Металлоискатель своими руками

Металлоискатель своими руками

Низкобюджетный металлодетектор (Poor Man’s Metal Locator)

Everyday Practical Electronics, июнь 2006

Этот уникальный металлодетектор сделан всего на пяти компонентах — дешёвой микросхеме, переменном конденсаторе, двух поисковых катушках и наушнике. Но не взирая на простоту он имеет довольно неплохие параметры.

Эта схема относится к металлодетекторам.

И хотя она содержит некоторые узлы от других металлодетекторов, её принцип работы отличается от них.

Не будет преувеличением сказать, что по характеристикам схема соответствует недорогому детектору с индукционным балансом (ИБ). Соберите её — и вы в этом убедитесь! Эта конструкция даже более проста, чем оригинальный детектор на биениях, схема которого была опубликована в EPE за май 2004.

При тестировании было установлено, что старый английский пенни обнаруживается на воздухе на расстоянии 15 см, хотя из-за различных факторов, влияющих на чувствительность, дальность обнаружения может падать до 12,5 см.

Тем не менее этот детектор может составить конкуренцию для бюджетных ИБ и даже иметь некоторые полезные особенности унаследованные от детекторов на биениях.

Введение

Вместо использования поискового и образцового генераторов (как в детекторах на биениях), или передающей и приёмной катушек (как у ИБ детекторов), этот детектор использует два передатчика (или поисковых генератора) с взаимно перекрывающимися катушками как у ИБ детекторов.

Рис. 1. Принципиальная схема — вряд ли может быть проще.
Примечание к схеме: каждая катушка содержит 70 витков провода ПЭЛ-0,32 намотанного на оправке диаметром 12 см.
Катушки должны перекрываться между собой для получения тона в наушниках.

Как видно из рисунка 1, схема очень проста. Каждый генератор собран на одном усилителе счетверённого ОУ плюс поисковая катушка!

Сигналы с этих генераторов смешиваются (по типу как у детекторов на биениях) и в результате этого можно услышать сигнал биений.

Но помимо всей этой схожести с детекторами на биениях имеется и отличие. И это отличие, которое существенно увеличивает чувствительность детектора заключается в том, что каждая из катушек изменяет частоту генератора через индуктивную связь. В результате получается «баланс» как у ИБ детекторов и чувствительность становится больше, чем у схем на биениях.

Кроме всего этого, требуется средство для управления выходной частотой биений, что бы можно было настраивать прибор. Это может быть выполнено разными способами, в данном случае используется стандартный переменный конденсатор 100 пФ от АМ приёмника, соединённый между двумя генераторами.

Так как концепция схемы заимствована от индукционно-балансных и детекторов на биениях, то мы будем называть принцип работы этого детектора «баланс биений» (ББ).

Характеристики

Основные характеристики схемы такие:
— В зависимости от того, как он сконструирован, этот детектор потенциально имеет чувствительность как у ИБ детектора.
— Не нужен приёмный усилитель или детектор уровня, это существенно упрощает схему и снижает её стоимость. Представленная схема содержит всего два основных компонента, при том что аналогичная по чувствительности схема бюджетного ИБ будет содержать порядка 10..20 компонентов.
— Оба поисковых генератора идентичны, следовательно схема устойчива к изменению напряжения питания и окружающей температуре. Из-за этого отпадает нужда в схемах компенсации и стабилизаторе напряжения.
— Каждая из катушек имеет противоположный отклик на мишень, и следовательно высокий иммунитет к минерализации земли. В то же время схема имеет хорошую дискриминацию в точке перекрытия обеих катушек.

Схема

В основе конструкции лежит простейшей генератор на инверторе. Рассмотрим вначале генератор на IC1. С момента, когда индуктивность начинает сопротивляться быстрым изменениям напряжения (называемым реакцией), любое изменение логического уровня на выходе (вывод 1) будет передаваться на инвертирующий вход 2 с задержкой по времени.

