Однокатушковий індукційний металошукач. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Металошукачі

Коментарі до статті

Пропонований металошукач індукційного типу є універсальним. Його датчик простий по конструкції і може бути виготовлений діаметром 0,1... 1 м. Приблизно пропорційно діаметру буде змінюватися розмір об'єктів, що виявляються, і відстань, на якій металошукач ці об'єкти виявляє. Для стандартного датчика діаметром 180 мм глибина виявлення становить:

• монета 25 мм – 15 см;
• пістолет – 40 см;
• каска – 60 см.

Прилад має найпростіший дискримінатор, який дозволяє відфільтрувати сигнали від невеликих залізних предметів, якщо останні не становлять інтересу для пошуку.

Структурна схема

Структурну схему наведено на рис. 14. Вона складається з кількох функціональних блоків.

Рис. 14. Структурна схема індукційного металошукача

Кварцовий генератор є джерелом прямокутних імпульсів, у тому числі формується сигнал, що надходить на котушку датчика. Сигнал генератора ділиться частотою на 4 за допомогою кільцевого лічильника на тригерах. За кільцевою схемою лічильник виконаний для того, щоб на його виходах можна було сформувати два сигнали F1 і F2, зрушені один щодо одного по фазі на 90°, що необхідно для побудови схеми дискримінатора. Прямокутний сигнал (меандр) подається на вхід першого інтегратора, на виході якого виходить шматково-лінійна пилкоподібна напруга. Другий інтегратор робить з "пилки" сигнал, що сильно наближається формою до синусоїдального і складається з напівхвиль параболічної форми. Цей сигнал стабільної амплітуди надходить на підсилювач потужності, який є перетворювачем "напруга-струм", навантажений на котушку датчика. Напруга датчика не є стабільним по амплітуді, оскільки залежить від сигналу, відбитого від металевих об'єктів. Абсолютна величина цієї нестабільності дуже мала. Щоб збільшити її, тобто виділити корисний сигнал, у схемі компенсації відбувається віднімання вихідної напруги другого інтегратора з напруги на котушці датчика.

Тут свідомо опускаються багато деталей побудови підсилювача потужності, схеми компенсації та способу включення котушки датчика, що роблять цей опис більш простим для розуміння принципу роботи приладу, хоч і не цілком коректним. Докладніше - див. опис принципової схеми.

Зі схеми компенсації корисний сигнал надходить на приймальний підсилювач, де відбувається його посилення за напругою. Синхронні детектори перетворять корисний сигнал в напруги, що повільно змінюються, значення і полярність яких залежить від зсуву відбитого сигналу по фазі щодо сигналу напруги котушки датчика.

Іншими словами, вихідні сигнали синхронних детекторів є чим іншим, як компонентами ортогонального розкладання вектора корисного відбитого сигналу по базису векторів основних гармонік опорних сигналів F1 і F2.

У приймальний підсилювач неминуче проникає частина марного сигналу, не скомпенсованого схемою компенсації через її неідеальність. На виходах синхронних детекторів ця частина сигналу перетворюється на постійні складові. Фільтри верхніх частот (ФВЧ) відсікають марні постійні складові, пропускаючи і посилюючи тільки компоненти сигналів, що змінюються, пов'язані з рухом датчика щодо металевих предметів. Дискримінатор видає керуючий сигнал для запуску формувача звукового сигналу тільки при певному поєднанні полярностей сигналів на виході фільтрів, що унеможливлює спрацювання звукової індикації від дрібних залізних предметів, іржі та деяких мінералів

Принципова схема

Принципова схема розробленого автором індукційного металошукача показана на рис.15 – вхідна частина, рис. 16 - синхронні детектори та фільтри, рис. 17 - дискримінатор та формувач звукового сигналу, рис. 18 - схема зовнішніх з'єднань.

Кварцовий генератор (Рис. 15)

Кварцовий генератор зібраний на інверторах D1.1-D1.3. Частота генератора стабілізована кварцовим або п'єзокерамічним резонатором Q з резонансною частотою 215 Гц – 32 кГц ("годинний кварц"). Ланцюг R1C2 перешкоджає збудженню генератора на вищих гармоніках. Через резистор R2 замикається ланцюг ООС, через резонатор Q - ланцюг ПОС. Генератор відрізняється простотою, малим споживаним струмом, надійно працює при напрузі живлення 3...15 В, не містить підстроєних елементів та надто високоомних резисторів. Вихідна частота генератора близько 32 кГц.

Рис.15. Принципова електрична схема індукційного металошукача. Вхідна частина (натисніть , щоб збільшити)

Кільцевий лічильник (Рис. 15)

Кільцевий лічильник виконує дві функції. По-перше, він ділить частоту генератора на 4 до типової для таких приладів частоти 8 кГц. По-друге, він формує два опорні сигнали для синхронних детекторів, зрушених один щодо одного на 90° по фазі.

