Глубокая модернизация металлоискателя «Пират».
Уменьшаем ток потребления, увеличиваем чувствительность, повышаем
стабильность работы популярного металлодетектора.
Сижу спокойно, никого не трогаю, и тут бац — приходит мне на почту письмо чудаковатого содержания:
— Уважаемый автор! Не могли бы Вы подсказать, как можно улучшить работу металлоискателя Пират? При питании от 9-вольтовой батареи — чувствительности не хватает, но ток потребления приемлемый, при переходе на 12-вольтовый аккумулятор — работа схемы становится лучше, но задолбаешься его постоянно подзаряжать. Схема во вложении.
Чур меня! — сказал я, оглянувшись по сторонам, зашёл на всякий случай на свой сайт, полазил там, перекрестился. Нет там ничего похожего на металлоискатели!
— А с какого бодунца я должен что-то смыслить в этой области? — пишу автору вопроса. — Я, конечно, наблюдал лет 100 назад в журналах простенькие схемы металлоискателей на биениях, но не более того.
— Нет, этот не на биениях — импульсный, ребята из «радиоскота» разработали. Там всего-то делов: передатчик, да приёмник. Вам как два пальца об асфальт, а мне знаний не хватает и ответить толком никто не может!
Ну, как-то, — подумал я, — два пальца об асфальт, это не тот процесс, о котором я так долго мечтал с детсадовского возраста, — и хотел было в мягкой, но решительной форме отшить навязчивого вопрошающего, но. побродив по сети и поизучав вопрос, обнаружил — а оказывается, тема эта будоражит умы изрядного количества радиолюбителей. Популярная, оказывается, тема!
Да, немало ещё золотых самородков закопано на великих просторах нашей страны, — обозначил я возможные истоки подобного интереса и решил-таки озадачиться данным вопросом.
Результатом теоретической проработки темы стала страница — ссылка на страницу.
А теперь плавно переходим к «Пирату».
Случилось так, что «ребятам из радиоскота» пришлось не так уж и сильно поднапрячься.
Первая реализация подобного металлодетектора нашлась в буржуйском журнале «Everyday Electronics August 1989», и уж совсем похожую схему «PI Metal Detector» опубликовал 30.09.2008 С.В.Smith.
Так что братве всего-то и осталось — лишь выкинуть лишние, на их взгляд, радиодетали. На сколько лишние — оставим на их совести, работает, ну и слава богу!
Рассмотрим принцип работы данного металлоискателя. После излучения передатчиком короткого импульса магнитной индукции, в искомом металлическом объекте возникает и некоторое время поддерживается (вследствие явления самоиндукции) затухающий импульс тока, обусловливающий задержанный по времени отражённый сигнал. Этот отражённый сигнал и несёт полезную информацию об объекте, которую и надо зарегистрировать приёмной частью металлодетектора.
Рис.1
На Рис.1 (слева) приведена передающая часть «Пирата».
Генератор импульсов формирует короткие импульсы тока, поступающие с частотой 150Гц в излучающую катушку, где они преобразуются в импульсы магнитной индукции. Так как излучающая катушка имеет ярко выраженный индуктивный характер, всплески напряжения на ней могут достигать сотен вольт. А поскольку данная катушка является по совместительству и приёмной, необходимо позаботиться об ограничении данного напряжения на входе приёмной части регистратора. Для этой цели использован диодный ограничитель D1-D2.
На правой части рисунка показаны эпюры напряжения на ограничителе в условиях отсутствия в зоне действия катушки металлического предмета (синий цвет) и наличия железяки (красный цвет). Как можно увидеть — налицо эффект расширения импульса, обусловленный переизлучением мишени. Чем больше металлический объект, либо чем он ближе расположен к поисковой катушке — тем более выраженным будет эффект расширения, т.е. вычислив разницу между длительностями красного и синего импульсов можно судить о размерах и глубине залегания объекта.