Скорость нарастания выходного напряжения составляет примерно 8В/МС, все последующие переключения IC1 соответственно задерживаются и таким образом генератор переходит в рабочий режим, с установившимися колебаниями на выходе.

Один из выводов поисковой катушки соединён с неинвертирующим входом (вывод 3), который стабилизирует работу. В принципе вывод 3 мог бы быть оставлен не подключённым, но это было бы неоптимальным решением.

Так как разные интегральные микросхемы имеют разные скорости нарастания выходного напряжения и входные сопротивления, то они вряд ли будут работать в этой схеме. Однако TL074CN широко распространена и её доступность не должна быть проблемой.

Поисковая катушка является ответственной частью генератора и она должна быть правильно сконструирована, что бы генератор заработал и была получена необходимая частота на выходе.

Эта частота должна быть достаточно большой, но не настолько, что бы на неё влияли шумы или нестабильность параметров.

Характеристики микросхемы IC1 и индуктивность катушки влияют на частоту генерации, которая находится в районе 260 кГц (без подключённого экрана Фарадея). Экран Фарадея увеличивает индуктивность катушки примерно в два раза, соответственно частота на выходе генератора становится примерно в два раза меньше.

Генератор на IC1b включён точно так же, как и IC1a, за исключением того, что его поисковая катушка подключена в противофазе.

По мере того, как поисковую катушку перемещают параллельно земле, появление металла увеличивает индуктивность вначале L1 и потом L2, или наоборот, в результате чего частота генерации немного уменьшается. Третий усилитель IC1c используется для смешивания сигналов двух генераторов, и на его выходе получается частота биений, лежащая в аудио диапазоне.

Всё это является отличительной особенностью детектора ББ типа. Присутствие металла не только изменяет частоту поискового генератора, но и так же как и у ИБ детектора, влияет на другую катушку. В действительности обе какушки влияют друг на друга через взаимоиндукцию, и это является причиной существенного увеличения чувствительности системы.

Помимо всего этого, необходимо найти способ для настройки детектора. Это достигается с помощью переменного конденсатора VC1, который соединяется с двумя индуктивностями (поисковыми катушками). В качестве VC1 будет работать практически любой конденсатор переменной ёмкости, желательно только что бы он имел не слишком большую ёмкость — от 47 пФ до 100 пФ. Если же такого нет, то можно использовать конденсатор большего номинала, включив с ним последовательно ёмкость 47пФ.

В качестве наушников используются пьезотелефоны. Если их громкость слишком велика, то её можно уменьшить, включив последовательно с наушниками резистор подходящего номинала. Индуктивный звукоизлучатель использовать не рекомендуется из-за опасности перегрузки IC1c.

Ток, отребляемый схемой состовляет прмерно 15мА. Восемь батарей типа АА хватает примерно на 70 часов работы.

Конструкция

В схеме нет большого количества деталей, так что трудно допустить какую-либо ошибку. Важно не ошибиться с включением микросхемы и фазировкой поисковых катушек. Кроме этого, других проблем быть не должно.

Вставьте в печатную плату 12 штырьков и впаяйте их, потом припаяйте два провода, ведущих к выключателю. В качестве штырьков используйте облуженный толстый медный провод.

Теперь пришло время наполнить печатную плату. Так как это чувствительная, высокочастотная схема, то рекомендуется впаивать IC1 напрямую, без панельки. После того как вы вставили эту микросхему, убедитесь в правильности установки. TL074CN достаточно надёжная микросхема, паяйте её по возможности быстрее, что бы избежать перегрева.

Припаяйте переменный кондесатор VC1, гнездо для наушников, батареи и выключатель (соблюдайте полярность — ошибка может вывести схему из строя). Выключатель питания обычно подключают к положительному выводу батарей. Одни батареи имеют облуженный контакт, другие (такие которые мы используем) требуют 9В переходную колодку для подсоединения. Опять же, соблюдайте полярность!