Кільцевий лічильник є два D-тригера D2.1 і D2.2, замкнуті в кільце з інверсією сигналу по кільцю Тактовий сигнал - загальний для обох тригерів. Будь-який вихідний сигнал першого тригера D2.1 має зсув фазою на плюс-мінус чверть періоду (тобто на 90°) щодо будь-якого вихідного сигналу другого тригера D2.2.

Інтегратори (Рис. 15)

Інтегратори виконані на ОУ D3.1 та D3.2. Їх постійні часу визначаються ланцюгами R3C6 та R5C9. Режим постійного струму підтримується резисторами R4, R6. Роздільні конденсатори С5, С8 перешкоджають накопиченню статичної похибки, яка може вивести інтегратори з режиму через їхнє велике посилення по постійному струму. Номінали елементів, що входять до схем інтеграторів обрані так, щоб сумарний зсув фази обох інтеграторів на робочій частоті 8 кГц становив рівно 180° з урахуванням як основних RC-ланцюгів, так і з урахуванням впливу розділових ланцюгів і кінцевої швидкодії ОУ при вибраній корекції. Ланцюги корекції ОУ інтеграторів - стандартні та складаються з конденсаторів ємністю 33 пФ.

Підсилювач потужності (Рис.15)

Підсилювач потужності зібраний на ОУ D4.2 з паралельною ООС за напругою. Термокомпенсований токозадавальний елемент, що складається з резисторів R72, R78 і терморезистора R73 (див. рис. 18), включений між виходом другого інтегратора та входом, що інвертує ОУ D4.2. Навантаження підсилювача, що є одночасно елементом ООС, є коливальний контур, що складається з котушки датчика L1 і конденсатора С61.

У нумерації резисторів та конденсаторів на схемах рис. 15-18 пропущені деякі позиції, що пов'язано з численними модифікаціями схеми індукційного металошукача і це не є помилкою.

Коливальний контур налаштований в резонанс на чверть частоти кварцового резонатора генератора, що задає, тобто. на частоту сигналу, що подається на нього. Модуль повного опору коливального контуру на резонансній частоті становить близько 4 кОм. Параметри котушки датчика L1 такі: число витків - 100, марка дроту - ПЕЛ, ПЕВ, ПЕЛШО 0,2 ... 0,5, середній діаметр та діаметр оправки для намотування - 165 мм. Котушка має екран із алюмінієвої фольги, підключений до загальної шини приладу. Для запобігання утворенню короткозамкнутого витка від екрану вільна невелика частина, близько 1 см, довжини кола обмотки котушки.

Елементи датчика R72, R73, R78, L1, С61 підібрані так, щоб: по-перше, дорівнювали за значенням напруги на вході і на виході підсилювача потужності. Для цього необхідно, щоб опір ланцюга R72, R73, R78 дорівнював модулю повного опору коливального контуру L1, С61 на резонансній частоті 8 кГц, а точніше, 8192 Гц. Цей модуль опору становить, як говорилося, близько 4 ком і його значення має уточнюватися для конкретного датчика. По-друге, температурний коефіцієнт опору (ТКС) ланцюга R71-R73 повинен збігатися за величиною і по знаку з ТКС модуля повного опору коливального контуру L1, С61 на резонансній частоті, що досягається: грубо шляхом вибору номіналу терморезистора R73, а точно - вибором співвідношення R72-R78 і досягається експериментально при налаштуванні.

Температурна нестабільність коливального контуру пов'язана з нестабільністю насамперед омічного опору мідного проводу котушки. При зростанні температури цей опір зростає, що збільшує втрати у контурі та зменшує його добротність. Тому модуль повного опору на резонансній частоті зменшується.

Резистор R18 не грає в схемі принципової ролі і служить для підтримки ОУ D4.2 в режимі при відключеної частини роз'єму Х1. Ланцюг корекції ОУ D4.2 - стандартний і складається з конденсатора ємністю 33 пФ.

Схема компенсації (Рис. 15)

Основні елементи схеми компенсації, які реалізують віднімання вихідної напруги другого інтегратора з напруги котушки датчика - резистори R15, R17 з однаковою величиною опору. З їхньої загальної точки з'єднання корисний сигнал надходить на приймальний підсилювач. Додаткові елементи, завдяки яким досягається ручне налаштування та підстроювання приладу - це потенціометри R74, R75 (рис. 18). З цих потенціометрів можна зняти сигнал, що лежить в діапазоні [-1, +1] від сигналу напруги датчика (або практично рівного йому амплітуди вихідного сигналу другого інтегратора). Регулюванням зазначених потенціометрів досягається мінімальний сигнал на вході приймального підсилювача та нульові сигнали на виходах синхронних детекторів.