Причём основная часть тока потребления устройства как раз и приходится на процесс накачки катушки энергий, необходимой для достаточной мощности излучения. Как можно снизить это потребление? Тупо — уменьшить частоту повторения импульсов.
Давайте подумаем, почему частота этих импульсов выбрана в «Пирате» равной 150 Гц? Да очень просто — это частоту необходимо зафиксировать динамиком. Динамик маленький, он и эту-то частоту воспроизведёт с трудом, а если её сильно понизить, то и вовсе будет молчать как рыба, ну а если и не молчать, то слегка пощёлкивать.
Ладно, забыли про динамик! А до каких пределов можно понижать данную частоту? До значений, позволяющих комфортно перемещать в пространстве катушку металлоискателя без потери скорости обнаружения цели. Ясен хулахуп, что понижение частоты до 50Гц (или 50-ти плевков поисковым импульсом в секунду) не окажут никакого негативного влияния на скорость перемещения. Зато троекратное уменьшение частоты позволит, как минимум, в три раза уменьшить ток потребления. Дальнейшего снижения можно добиться, применив цифровую схему обработки сигнала посредством малопотребляющих КМОП микросхем.
Ну и хватит этой унылой теории, пора переходить к схеме электрической-принципиальной! 
Рис.2 Схема импульсного металлоискателя
На Рис.2 приведена схема формирования импульса, длительность которого прямо пропорциональна мощности отражённого от металлического объекта сигнала.
В формирователе применены КМОП логические элементы «2И-НЕ» с триггерами Шмитта на входах. Именно наличие этих триггеров позволяет избежать микросхемам затянутых переходных процессов и обеспечивает собственное потребление тока, близкое к нулю.
Частота импульсов генератора, как мы уже договорились — 50Гц, длительность импульсов накачки — 150мкс (это значение является оптимальным для применённой в металлодетекторе катушки).
В самом простом варианте катушка наматывается на оправке 200 мм и содержит около 30 витков провода. Её форма и конструкция может иметь различные очертания, важно, чтобы результирующая индуктивность составляла величину 300-330 мкГн.
Начало импульса запрета совпадает с началом передающего импульса. Длительность регулируется переменным резистором R2 и должна составлять величину, равную времени разрядки излучающей катушки.
Операционный усилитель DA1A усиливает сигнал, поступающий с выхода диодного ограничителя и приближает его форму на своём выходе к прямоугольной.
Для лучшего понимания работы схемы приведу диаграммы напряжений в различных точках.
Рис.3 Диаграммы напряжений импульсного металлоискателя
Думаю, дальнейшего пояснения работы формирователя не требуется.
Собственно говоря, теперь нам только и осталось, что измерить длительность выходного импульса и зафиксировать её любым удобным для юзера методом. Сделать это также удобно сугубо цифровыми средствами.
Рис.4 Измерители длительности импульса
На Рис.4 приведены два варианта измерителя длительности импульса: первый со светодиодной индикацией, второй — с регистрацией длительности посредством изменяющейся звуковой частоты.
В основе обоих устройств лежит микросхема CD4017 (К561ИЕ8), представляющая собой десятичный счётчик с дешифратором. Дешифратор работает таким образом, что обеспечивает логическую единицу только на одном выходе в любой момент времени, что крайне полезно для снижения энергопотребления схемы при работе на светодиодные матрицы. Как это всё функционирует?
С приходом на вход устройства положительного перепада измеряемого сигнала (вх. импульс), запускается генератор, построенный на IC1.1, выходные импульсы которого с частотой, задаваемой цепочкой R1 C1, поступают на тактовый вход счётчика IC2. Счётчик начинает заниматься своим непосредственным делом — считать.
По окончании измеряемого сигнала, его уровень становится равным нулю, генератор стопорится и счётчик, соответственно, тоже, индицируя «единицей» на соответствующем выходе количество посчитанных импульсов.
Чем больше счётчик успеет к этому моменту насчитать — тем выше длительность поступающего на вход сигнала.