Теперь прикрепите выключатель питания и разъём для наушников к корпусу.

Я использовал длинные винты для крепления VC1 под печатной платой, это лёгкий и эффективный способ для установки переменного конденсатроа в корпусе. Используйте кусок токонепроводящей резины для изоляции VC1 от печатной платы.

Томас Скарборо.

Пять лет назад я приобрёл компилятор языка Си для микроконтроллеров. До этого лет 15 писал программы на чистом ассемблере. Занимало это уйму времени и сил. А работа с математикой вводила меня в сильнейшую депрессию. Но компилятор надо было на чём-то осваивать. И в качестве подопытного кролика стал простейший металлоискатель с возможностью распознавания типа металлов «МалышFM». «Схема без схемы». Большинство необходимого мне удалось реализовать программно применив математическую обработку результатов измерений. Принцип работы очень простой: при внесении в поле катушки контура чёрных металлов, частота колебаний контура снижается. При внесении цветных металлов — увеличивается. Что контроллер и индицирует. Проще придумать было невозможно. Схема металлоискателя была минимизирована насколько это только можно было.

Но по мене распространения схемы этого металлоискателя, люди с разных форумов стали одолевать просьбами то как-то модифицировать LC-генератор, то поиграть со схемой питания, то с кварцем.. В результате появился «МалышFM2» — «вывернутый наизнанку» «МалышFM», более приспособленный для экспериментов с признаками нормальной схемы металлоискателя.

Как ни странно, но спустя пять лет, люди продолжают экспериментировать с «Малышами». И регулярно приходят письма с вопросами и просьбами.

И вот на днях один товарищ стал бороться со стабильностью генератора — не хочет работать, хоть убей.. Появились просьбы, как «прилепить костыли» в программу, чтобы победить пару транзисторов снаружи..

Когда я открыл исходник прошивки и увидел конструкции типа if() goto: мне стало стыдно. Понял, что пока не сделаю рефакторинг кода, меня совесть не отпустит. И таки сделал. Попутно появились мысли по улучшению его схемы.

Так как от параметров транзисторов внешнего LC генератора металлоискателя зависит напряжение импульсов, чтобы не играться с резисторами и паяльником я сделал автоматическую настройку порога встроенного компаратора. Контроллер сам выполняет эту настройку.

Наличие у контроллера PIC12F675 внутри АЦП навело на мысль сделать индикатор разряда батареи. К схеме добавилось всего три резистора. При старте контроллер измеряет напряжение батарейки, и если оно ниже 5,5в, то быстрым миганием светодиодов и звуковым сигналом контроллер сообщает о необходимости заменить батарею металлоискателя на новую.

Благодаря новым алгоритмам автоподстройки частоты и начальной калибровки, удалось значительно облегчить старт металлоискателя в тяжёлой электромагнитной обстановке. Расширился диапазон допустимой входной частоты поискового генератора (от 15 до 25 кГц). Схема металлоискателя практически не изменилась.

В собранном виде плата меньше спичечного коробка и не содержит дефицитных или дорогих деталей. Конденсаторы контура обязательно надо взять плёночные. С керамикой Вы не получите стабильной частоты и потратите массу нервов. С правильными конденсаторами металлоискатель «МалышFM2» часами лежит на столе без уходов частоты, лишь курлыкая раз в 2 минуты, напоминая о необходимости выключить питание.

Для облегчения расчётов катушки и конденсаторов контура поисковой катушки металлоискателя, очень советую программу Coil32. Она совершенно бесплатная и прекрасно выполняет свои функции. После изготовления катушки, необходимо её экранировать. Для этого можно обмотать алюминиевой фольгой с последующим подключением экрана к минусу платы. Экран обязательно должен иметь разрыв в области вывода проводов наружу, иначе Вы получите короткозамкнутый виток и работать генератор не будет.