Через резистор R16 частина вихідного сигналу одного потенціометра підмішується в схему компенсації безпосередньо, а за допомогою елементів R11-R14, С14-С16 - зі зсувом 90° з виходу іншого потенціометра.

ОУ D4.1 є основою компенсатора найвищих гармонік схеми компенсації. На ньому реалізований подвійний інтегратор з інверсією, постійні часу якого задаються звичайним для інтегратора ланцюгом паралельної ООС по напрузі R7C12, а також конденсатором С16 з усіма резисторами, що його оточують. На вхід подвійного інтегратора надходить меандр із частотою 8 кГц із виходу елемента D1.5. Через резистори R8, R10 від меандру віднімається основна гармоніка. Сумарний опір цих резисторів становить близько 10 кОм і підбирається експериментально при налаштуванні мінімуму сигналу на виході ОУ D4.1. Вищі гармоніки, що залишилися на виході подвійного інтегратора, надходять на схему компенсації в тій же амплітуді, що і вищі гармоніки, що проникають через основні інтегратори. Співвідношення фаз таке, що на вході приймального підсилювача вищі гармоніки із зазначених двох джерел практично компенсуються.

Вихід підсилювача потужності не є додатковим джерелом вищих гармонік, тому що висока добротність коливального контуру (близько 30) забезпечує високий ступінь придушення вищих гармонік.

Вищі гармоніки, у першому наближенні, впливають нормальну роботу приладу, навіть якщо вони багаторазово перевершують корисний відбитий сигнал. Тим не менш, їх необхідно зменшувати, щоб приймальний підсилювач не потрапив у режим обмеження, коли верхівки "коктейлю"

з вищих гармонік на його виході починають зрізатися через кінцеве значення напруги живлення ОУ. Такий перехід підсилювача в нелінійний режим різко знижує коефіцієнт посилення корисним сигналом.

Елементи D1.4 і D1.5 запобігають утворенню кільця паразитної ПОС через резистор R7 через ненульове значення вихідного со- | опір виходу тригера D2.1. Спроба підключити резистор R7 безпосередньо до тригера призводить до збудження схеми компенсації на низькій частоті.

Ланцюг корекції ОУ D4.2 - стандартний і складається з конденсатора ємністю 33 пФ.

Приймальний підсилювач (Рис. 15)

Приймальний підсилювач – двокаскадний. Його перший каскад виконаний на ОП D5.1 з паралельною ООС за напругою. Коефіцієнт посилення за корисним сигналом становить: Кu = - R19/R17 = -5. Другий каскад виконаний на ОУ D5.2 із послідовною ООС по напрузі. Коефіцієнт посилення Кu = R21/R22 + 1 = 6. Постійні часу розділових ланцюгів обрані такими, щоб на робочій частоті набіг, що ними створюється, по фазі компенсував запізнення сигналу, обумовлене кінцевою швидкодією ОУ. Ланцюги корекції ОУ D5.1 та D5.2 - стандартні та складаються з конденсаторів ємністю 33 пФ.

Мал. 16. Принципова електрична схема індукційного металошукача. Синхронні детектори та фільтри (натисніть для збільшення)

Синхронні детектори (Рис. 16)

Синхронні детектори однотипні і мають ідентичні схеми, тому буде розглянуто лише один із них, верхній за схемою. Синхронний детектор складається з балансного модулятора, інтегруючого ланцюга та підсилювача постійних сигналів (УПС). Балансний модулятор реалізований на основі інтегрального складання аналогових ключів D6.1 на польових транзисторах. З частотою 8 кГц аналогові ключі почергово замикають на загальну шину виходи "трикутника" ланцюга, що інтегрує, що складається з резисторів R23 і R24 і конденсатора С23. Сигнал опорної частоти надходить на балансний модулятор одного з виходів кільцевого лічильника. Цей сигнал є керуючим для аналогових ключів.

Сигнал на вхід "трикутника" інтегруючого ланцюга надходить через розподільний конденсатор С21 з виходу приймального підсилювача.

Постійна часу інтегруючого ланцюга t = -R23 * C23 = R24 * C23. Докладніше про схему синхронного детектора можна прочитати в розд. 2.1.

ОУ УПС D7 має стандартний ланцюг корекції, що складається з конденсатора ємністю 33 пФ для ОУ типу К140УД1408. У разі використання ОУ типу К140УД12 (з внутрішньою корекцією) конденсатор корекції не потрібен, проте необхідний додатковий резистор R68 (показаний пунктиром).

Фільтри (Рис. 16)

Фільтри однотипні і мають ідентичні схеми, тому буде розглянуто лише один із них, верхній за схемою.

