Преобразователь напряжения для металлоискателя своими руками

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

ПРОСТОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЯ

Это преобразователь делался как дополнительный модуль для возможности питания металлоискателей (разных типов — «импульсников» и «биенщиков») от аккумуляторов с напряжением 3,6 вольт. Хотя, конечно, схема может быть легко переделана на любые другие напряжения входа/выхода и применена в других электронных устройствах. Схема простейшая, не «капризная», не требует никаких специализированных деталей и делается практически из того, что есть под рукой (оригинал схемы опубликован и подробно описан в журнале «Радио» №6, 2005 год):

Транзисторы могут быть любые малой или средней мощности, например КТ-203, 208, 209, 501 или аналогичные импортные. Можно применять «древние» МП 20, 21, 26, 42. Конденсатор на выходе — с малым током утечки от 10 до 100 мкФ на напряжение 25 вольт или выше. Резистор R1 при подключенной нагрузке можно не ставить.

Коэффициент преобразования зависит исключительно от соотношений количества витков обмоток трансформатора, который мотается на кольце типа К10х6х4,5 из феррита 2000НМ или близким по размерам. В качестве него можно взять, например, кольцо от дросселей на материнских платах компьютеров (успешно пробовались кольца синего, зелёного и чёрного цветов. Кольца жёлтого цвета — не работали!).

Для получения на выходе 9 вольт при 1,5 вольт на входе (как указано на схеме) количество витков должно быть таким:

• обмотка I: 2 х 10 витков;
• обмотка II: 2 х 70 витков.

Обмотки мотаются сложенным вдвое проводом ПЭЛ (или аналогичным) диаметром 0,2…0,35 мм и затем распаиваются по приведённой схеме. Для получения, например, 12 вольт на выходе при 3,6 вольт на входе обмотки должны быть, соответственно: 2 х 6 витков и 2 х 18 витков. Однако количество витков может быть несколько иным для разных типов колец и точнее подбирается экспериментально. Для упрощения подбора количества витков сначала лучше намотать обмотку II а затем уже — обмотку I и подбором её витков установить нужное выходное напряжение.

Схема очень простая и компактная, может быть выполнена навесным монтажом как отдельный внешний блок с выключателем и индикацией включения или же встроена в электронный блок готового устройства, за много лет повторялась множество раз и не вызывала никаких нареканий в работе.

Преобразователи по этой схеме применялись, в частности, для питания металлоискателей типа «Пират» и различных простых биенщиков. При этом дроссели по питанию не ставились и не делались дополнительные экранировки схемы. Никаких помех и влияний на работу аппаратов данный преобразователь при этом не оказывал. Материал предоставил: Андрей Барышев.

Источник

Простой импульсный металлоискатель «ПИРАТ»

Импульсный металлоискатель своими руками

Pirat — расшифровывается так: PI — означает металлодетектор импульсный, а RAT — сайт автора: «radioscot».

Данный металлоискатель завоевал славу простого и не дорогого прибора, малое количество доступных не дефицитных деталей, при правильной сборке и исправных деталей прибор работает сразу, практически без настроек.

Если сравнивать с также простой схемой металлоискателя на биениях частоты, то здесь глубина обнаружения металла на порядок лучше. Дискриминации в данном типе металлоискателя нет, цветной и чёрный металлы реагируют практически одинаково. Но при определённых навыках можно понять, какая цель находится под датчиком. Сборка и настройка данного металлоискателя намного проще, чем рассматриваемого ранее импульсного металлоискателя «VINTIK-PI».

Характеристики металлоискателя «ПИРАТ»

• Напряжение питания: 9 – 12 вольт.
• Потребляемый ток: 30-40 мА.
• Глубина обнаружения монеты (25 мм): 20 см.
• Глубина обнаружения крупных металлов: 150 см.

Конечно, характеристики во многом зависят от использованных деталей, катушки, качества сборки? напряжения питания и т.д.

Схема металлоискателя «ПИРАТ»

Есть много различных вариантов схем металлоискателя ПИРАТ и доработок к ним.

Вариант: генератор на транзисторах, приёмник на К157УД2

Вариант: генератор на NE555, приёмник на К157УД2

Вариант: генератор на NE555, а приемник на TL072

с регулировкой частоты генератора:

Вариант: генератор на К561ЛА7/ЛЕ5, приёмник на К157УД2

Печатная плата металлоискателя ПИРАТ

Существуют также много различных вариантов ПП, ниже несколько вариантов.