Элементы IC1.2 и IC1.3 предназначены для остановки счётчика в момент появления «единицы» на последнем разряде, чтобы не допустить его последующего перезапуска.
Переменный резистор R1, регулирующий частоту генератора, по совместительству отвечает и за чувствительность металлоискателя: чем больше частота — тем выше чувствительность.
Так, с эти разобрались, выкидываем светодиоды, подключаем к счётчику генератор (Рис.4 справа).
Генератор выполнен на IC3.1, IC3.2, Т1 и представляет собой устройство, частота которого формируется посредством управляющего тока. Управляющий ток, в свою очередь, зависит от значений резисторов R4-R11, подключённых к соответствующим выходам счётчика.
При указанных на схеме номиналах, минимальная частота, соответствующая самой малой длительности входного импульса, будет около 500 Гц, максимальная, соответствующая самой большой длительности: ≈ 1 кГц. Остальные резисторы следует выбирать из сетки промежуточных номиналов.
В процессе повышения частоты генератора происходит и одновременное увеличение громкости в звуковом излучателе, связанное с уменьшением скважности выходных импульсов (приближении их формы к меандру).
Для поддержания высокой стабильности работы металлоискателя — все логические элементы необходимо запитывать стабилизированным напряжением, снимаемым с интегрального стабилизатора VR1 (Рис.2). На самом деле, для классического «Пирата» такой стабилизатор был бы тоже совсем не лишним!
Источник
Металлоискатель повышенной чувствительности своими руками
Схема металлоискателя обладает очень высокой чувствительностью, так как здесь контролируется расхождение частот — образцового генератора, работающего на частоте 0,5…1 МГц, и 5…10 гармоники поискового генератора. Расстройка последнего, например, лишь на 10 Гц ведет к изменению частоты разностных колебаний на 50… 100 Гц. Металлоискатель «ловит» монету 2 см на глубине до 9 см.
Образцовый генератор металлоискателя выполнен на элементах DD2.1, DD2.2, ZQ1 и др., где ZQ1 — кварцевый резонатор на частоту f0=0,5..1 МГц, обеспечивающий высокую ее стабильность.
Контур перестраиваемого генератора (L1, C2, СЗ, VD1) должен быть настроен на одну из частот fc=к·f0, где кО<1>. Ее подбирают конденсатором C2 (движок резистора R2 — элемент тонкой настройки генератора — должен быть в среднем положении).
Смеситель прибора выполнен на элементе DD1.4. Элементы DD1.3 и DD2.3 — буферные.
Каркасом поисковой катушки L1 служит кольцо диаметром 250 мм, согнутое из винипластовой трубки, имеющей внешний диаметр 15 и внутренний 10 мм. Катушку наматывают проводом ПЭЛШО 0,27. Она имеет 100 витков. Для удобства намотки винипластовая трубка может иметь продольный разрез. После укладки витков катушки трубку обматывают лентой из алюминиевой фольги, которая нужна здесь как электростатический экран. В этом экране обязательно должен быть сделан разрыв длиной 1 см, иначе он станет шунтирующим L1 короткозамкнутым витком. Для защиты поисковой катушки от механических повреждений её обматывают двумя, тремя слоями ленты ПВХ.
Элементы прибора размещают на плате, которую помещают в металлическую коробку-экран. Удлинитель, если он есть, также должен быть металлическим. Его можно изготовить, например, из дюралюминиевой лыжной палки, а если деревянный, то провод к катушке должен быть экранированный.
Источник
Металлоискатели в России / Только белая техника!
КОМПАНИЯ
УСЛУГИ
РЕСУРСЫ И СЕРВИСЫ
9 способов увеличить глубину обнаружения целей
Непрерывная работа с максимальными настройками глубины может помочь извлечь глубоко залегающие цели. В другом случае настраивать глубину нецелесообразно. Тестировать увеличение глубины обнаружения лучше всего в специально подготовленном для этого месте в поле или на собственном земельном участке.