Як зазначалося вище, на кшталт фільтр належить до ФВЧ. Крім того, на нього у схемі покладено роль подальшого посилення випрямленого синхронним детектором сигналу. При реалізації такого роду фільтрів у металошукачах виникає специфічна проблема. Суть її полягає у наступному. Корисні сигнали, що надходять із виходів синхронних детекторів, є порівняно повільними, тому нижня гранична частота ФВЧ зазвичай знаходиться в діапазоні 2...10 Гц. Динамічний діапазон сигналів амплітуди дуже великий, він може досягати 60 дБ на вході фільтра. Це означає, що фільтр дуже часто працюватиме в нелінійному режимі навантаження по амплітуді. Вихід із нелінійного режиму після впливу таких великих перевантажень по амплітуді для лінійного ФВЧ може затягтися на десятки секунд (як і час готовності приладу після включення живлення), що робить найпростіші схеми фільтрів непридатними для практики.

Для вирішення зазначеної проблеми йдуть на всілякі хитрощі. Найчастіше фільтр розбивають на три-чотири каскаду з порівняно невеликим посиленням і більш-менш рівномірним розподілом ланцюжків, що час задають, по каскадах. Таке рішення прискорює вихід пристрою у нормальний режим після перевантаження. Однак для його реалізації потрібна велика кількість ОУ.

У пропонованій схемі ФВЧ – однокаскадний. Для зменшення наслідків навантажень він виконаний нелінійним. Його стала часу для великих сигналів приблизно в 60 разів менше, ніж для сигналів малої амплітуди.

Схемотехнічно ФВЧ є підсилювач напруги на ОУ D9.1, охоплений ланцюгом ООС через інтегратор на ОУ D10. Для малого сигналу, частотні та часові властивості ФВЧ визначаються дільником з резисторів R45, R47, постійної часу інтегратора R43 C35 та коефіцієнтом посилення підсилювача напруги на ОУ D9.1. При збільшенні вихідної напруги ФВЧ після певного порога починає позначатися вплив ланцюжка діодів VD1-VD4, які є основним джерелом нелінійності. Вказаний ланцюг на великих сигналах шунтує резистор R45, збільшуючи тим самим глибину ООС у ФВЧ і зменшуючи постійну часу ФВЧ.

Коефіцієнт посилення корисним сигналом становить близько 200. Для придушення високочастотних перешкод у схемі фільтра є конденсатор С31. ОУ підсилювача напруги D9.1 має стандартний ланцюг корекції, що складається з конденсатора ємністю 33 пФ. ОУ інтегратора D10 має ланцюг корекції, що складається з конденсатора ємністю 33 пФ для ОУ типу К140УД1408. У разі використання ОУ типу К140УД12 (з внутрішньою корекцією) конденсатор корекції не потрібен, проте необхідний додатковий резистор R70 (показаний пунктиром).

Мал. 17. Принципова електрична схема індукційного металошукача. Дискримінатор та формувач звукового сигналу (натисніть , щоб збільшити)

Дискримінатор (Рис. 17)

Дискримінатор складається з компараторів на ОУ D12.1, D12.2 та одновібраторів на тригерах D13.1, D13.2. При проходженні датчика металошукача над металевим предметом на виходах фільтрів виникає корисний сигнал у вигляді двох напівхвиль напруги протилежної полярності, що йдуть одна за одною одночасно на кожному виході. Для невеликих предметів із заліза сигнали на виходах обох фільтрів будуть синфазні: вихідна напруга "хитнеться" спочатку в мінус, а потім у плюс і повернеться до нуля. Для неферомагнітних металів і великих залізних предметів відгук буде інший: вихідна напруга тільки першого (верхнього за схемою фільтра) "хитнеться" спочатку мінус, а потім плюс. Реакція ж на виході другого фільтра буде протилежною: вихідна напруга "хитнеться" спочатку в плюс, а потім мінус.

Вихідні імпульси компараторів запускають один із одновібраторів на тригерах D13.1, D13.2. Одночасно одновібратори не можуть запуститися - перехресна ОС через діоди VD9, VD11 блокує запуск одновібратора, якщо інший вже запущений. Тривалість імпульсів на виходах одновібраторів становить близько 0,5 с, і це в кілька разів більше, ніж тривалість обох сплесків корисного сигналу швидкого руху датчика. Тому другі напівхвилі вихідних сигналів фільтрів вже не впливають на рішення дискримінатора - за першими сплесками корисного сигналу він запускає один із одновібраторів, інший при цьому блокується і такий стан фіксується на час 0,5 с.

Щоб виключити спрацювання компараторів від перешкод, а також, щоб затримати вихідний сигнал часу першого фільтра щодо другого, на входах компараторів встановлені інтегруючі ланцюги R49, С41 і R50, С42. Постійна часу ланцюга R49, С41 в кілька разів більше, тому при одночасному приході двох негативних напівхвиль з виходів фільтрів першим спрацює компаратор D12.2 і запуститься одновібратор на тригері D13.2, видавши сигнал керування ("ферро" - залізо).