Вариант: генератор на NE555, приёмник на К157УД2

Вариант: генератор на транзисторах, приёмник на К157УД2

Вариант: генератор на NE555, приёмник на TL072

Описание схемы

Схема металлоискателя состоит из двух основных узлов: передающего и приемного.

Передающий узел состоит из генератора импульсов на микросхеме КР1006ВИ1 (зарубежный аналог NE555) и мощного ключа на полевом транзисторе КП505А (зарубежный аналог IRF740, IRF840). Можно поставить биполярный транзистор обратной проводимости с напряжением К-Э не менее 200В. Его можно взять из энергосберегающей лампы или зарядного устройства от мобильного телефона. Для раскачки мощного ключа используется транзистор ВС557.

Приемный узел собран на микросхеме К157УД2 (можно собрать зарубежной мс TL072), по входу приёмника стоят встречно-параллельно ограничивающие диоды, на входе второго каскада приемника стоит фильтр, вырезающий нужную часть импульсов, на выходе второго каскада стоит транзисторе ВС547, в его коллекторной цепи подключен динамик 8-50 Ом. В место Т3 можно применять практически любой транзистор структуры NPN.

Список деталей для металлоискателя «ПИРАТ»

Все эти радиодетали применялись в старой советской технике. Можно их также заказать в интернет-магазинах.

Динамик можно взять от китайского портативного радио с сопротивлением 8 — 50 Ом. Так же для настройки нужны два потенциометра на 10кОм и на 100кОм. Питание металлоискателя осуществляется от 9 — 12 В. Чувствительность и работа лучше от 12В. Для этой цели лучше использовать аккумуляторы, используемые в ноутбуках.

Монтаж

Схему металлоискателя рекомендуем спаять с помощью чистой канифоли или спирто-канифольным раствором. Перед тем как начать сборку всей конструкции рекомендуем проверять целостность деталей мультиметром, так как возможен брак радиоэлементов. После пайки обязательно тщательно промыть плату спиртом (водкой) с помощью зубной щётки.

Катушка металлоискателя

Первый вариант

Катушка намотана на оправке около 200 мм, она содержит 25-30 витков провода ПЭВ, ПЭЛ, ПЭТВ… Ф-0,4 — 0,7. В качестве оправки подойдет кастрюля такого размера. Количество витков лучше намотать 30 и затем в процессе настройки уменьшать, добиваясь максимальной чувствительности. Для этого подносим монетку к катушке и проверяем, с каким количеством витков монетка будет «улавливаться» с наибольшего расстояния.

Для того, что бы катушка имела хорошую прочность и крепилась к штанге, её можно намотать, например, на пяльцах для вышивания. Смотрите фото ниже.

Второй вариант (катушка корзиночного типа)

С её помощью удается получать большей глубины обнаружения, особенно для мелких металлов. Конструктивные особенность датчиков этого типа позволяет получить чувствительность до 20% больше, чем обычный датчик.

Катушка наматывается на оправке 180 — 200 мм и содержит 4 витка провода «витая пара» для компьютера (без фольги!). В кабеле 8 проводов .

4 витка * на 8 проводов = получаем 32 витка.
Индуктивность данной катушки составляет 330 µГн и сопротивление 2 Ома.

Для большей чувствительности можно сделать катушку на один виток меньше и получим 3 витка витой пары 3 (3 витка * на 8 проводов = получаем 24 витка.), но затем нужно подстроить схему приемника металлоискателя. Следует учесть, что увеличится потребляемый ток.

Когда мотаем катушку: продевать свободный длинный конец кабеля в образовавшуюся петлю, обвивая вторым витком кабеля первый. За один оборот витка катушки нужно продеть 4-5 раз свободный конец кабеля через катушку.

При намотке катушки следите, чтобы кабель укладывался, строго повторяя период обвивки предыдущих витков.

Концы проводов зачищаем от изоляции, скручиваем, спаиваем и надеваем на соединения изоляционные трубочки. Провода двух концов соединяются так, чтобы получилась полноценная катушка. Можно соединить по любому, один из вариантов в приведённой таблице:

Цвет провода

одного конца

Действие

Цвет провода

другого конца

подключить к плате ->

ЗЕЛЁНЫЙ

ЗЕЛЁНЫЙ

БЕЛО- ЗЕЛЁНЫЙ

БЕЛО- ЗЕЛЁНЫЙ

СИНИЙ

СИНИЙ

БЕЛО- СИНИЙ

БЕЛО- СИНИЙ

ОРАНЖЕВЫЙ

БЕЛО- ОРАНЖЕВЫЙ

БЕЛО- ОРАНЖЕВЫЙ

КОРИЧНЕВЫЙ

КОРИЧНЕВЫЙ

БЕЛО- КОРИЧНЕВЫЙ

БЕЛО- КОРИЧНЕВЫЙ

Каркас катушки НЕ должен содержать металла! Сама катушка в этом типе металлоискателя тоже НЕ обматывается фольгой!