Вот 9 советов о том, как добиться максимальной производительности катушки металлоискателя по глубине.
1. Чувствительность
Настройка чувствительности — самый популярный способ увеличить глубину. Обычно, когда повышается чувствительность, увеличивается и глубина. Но имейте в виду, что есть и побочный эффект, поскольку слишком высоко взвинченная чувствительность может снизить вероятность идентификации цели, а также свести вас с ума постоянными хаотично издаваемыми звуками.
2. Баланс грунта
Каждый современный металлоискатель обычно имеет функцию баланса грунта. Правильно определить его и установить — это прямой путь к увеличению глубины. Ведь от минерализации почвы многое зависит, в том числе и то, на какой глубине вы будете обнаруживать цели.
3. Проводите катушкой как можно ближе к земле
Простой расчет: если вы сможете приблизить катушку к земле на 1,5 см, то и глубина обнаружения увеличится на те самые 1,5 см. Иногда этого бывает достаточно, чтобы поймать слабый сигнал от монеты. Иногда трава мешает перемещать катушку ближе к земле. В таком случае берите катушку побольше и потяжелее, ей проще смять растительность. Однако позаботьтесь о ее дополнительной защите.
4. Снижение дискриминации
Очень глубоко залегающие цели часто определяются металлоискателем неправильно. Но вы никогда не засечете эти многочисленные ложные срабатывания, если уровень дискриминации слишком высокий, например, как при программах «Монеты». Уменьшение дискрима до минимума может привести к успеху. Может быть, вы откопаете древний артефакт, а не очередной гвоздь.
5. Устранение помех
Очень много помех идет в цивилизованных местах, а также около линий электропередач и закопанных кабелей. Работающие электроприборы тоже достаточно сильно фонят. Обычно в таких случаях снижают чувствительность, а это уменьшает глубину. Поэтому лучше постарайтесь работать подальше от помех. Также выключите мобильник и уберите из карманов все металлические предметы. Не носите обувь с металлическим элементами. Не складывайте пели кабеля от катушки на саму катушку.
6. Специальные настройки и девайсы
Изучите инструкцию к своему металлоискателю вдоль и поперек. Ваш прибор может иметь некие уникальные параметры, которые могут помочь вам лучше слышать и видеть глубинные цели. Некоторые детекторы бывают специально созданы для того, чтобы усиливать глубокие, но слабые сигналы, например, в последнее время было некоторое оживление среди отечественных поисковиков по поводу глубинной прошивки металлоискателя АКА Signum MFT. Или также хороший результат дает использование глубинных насадок. XP выпустила такую недавно для Deus.
7. Большая катушка
Поисковые катушки больших размеров дают большую глубину обнаружения и более четкие показания от целей. Осторожно! Большая катушка может иметь большой вес. Поэтому к металлоискателю хорошо было бы приобрести специальную разгрузку, которая облегчает ношение прибора. Напомним, что большая катушка не может быть эффективной на сильно замусоренных железом участках и на высокоминерализованных почвах.
8. Экспериментируйте со скоростью проводки
К примеру, быстрое передвижение с Fisher F75 дает больше шансов на обнаружение глубоких целей, чем медленное. Опять же обращайтесь к руководству пользователя и неустанно проводите тесты — какая скорость передвижения для вашего металлоискателя дает более глубоко проникающий сигнал.
9. Носите наушники
Если вы используете обычный динамик металлоискателя, то вы вполне закономерно можете банально не различать сигналы от глубинных целей. В наушниках вы отвлекаетесь от внешних шумов и улавливаете быстрые, слабые сигналы. Если наушники вы использовать по каким-либо причинам вы не хотите, то попробуйте провести серию воздушных тестов и запомнить звуки для наиболее отдаленных целей. Иногда крошечные, незаметные изменения в аудио-тоне не отражаются на дисплее металлоискателя.
Источник