Формувач звукового сигналу (Рис. 17)

Формувач звукового сигналу складається з двох ідентичних керованих генераторів звукової частоти на тригерах Шмідта з логікою на вході D14.1, D14.2. Запускається кожен генератор безпосередньо вихідним сигналом відповідного одновібратора дискримінатора. Верхній генератор спрацьовує по команді "метал" з виходу верхнього одновібратора - неферомагнітна мета або великий металевий предмет - і видає тональну посилку з частотою близько 2 кГц. Нижній генератор спрацьовує за командою "ферро" з виходу нижнього одновібратора - невеликі металеві предмети - і видає тональну посилку з частотою близько 500 Гц. Тривалість посилок дорівнює тривалості імпульсів на виходах одновібраторів. Елемент D14.3 здійснюється змішування сигналів двох тональних генераторів. Елемент D14.4, включений за схемою інвертора, призначений реалізації мостової схеми включення пьезоизлучателя. Резистор R63 обмежує сплески споживаного мікросхемою D14 струму, викликані ємнісним характером імпедансу п'єзовипромінювача. Це є профілактичним заходом щодо зменшення впливу наведень живлення та запобігання можливому самозбудження підсилювального тракту.

Схема зовнішніх з'єднань (Рис. 18)

Мал. 18. Принципова електрична схема індукційного металошукача. Схема зовнішніх з'єднань (натисніть , щоб збільшити)

На схемі зовнішніх з'єднань показані елементи, не встановлені на друкованій платі приладу і підключаються до неї електричними роз'ємами. До таких елементів відносяться:

• потенціометри налаштування та балансування R74, R75;
• датчик з кабелем та роз'ємом підключення;
• захисні діоди з живлення VD13, VD14;
• перемикач режимів роботи S1.1-S1.6;
• вимірювальні прилади W1, W2;
• батареї живлення;
• п'єзовипромінювач Y1.

Призначення перелічених елементів, переважно, очевидно і вимагає додаткових пояснень.

Типи деталей та конструкція

Типи використовуваних мікросхем наведено у табл. 5.

Таблиця 5. Типи використовуваних мікросхем

Замість мікросхем серії К561 можливе використання мікросхем серії К1561. Можна спробувати застосувати деякі мікросхеми серії К176.

Здвоєні операційні підсилювачі (ОУ) серії К157 можна замінити будь-якими подібними за параметрами одиночними ОУ загального призначення (з відповідними змінами в цоколівці та ланцюгах корекції), хоча застосування здвоєних ОУ зручніше (зростає щільність монтажу). Бажано, щоб застосовувані типи ОУ не поступалися рекомендованим типам швидкодії. Особливо це стосується мікросхем D3-D5.

ОУ синхронних детекторів та інтеграторів ФВЧ за своїми параметрами мають наближатися до прецизійних ОУ. Крім типу, зазначеного в таблиці, підійдуть К140УД14, 140УД14. Можливе застосування мікропотужних ОУ К140УД12, 140УД12, КР140УД1208 у відповідній схемі включення.

До застосовуваних у схемі металошукача резисторам не пред'являється особливих вимог. Вони лише повинні мати міцну та мініатюрну конструкцію та бути зручними для монтажу. З метою отримання максимальної термостабільності слід використовувати в схемах датчика, інтеграторів та у схемі компенсації тільки металопленочні резистори. Номінал розсіюваної потужності 0,125...0,25 Вт.

Терморезистор R73 повинен мати негативний ТКС та номінал близько 4,7 кОм. Рекомендований тип КМТ – 17 Вт.

Потенціометри компенсації R74, R75 бажані багатооборотні типу СП5-44 або з ноніусним підстроюванням типу СП5-35. Можна обійтись і звичайними потенціометрами будь-яких типів. І тут бажано їх використовувати два. Один - для грубого підстроювання, номіналом 10 ком, включений відповідно до схеми. Інший - для точного підстроювання, включений за схемою реостату в розрив одного із крайніх висновків основного потенціометра, номіналом 0,5...1 кОм.

Конденсатори С45, С49, С51 – електролітичні. Рекомендовані типи – К50-29, К50-35, К53-1, К53-4 та інші малогабаритні. Інші конденсатори, за винятком конденсаторів коливального контуру датчика, - керамічні типу К10-7 (до номіналу 68 нФ) та метало-плівкові типу К73-17 (номінали вище 68 нФ).

Конденсатор контуру С61 – особливий. До нього пред'являються високі вимоги щодо точності та термостабільності. Конденсатор С61 складається з кількох (5...10 прим.) конденсаторів, включених паралельно. Налаштування контуру в резонанс здійснюється підбором кількості конденсаторів та їхнього номіналу. Тип конденсаторів, що рекомендується, К10-43. Їхня група з термостабільності - МПО (тобто приблизно нульовий ТКЕ). Можливе застосування прецизійних конденсаторів та інших типів, наприклад, К71-7. Зрештою, можна спробувати використовувати старовинні термостабільні слюдяні конденсатори зі срібними обкладками типу КСВ або полістирольні конденсатори.