Для облегчения настройки катушки, в программу этого простого металлоискателя я ввёл коды диагностики. Если при старте Вы не слышите звук «фьють!», значит с генератором что-то не то. Одиночный «пик!» после сигнала ошибки обозначает слишком низкую частоту, двойной — слишком высокую. Три «пик»-а означают нестабильную частоту генератора. Это может быть связано с плохими конденсаторами контура, грязью на плате, севшей батарейкой или сильными наводками вокруг. Питать плату надо от батареи «Крона». При питании от блока питания, почти наверняка, Вам будут мешать помехи. Если генератор собран с ошибками и совсем не работает, Вы услышите четыре «пик»-а.

В последнее время меня несколько человек в почте ругали за нестабильный запуск «Малышей». Мои объяснения возможных причин нестабильной частоты генератора не были восприняты в качестве оправдания. Меня назвали садистом, который заставляет людей мучиться с запуском негодной схемы. Поэтому я постарался учесть эту конструктивную критику и в новой прошивке существенное внимание уделил именно стабильности. Чувствительность является антиподом стабильности. Поэтому чем выше стабильность, тем ниже чувствительность. И наоборот. Попробуйте.

Оказывается, проект понравился людям, проживающим далеко и они уже монетизируют схему 🙂

Импульсные металлоискатели Кощей-5И и Кощей-5ИМ

Разработанные в начале 2000-х годов наши импульсные металлоискатели Кощей-2И, Кощей-4ИГ снискали репутацию простых, надежных и недорогих приборов. Но прогресс не стоит на месте и в начале 2007г. им на смену пришла новая модель — Кощей-5. Это универсальный импульсный металлоискатель, в котором устранены недостатки предыдущих моделей и добавлены новые возможности.

Универсальный импульсный металлоискатель имеет два варианта исполнения: Кощей-5И (светодиодная версия) и Кощей-5ИМ (версия с ЖКИ экраном и пленочной клавиатурой). Обе модификации имеют совершенно одинаковую печатную плату и отличаются друг от друга только органами управления и индикации.

Для самодельщиков приборы доступны в виде набора полуфабрикатов нашего производства, а также в виде наборов RI8042.

С ноября 2009г. Кощей-5И и Кощей-5ИМ комплектуются прошивкой V1.12. Новая прошивка имеет следующие отличия от базовой версии V1.9 :
1.Улучшен алгоритм регулировки звука для Кощея-5И. Теперь случайное нажатие на кнопку «Баланс» во время звучания стартовой мелодии не приведет к сбою настройки уровня звука.
2.Для Кощея-5И «растянута» начальная часть шкалы визуальной индикации. Это позволяет более уверенно отличать слабые сигналы от ложных откликов.
3.Для Кощея-5И и Кощея-5ИМ улучшен алгоритм защиты от сбоя данных, хранящихся в энергонезависимой памяти.

Внешний вид печатных плат металлоискателей Кощей-5И и Кощей-5ИМ:

Основные технические характеристики металлоискателей Кощей-5И и Кощей-5ИМ

Максимальная глубина обнаружения объектов (по воздуху):
С проволочным датчиком диаметром 20см:
Монета диаметром 25мм до 29см
Каска до 60см
Максимальная глубина до 1.5м
С глубинным петлевым датчиком (1.2х1.2м) :
Каска до 1.4м
Стальная бочка до 2.0м
Максимальная глубина до 3.0м
Индикация:
Визуальная светодиодная или ЖКИ
Звуковая многотональная
Режим поиска статический
Время непрерывной работы с кислотным аккумулятором 1.3Ач:
в экономичном режиме до 15часов;
в обычном режиме до 8часов;
в турбо режиме до 5часов;
Длина штанги регулируемая (800-1400мм);
Масса, не более:
датчиком 200мм 2.0кг;
с датчиком 1.2х1.2м 2.4кг;

Кощей-5И имеет довольно аскетический интерфейс (на уровне разумной достаточности) — для визуальной индикации используется 6 светодиодов, для управления — два тумблера, кнопка и переменный резистор.

Металлоискатель Кощей-5И в сборе.