Провод, соединяющий катушку и плату должен быть толстым — обычный электрический медный многожильный типа ПВС, ПУНГП… 2 х 2,5 мм² или 2 х 1,5 мм², а также не желательно применять соединений и разъёмов. В импульсе ток достигает больших значений и всё выше сказанное влияет на чувствительность прибора.

Катушку плотно обматываем изолентой и припаиваем соединительный провод.

Штангу можно сделать из 4-5 м. водопроводной трубы из ПВХ и пару перемычек для того, что бы сделать штангу более удобной. На конец штанги, который вы будете держать, можно установить удобную подставку для руки из пластиковой канализационной трубы. После чего устанавливаем плату в любую подходящую по размерам коробку и крепим на штанге. В конструкции не должно быть посторонних металлических элементов, так как это будет сильно искажать электромагнитное поле прибора.

Настройка металлоискателя

Правильно собранный прибор в наладке практически не нуждается. При настройке только возможно придётся подобрать резистор ( R12) , стоящий последовательно с переменным ( R13) , чтоб щелчки в динамике появлялись при среднем положении его движка.

Если есть осциллограф, то можно проконтролировать на затворе Т2 длительность управляющего импульса и частоту генератора. Оптимальный вариант импульса 130-150мкс, частота 120-150 гц.

R1 в генераторе отвечает за частоту генерации. R2 — за длительность управляющего импульса. Напряжения на выводах ОУ К157УД2 (без присутствия метала в зоне датчика):

Для более детальной настройки, а также при ремонте металлоискателя желательно иметь осциллограф. Осциллограммы в различных точках схемы показаны на картинках, ниже.

	3 нога время.дел 10мкс вольт.дел 05в без металла.		3 нога — с металлом
	13 нога-2мс-2в без металла		13 нога-2мс-2в с металлом
	13 нога-100мкс-2в без металла		13 нога-100мкс-2в с металлом
	5 нога-1мс-2в без металла		5 нога-1мс-2в с металлом
	7 нога-1мс-5в без металла		7 нога-1мс-5в с металлом
	7 нога-100мкс-5в с металлом		ноги 2,6 и питание—2мс-100мв без металла
	-1мс-без металла		-1мс- с металлом.

При включении ожидаем 15-20 сек, после чего регулятором ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ находим такое положение при котором в динамике прослушиваются щелчки — это и будет максимальная чувствительность.

Доработка металлоискателя «ПИРАТ»

Две схемы генераторов сигнала

Для того, чтобы в динамике были не щелчки, а «пиканье»для этой цели собирается схема генератора перед УНЧ.

Ещё вариант на К561ЛЕ5

Вариант генератора на К561ЛА7. На выходе переключатель динамик-наушники-светодиод.

Стрелочный индикатор, подключенный параллельно динамику металлоискателя для визуального контроля сигнала. Стрелочный индикатор от старого магнитофона. Схема подключается параллельно динамику.

Вернемся еще раз к этой схеме. Данная схема питается от низкого напряжения 3,7В. Генератор на транзисторах, добавлен транзистор для запирания приемника во время импульса передачи, добавлен регулятор громкости и составной транзистор на выходе:

Следующая схема имеет защитный диод от переполюсовки, регулятор громкости, гнездо для наушников переключает с динамика на наушники. В генераторе стоит NE555, в приемнике TL072.

Внешний вид собранного металлоискателя

Ниже, схема для набора Пират. В ней в приемнике используется 4558D — она более устойчивая к разбросам по питанию. Установлен подстроичный резистор для регулировки частоты задающего генератора — это полезно при питании схемы от батареи типа «Крона», т.к. при уменьшении частоты уменьшается и потребляемый ток, конечно при этом немного падает чувствительность.

. Если у Вас есть желание собрать данный металлоискатель, но нет необходимых деталей и печатной платы, то Вы можете заказать набор деталей и печатную плату на последнюю версию металлоискателя ПИРАТ (ДОРАБОТАННАЯ ВЕРСИЯ на импортных компонентах мс NE555 и 4558D )

на сайте Мастерок!

Информация с сайта:radioscot и сети Интернет.

Источник