Діоди VD1-VD12 типу КД521, КД522 або аналогічні малопотужні кремнієві. Як діоди VD1-VD4 і VD5-VD8 зручно також використовувати інтегральні мостові діодні зборки типу КД906. Висновки (+) і (-) діодного складання спаюються разом, а висновками (~) вона включається до схеми замість чотирьох діодів. Захисні діоди VD13-VD14 типів КД226, КД243, КД247 та інші малогабаритні струм від 1 А.

Мікроамперметри – будь-якого типу на струм 50 мкА з нулем посередині шкали (-50 мкА...0...+50 мкА). Зручні малогабаритні мікроамперметри, наприклад, типу М4247.

Кварцовий резонатор Q – будь-який малогабаритний часовий кварц (аналогічні використовуються також у портативних електронних іграх).

Перемикач режимів роботи - будь-якого типу малогабаритний поворотний галетний або кулачковий на 5 положень та 6 напрямків. Батареї живлення типу 3R12 (за міжнародним позначенням) або "квадратні" (за нашим).

П'єзовипромінювач Y1 - може бути типу ЗП1-ЗП18. Хороші результати виходять при використанні п'єзовипромінювачів імпортних телефонів (йдуть у величезних кількостях у відвал при виготовленні телефонів з визначником номера).

Рознімання Х1-ХЗ - стандартні, під паяння на друковану плату, з кроком висновків 2,5 мм. Подібні роз'єми широко застосовуються нині в телевізорах та іншій побутовій техніці. Роз'єм Х4 повинен бути зовнішнього виконання, з зовнішніми металевими деталями, бажано - з посрібленими або позолоченими контактами і герметичним виходом на кабель. Рекомендований тип - РС7 або РС10 з різьбовим або байонетним з'єднанням.

Друкована плата

Конструкція приладу може бути довільною. Під час її розробки слід врахувати рекомендації, викладені нижче у параграфах, присвячених датчикам та конструкції корпусів. Більшість елементів принципової схеми приладу розміщується на друкованій платі.

Рис. 19. Топологія доріжок друкованої плати. Вид з боку деталей

Рис. 20. Топологія доріжок друкованої плати. Вид з боку паяння

Друкована плата електронної частини металошукача може бути виготовлена ​​на основі готової універсальної макетної плати під DIP корпусу мікросхем з кроком 2,5 мм. У цьому випадку монтаж ведуть мідним одножильним лудженим проводом в ізоляції. Така конструкція є зручною для експериментальної роботи.

Акуратніша і надійніша конструкція друкованої плати виходить при розведенні доріжок традиційним способом під задану схему. Зважаючи на її складність, у цьому випадку друкована плата має бути з двосторонньою металізацією. Використана автором топологія друкованих доріжок наведена на рис. 19 - сторона друкованої плати з боку установки деталей та на рис. 20 - сторона друкованої плати з боку паяння. Малюнок топології наведено над натуральну величину. Для зручності виготовлення фотошаблону автор наводить розмір друкованої плати зовнішньої рамки малюнка - 130x144 (мм).

Особливості друкованої плати:

• перемички, без яких розведення друкованої плати виявилося неможливим;
• загальну шину, яка виконана у вигляді сітківки максимально можливої ​​площі на платі;
• розташування отворів по вузлах сітки з кроком 2,5 мм; - мінімальна відстань між центром отвору та середньою лінією провідника або між середніми лініями двох сусідніх провідників - 1,77 мм;
• напрямок прокладання окремих провідників друкованої плати по куту кратно 45°.

Щільність провідників на друкованій платі не надто висока, що дозволяє зробити малюнок під травлення в домашніх умовах. Для цього рекомендується використовувати тонкий скляний рейсфедер або голку шприца зі спиляним вістрям у комплекті із пластиковою трубкою.
Малюнок зазвичай виконують нітрофарбою, кузбас-лаком, цапон-лаком тощо. барвниками, розведеними відповідними розчинниками до зручної концентрації.

Звичайний реагент для травлення стандартної друкованої плати із склотекстоліту з мідною фольгою 35...50 мкм - водний розчин хлорного заліза FeCl₃. Відомі та інші способи виготовлення друкованих плат у домашніх умовах.

Розташування деталей на друкованій платі наведено на рис. 21 (мікросхеми, роз'єми, діоди і кварцовий резонатор), на рис. 22 (резистори і перемички) і на рис. 23 (конденсатори).

Мал. 21. Розташування елементів на друкованій платі. Роз'єми, мікросхеми, діоди та кварцовий резонатор

Рис. 22. Розташування елементів на друкованій платі. Резистори

Рис. 23. Розташування елементів на друкованій платі. Конденсатори

Налагодження приладу

Налагоджувати пристрій рекомендується в наступній послідовності.

1. Перевірити правильність монтажу за принциповою схемою. Переконатись у відсутності коротких замикань між сусідніми провідниками друкованої плати, сусідніми ніжками мікросхем тощо.

2. Підключити батареї або двополярне джерело живлення, суворо дотримуючись полярності. Включити прилад і виміряти споживаний струм. Він повинен становити за кожною шиною живлення близько 40 мА. Різке відхилення виміряних значень від зазначеної величини свідчить про неправильність монтажу або несправність мікросхем.

3. Переконатись у наявності на виході генератора чистого меандру з частотою близько 32 кГц.

4. Переконатись у наявності на виходах тригерів D2 меандру з частотою близько 8 кГц.

5. Переконатися у наявності на виході першого інтегратора пилкоподібної напруги, а на виході другого - практично синусоїдального з постійними нульовими складовими.

Увага! Подальше налаштування приладу необхідно проводити за відсутності поблизу котушки датчика металошукача великих металевих предметів, включаючи вимірювальні прилади! В іншому випадку при переміщенні цих предметів або при переміщенні датчика щодо них прилад розладнається, а при наявності великих металевих предметів поблизу датчика налаштування буде неможливою.

6. Переконатися у працездатності підсилювача потужності за його виході синусоїдальної напруги частотою 8 кГц з нульової постійної складової (при підключеному датчику).

7. Налаштувати коливальний контур датчика в резонанс шляхом підбору кількості конденсаторів коливального контуру та їхнього номіналу. Контроль налаштування проводиться грубо - по максимальній амплітуді напруги контуру, точно - по зсуву фази в 180 ° між вхідною та вихідною напругою підсилювача потужності.

8. Замінити резисторний елемент датчика (резистори R71-R73) постійним резистором. Підібрати його величину так, щоб вхідна і вихідна напруги підсилювача потужності дорівнювали по амплітуді.

9. Переконатися у працездатності приймального підсилювача, навіщо перевірити режим його ОУ та проходження сигналу.

10. Переконатися у працездатності схеми компенсації вищих гармонік. Потенціометрами налаштування R74, R75 досягти мінімуму сигналу основної гармоніки на виході приймального підсилювача. Добором додаткового резистора R8 досягти мінімуму вищих гармонік на виході приймального підсилювача. При цьому станеться певний розбаланс щодо основної гармоніки. Усунути його налаштуванням потенціометрами R74, R75 і знову досягти мінімуму вищих гармонік за допомогою підбору резистора R8, і так кілька разів.

11. Переконатися у працездатності синхронних детекторів. При правильно налаштованому датчику і правильно налаштованої схемою компенсації вихідні напруги синхронних детекторів встановлюються в нуль приблизно при середньому положенні движків потенціометрів R74, R75. Якщо цього не відбувається (у разі відсутності помилок у монтажі), необхідно точніше налаштувати контур датчика і точніше підібрати його резисторний елемент. Критерієм правильного остаточного налаштування датчика є балансування приладу (тобто встановлення нуля на виходах синхронних детекторів) у середньому положенні двигунів потенціометрів R74, R75. При налаштуванні слід переконатися, що поблизу стану балансування рух рукоятки потенціометра R74 реагує лише прилад W1, але в рух рукоятки потенціометра R75 - лише прилад W2. Якщо рух рукоятки одного з потенціометрів поблизу стану балансування відбивається на двох приладах одночасно, то з такою ситуацією слід або змиритися (при цьому трохи важче балансуватиме прилад при кожному включенні), або точніше підібрати номінал конденсатора С14.

12. Переконатися у працездатності фільтрів. Постійна складова напруги на їх виходах має перевищувати 100 мВ. Якщо це не так, слід змінити конденсатори С35 С37 (навіть серед плівкових типу К73-17 трапляються браковані з опором витоку одиниці - десятки мегаом). Може знадобитися заміна ОУ D10 і D11. Переконатися у реагуванні фільтрів на корисний сигнал, який можна зімітувати невеликими поворотами ручок R74, R75. Спостерігати вихідний сигнал фільтрів зручно безпосередньо за допомогою стрілочних приладів W1 та W2. Переконатись у поверненні вихідної напруги фільтрів у нуль після дії сигналів великої амплітуди (не пізніше, ніж за кілька секунд).

Може виявитися, що несприятлива електромагнітна обстановка ускладнить налагодження приладу. У цьому випадку стрілки мікроамперметрів будуть здійснювати хаотичні або періодичні коливання при настроєному стані приладу в положеннях перемикача S1 ​​"Режим 1" і ш "Режим 2". Описане небажане явище пояснюється наведенням найвищих гармонік мережі 50 Гц на котушку датчика. На значній відстані від проводів з електрикою коливання стрілок при налаштованому приладі повинні бути відсутніми. Аналогічне явище може спостерігатися і за самозбудження ОУ інтеграторів.