Электронный блок Кощея-5И.

Кощей-5ИМ снабжен графическим ЖКИ-индикатором размером 122х32 точки и полноценной клавиатурой из 8-ми кнопок, что позволяет иметь больший комфорт в работе с прибором.

Металлоискатель Кощей-5ИМ в сборе.

Электронный блок Кощея-5ИМ.

Более подробно с особенностями работы интерфейса каждой модификации, а также с основными техническими параметрами можно ознакомиться в соответствующих инструкциях по эксплуатации, которые можно найти в архиве внизу этой страницы.

Рассмотрим подробнее некоторые новые особенности наших приборов. Прежде всего — это возможность работы с любым датчиком — «обычным», «корзиночным», «глубинным», «печатным» и другими. Настройки под конкретный датчик запоминаются в энергонезависимых профилях. При оперативной смене датчика соответствующие профили переключатся автоматически за счет правильно установленной перемычки на разъеме датчика. Всего профилей 9. В данный момент они условно распределены так — профили 1.1, 1.2, 1.3 закреплены «классическим» проволочным датчиком или печатным датчиком, профили 2.1, 2.2, 2.3 — за «глубинным», профили 3.1, 3.2, 3.3 — за «корзиночными» и прочими эксперементальными датчиками. Вторая цифра в нумерации профиля означает режим. Сейчас эти режимы распределены так 1- «Экономичный», 2-«Обычный», 3-«Турбо режим». Однако все эти привязки профилей к конкретным датчикам и режимам условны и носят рекомендательный характер. При желании пользователь может переопределить назначение профилей под свои нужды.
Следующая важная функция — это автоматический баланс тракта. Как вы могли заметить по фотографиям, — на плате отсутствуют, какие бы то ни было подстроечные резисторы! Баланс выполняется автоматически после нажатия соответствующей кнопки. При этом динамический диапазон регулировки значительно расширен. Например, теперь можно положить на датчик монету и выполнить повторный баланс. После этого прибор будет снова готов к работе, скомпенсировав даже такую колоссальную начальную расстройку!
Незаменимая функция для батарейного прибора — это контроль питания. У Кощея-5И и Кощея-5ИМ эта функция значительно расширена. Имеется возможность оперативного контроля напряжения питания, возможность задания порога разряда батареи под любой тип аккумулятора. Кроме этого прибор может контролировать и индицировать (Кощей-5ИМ) ток выходного каскада! Это позволяет пользователю объективно прогнозировать время работы прибора в каждом режиме, соизмеряя ток и емкость аккумулятора. Ну и напоследок — в обоих вариантах прибора есть автоматическая защита от перегрузки по выходу (от короткого замыкания в цепи датчика в частности)!
Новая, не совсем обычная для металлоискателя функция, которая появилась в Кощеях пятой серии — это возможность настройки всех параметров с помощью персонального компьютера. Особенно это актуально для Кощея-5И, который имеет упрощенный интерфейс. Для подключения требуется простой кабель для СОМ-порта компьютера. Более подробно об этой сервисной функции читайте в этом документе.
Наконец — описание совсем необычной сервисной функции. Не секрет, что многие радиолюбители при самостоятельной сборке металлоискателей сталкиваются с проблемой контроля индуктивности датчика. Промышленные измерители индуктивности нужного диапазона мало кому доступны, а недорогие многофункциональные тестеры не имеют такого режима измерения. Но теперь эта проблема решена — Кощей-5И и Кощей-5ИМ умеют самостоятельно измерять индуктивность датчика в диапазоне 100мкГн-1500мкГн с погрешностью не хуже 5%! Подробнее об этом читайте в этом документе.

Учитывая все вышеизложенное, можно сказать, что в приборах Кощей-5И и Кощей-5ИМ реализованы лучшие качества импульсных металлодетекторов. Это подтверждается отзывами пользователей и устойчивым спросом на эту модель в течение последних лет.

АРХИВ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *