму складі 8-ми бітний RISC процесор з швидкодією 10 MIPS, 32 робочих регістра, 2 кілобайт Flash ПЗУ, 128 байт ОЗУ, сторожовий таймер.
За допомогою світлодіодів VD3 ... VD8 проводиться світлова індикація. Кнопка S1 призначена для початкового скидання мікроконтролера. За допомогою перемикачів S2 і S3 задаються режими роботи пристрою. За допомогою змінного резистора R29 регулюється чутливість металошукача.

алгоритм функціонування
Для роз'яснення принципу роботи описуваного імпульсного металошукача нижче наведені осцилограми сигналів в найбільш важливих точках приладу (рис.4)

Рис.4. осцилограма приладу

На час інтервалу A відкривається ключ VT1. Через котушку датчика починає протікати пилкоподібний струм. При досягненні величини струму близько 2 А ключ закривається. На стоці транзистора VT1 виникає викид напруги самоіндукції. Величина цього викиду більш 300В і обмежується резисторами R1, R3. Для запобігання перевантаження підсилювального тракту служать обмежувальні діоди VD1, VD2. Також для цієї мети на час інтервалу A (накопичення енергії в котушці) і інтервалу B (викид самоіндукції) відкривається ключ D2.1. Це знижує наскрізний коефіцієнт посилення тракту з 400 до 7. На осциллограмме 3 показаний сигнал на виході підсилювального тракту (висновок 8 D1.2). Починаючи з інтервалу C ключ D2.1 закривається і коефіцієнт посилення тракту стає великим. Після завершення захисного інтервалу C, за час якого підсилювальний тракт входить в режим, відкривається ключ D2.2 і закривається ключ D2.4 - починається інтегрування корисного сигналу інтервал D. Після закінчення цього інтервалу ключ D2.2 закривається, а ключ D2.4 відкривається - починається "зворотне" інтегрування. За цей час (інтервали E і F) конденсатор C6 повністю розряджається. За допомогою вбудованого аналогового компаратора мікроконтролер відміряє величину інтервалу E, яка виявляється пропорційною рівню вхідного сигналу. Для версій V1.0 і V1.1 вбудованого ПЗ встановлені наступні значення інтервалів: A - 60 ... 200 мкс, мкс, B - 12 мкс, C - 8 мкс, D - 50 мкс, А + В + С + D + E + F (період повторення).

Мікроконтролер обробляє отримані цифрові дані і відображає за допомогою світлодіодів VD3 ... VD8 і випромінювача звуку Y1 ступінь впливу мішені на датчик. Індикація є аналогом стрілочного індикатора - при відсутності мішені горить світлодіод VD8, далі в залежності від рівня впливу послідовно загоряються VD7, VD6 і т.д.
Налаштування приладу рекомендується проводити в наступній послідовності:
- переконатися в правильності монтажу;
- подати харчування і переконатися, що споживаний струм не перевищує 100 мА;
- замість резистора R7 встановити змінний резистор і обертаючи його ротор домогтися такого балансування підсилювального тракту, щоб осцилограма на виводі 7 D1.4 відповідала осциллограмме 4 (рис. 4). При цьому необхідно стежити за тим, щоб сигнал в кінці інтервалу D був незмінним, тобто осциллограмма в цьому місці повинна бути горизонтальною. Після цього змінний резистор необхідно виміряти і замінити на постійний найближчого номіналу.

Зібрати металодетектор можна з деталей набору NM8042, випущеного компанією МАЙСТЕР КИТ і включає в себе друковану плату, корпус, повний комплект деталей та інструкцію по збірці.

Рис.5. Зібраний металодетектор з набору NM8042 МАЙСТЕР КИТ
Пошукова головка

Пошукова головка для металодетектора - одна з найважливіших його частин. Від якості її виготовлення залежить, як буде працювати прилад.
Дані котушки - діаметр 19 см, кількість витків 27, провід ПЕВ, ПЕЛ 0,5 мм, кабель для котушки - двухпроводной, багатожильний НЕ екранований провід в гумовій ізоляції. Дана головка забезпечує чутливість виявлення монети 5 коп (СРСР) на відстані 19 -20 см на повітрі.

Рис.6. Одноконтурна головка

Одне контурна пошукова головка діаметром 19 мм не володіє достатньою чутливістю до дрібних металевих об'єктів (наприклад ювелірних прикрас), маленька ж має невелику глибину пошуку. Поєднати глибину пошуку з чутливістю до дрібних об'єктів можна виготовивши двоконтурну пошукову головку.

Рис.7. двоконтурна головка

На шматочках ДВП розмічаємо контури майбутньої котушки (зовнішній діаметр 200 мм, внутрішній діаметр 90 мм, товщина стінок 18 мм). Наметовому котушки. На відправку діаметром 19,2 мм - 25 витків, на оправці діаметром 84 мм - 5 витків. Просочуємо котушки лаком і вкладаємо їх в канавки, поєднуючи послідовно. Заводимо кабель, розпаювали кінці, вставляємо кабельний ввід. Кладемо котушку вгору канавкою і заливаємо канавку епокісдной смолою. Після полімеризації перевертаємо котушку, вклеиваем вушка і покриваємо всю поверхню епоксидкой в ​​2 шари. Розпаювати штекер, кабель обертаємо скотчем для захисту від фарби і 2-3 рази офарблюємо котушку.
Конструкція котушки дозволяє локалізувати 1 коп (СРСР) на відстані 100 мм. Центр об'єкта дуже легко визначається, оскільки діаграма чутливості до невеликих предметів виходить конусної (в центрі на 1-2 см більше).

Верхня штанга

Для виготовлення верхнього штанги металодетектора потрібно відрізок дюралюмінієвий, мідної або латунної труби діаметром 22 мм з товщиною стінок 2 мм. Його довжина - 120-140 см. З труби за допомогою трубогиба вигинається S-образна штанга (див рис. 8).

Рис.8. креслення штанги

З листового металу 1,5 - 2,5 мм вирізається і згинається підлокітник. Підлокітник кріпиться до штанги болтом М6. Під підлокітником знаходиться контейнер для елементів живлення. Провід живлення пропущений всередині штанги і виведений через отвір діаметром 5 мм в районі електронного блоку. Пластикова затяжна муфта взята від розсувних щітки для миття вікон. Внутрішній діаметр затяжного елемента муфти - 16 мм, зовнішній - 20 мм. Затяжний елемент вклеюється в штангу на епоксидної смолі. Неопреновая ручка може бути замінена відрізком гумового шланга або поролоновим валиком.

Нижня штанга

Нижня штанга намотана на оправці діаметром 14 мм з 6 шарів склотканини до отримання діаметра 16 мм. Довжина штанги - 500-750 мм. У моєму варіанті штанга зроблена розрізний з 2 частин по 370 мм кожна.

Загальний вигляд приладу наведено на рис. 9.

Рис.9. Загальний вигляд приладу

Опубліковано:
www.masterkit.ru