13. Переконатися у працездатності дискримінатора та схеми формування звукового сигналу.

14. Здійснити термічну компенсацію датчика. Для цього спочатку необхідно налаштувати та відбалансувати металошукач із резистором замість резистивного елемента датчика. Потім нагріти датчик на батареї опалення або охолодити в холодильнику. Відзначити, в якому положенні двигуна потенціометра "метал" R74 буде досягатися балансування приладу при температурі датчика, що змінилася. Заміряти опір резистора, тимчасово встановленого в датчику, і замінити його на ланцюг R72, R73, R78 з термістором і з резисторами таких номіналів, щоб сумарний опір зазначеного ланцюга дорівнював опору постійного резистора, що замінюється. Витримати датчик при кімнатній температурі не менше півгодини та повторити експеримент із зміною температури. Порівняти отримані результати. Якщо точка балансування за шкалою двигуна R74 зміщується в один бік, значить, датчик недокомпенсований і необхідно посилити вплив термістора, послабивши шунтуючу дію резистора R72, для чого збільшити його опір, а опір додаткового резистора R71 - зменшити (для збереження значення опору всієї) . Якщо ж точка балансування для цих двох експериментів зміщується в різні сторони, то датчик перекомпенсовано і необхідно послабити вплив термістора, посиливши шунтуючу дію резистора R72, для чого зменшити його опір, а опір додаткового резистора R71 - збільшити (для збереження величини опору всього ланцюжка) . Провівши кілька експериментів з підбором резисторів R71 і R72, необхідно домогтися, щоб налаштований і відбалансований прилад не втрачав здатності для балансування при зміні температури на 40 ° С (охолодження кімнатної температури до температури морозильної камери холодильника).

За наявності неполадок та відхилень у поведінці окремих вузлів схеми металошукача слід діяти за загальноприйнятою методикою:

• перевірити відсутність самозбудження ОУ;
• перевірити режими ОУ за постійним струмом;
• перевірити сигнали та логічні рівні входів/виходів цифрових мікросхем тощо. і т.п.

Автор: Щедрін А.І.

Дивіться інші статті розділу Металошукачі.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву Пристрій стирання пам'яті 18.11.2021 Вчені розробили "пральник пам'яті", подібний до того, що демонструвався у фільмі "Люди в чорному". Співробітники університету Кіото провели вдалий експеримент із видалення спогадів на мишах. Гризуни вивчали нове завдання, потім піддавалися оптичному впливу спеціальним пристроєм і в результаті повністю втрачали спогади про те, що з ними раніше. Технологія заснована на руйнуванні білка кофіліну, який відповідає за перехід короткочасної пам'яті у довготривалу. Чи можливо тим самим стерти пам'ять людини? Насправді не зовсім так, як у цьому фільмі, коли просто якимось приладчиком у вічі світять. По-перше, ці тварини генетично модифіковані. Вони виробляють видозмінений білок, який під впливом світла генерує молекули, що призводять до локального руйнування. А по-друге, вони мають ще й другий модифікований білок, який допомагає це світло сприймати. Плюс їм потрібно це джерело світла вживити. Тобто це миші не просто генетично модифіковані, а їм у голову, прямо в череп, зроблено віконце і вставлено туди оптоволокно, яке передає світло певної частоти, яке світить на ті нервові клітини, які там працюють. Звичайно, для людини це годиться. Тому що, по-перше, нам потрібно вставляти це оптоволокно, яке світитиме в мозок. І якщо так світити на звичайну людину, не модифіковану, то нічого не станеться. Ми точно поки не знаємо, як працює пам'ять - ми знаємо шматочки цього процесу. Ми знаємо певні вузли, якими сигнал проходить. І там, коли миші втручалися, впливали саме на одну з вузлових частин системи. А у нас ця вузлова частина в глибині мозку сидить, туди, щоб пролізти, потрібно сантиметрів десять мозкової тканини пройти.

Інші цікаві новини:

▪ Оптичний кабель Thunderbolt

▪ Нанорозмірна FM-радіостанція

▪ Розумний холодильник Bosch на базі блокчейн

▪ Нова технологія 3D-друку складних об'єктів на основі целюлози

▪ Знайдено гормон, який відновлює тканини серця

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Будинок, присадибне господарство, хобі. Добірка статей

▪ стаття Час лікує рани. Час – найкращий лікар, ліки. Крилатий вислів

▪ стаття Що таке космічні промені? Детальна відповідь

▪ стаття Робота з різьбонарізним інструментом. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Друкуємо струменевим принтером на CD та DVD. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Нотатки з експлуатації та ремонту електродвигунів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024