Імпульсний металошукач. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Металошукачі

Коментарі до статті

Пропонований до вашої уваги імпульсний металошукач є спільною розробкою автора та інженера з м. Донецька (Україна) Юрія Колоколова (адреса в Інтернеті - home.skif.net/~yukol/index.htm), зусиллями якого вдалося втілити ідею в закінчений виріб на основі програмованого однокристального мікроконтролера. Їм розроблено програмне забезпечення, а також проведено натурні випробування та велику роботу з налагодження.

В даний час московською фірмою "Майстер Кіт" планується випуск наборів для радіоаматорів для самостійного складання описуваного металошукача. Набір міститиме друковану плату та електронні компоненти, включаючи вже запрограмований контролер. Можливо, для багатьох любителів пошуку скарбів та реліквій придбання такого набору та подальше його нескладне складання виявляться зручною альтернативою придбанню дорогого промислового приладу або виготовлення металошукача повністю самотужки.

Для тих, хто відчуває впевненість у собі і готовий спробувати виготовити та запрограмувати мікропроцесорний імпульсний металошукач, на персональній сторінці Юрія Колоколова в Інтернеті розміщено код ознайомлювальної версії прошивки контролера у форматі Intel HEX та іншу корисну інформацію. Ця версія прошивки відрізняється від повної версії відсутністю деяких режимів роботи металошукача.

Принцип дії імпульсного або вихрострумового металошукача заснований на збудженні в металевому об'єкті імпульсних вихрових струмів та вимірюванні вторинного електромагнітного поля, яке наводять ці струми. У цьому випадку збуджуючий сигнал подається в котушку, що передає датчика не завжди, а періодично у вигляді імпульсів. У провідних об'єктах наводяться затухаючі вихрові струми, які збуджують електромагнітне поле, що загасає. Це поле, у свою чергу, наводить у приймальній котушці датчика затухаючий струм. Залежно від провідних властивостей та розміру об'єкта, сигнал змінює свою форму та тривалість. На рис. 24. схематично показаний сигнал на приймальній котушці імпульсного металошукача.

Мал. 24. Сигнал на вході імпульсного металошукача. Осцилограма 1 - сигнал без металевих мішеней; осцилограма 2 - сигнал при знаходженні датчика поблизу металевого об'єкта

Імпульсні металошукачі мають свої переваги та недоліки. До переваг належить мала чутливість до мінералізованого грунту і солоної води, до недоліків - погана селективність на кшталт металу і порівняно велике споживання енергії.

Практична конструкція

Більшість практичних конструкцій імпульсних металошукачів будуються або за двокотушковою схемою, або за однокатушковою схемою з додатковим джерелом живлення. У першому випадку прилад має роздільну приймальну та випромінюючу котушки, що ускладнює конструкцію датчика. У другому випадку котушка в датчику одна, а для посилення корисного сигналу використовується підсилювач, який живиться додаткового джерела живлення. Сенс такої побудови полягає в наступному - сигнал самоіндукції має більш високий потенціал, ніж потенціал джерела живлення, який використовується для подачі струму в котушку, що передає. Тому для посилення такого сигналу підсилювач повинен мати власне джерело живлення, потенціал якого повинен бути вище напруги сигналу, що посилюється. Це також ускладнює схему приладу.

Пропонована однокотушкова конструкція побудована за оригінальною схемою, яка позбавлена ​​наведених вище недоліків.

Основні технічні характеристики

• Напруга живлення 7,5... 14 В
• Споживаний струм не більше 90 мА

Глибина виявлення:

• монета діаметром 25 мм – 20 см
• пістолет – 40 см
• каска - 60 с

Незважаючи на відносну простоту конструкції пропонованого імпульсного металошукача, його виготовлення в домашніх умовах може виявитися скрутним через необхідність занесення в мікроконтролер спеціальної програми. Це можна зробити, лише маючи відповідну кваліфікацію та програмно-апаратні засоби для роботи з мікроконтролером.

Структурна схема

Структурна схема зображено на рис. 25 Основою пристрою є мікроконтролер. З його допомогою здійснюється формування часових інтервалів для керування всіма вузлами пристрою, а також індикація та загальне керування приладом. За допомогою потужного ключа виробляється імпульсне накопичення енергії в котушці датчика, а потім переривання струму, після якого виникає імпульс самоіндукції, що збуджує електромагнітне поле в мішені.

Рис. 25. Структурна схема імпульсного металошукача

"Родзинкою" пропонованої схеми є застосування диференціального підсилювача у вхідному каскаді. Він служить для посилення сигналу, напруга якого вища за напругу живлення, і прив'язування його до певного потенціалу (+5 В). Для подальшого посилення служить приймальний підсилювач із великим коефіцієнтом посилення. Для вимірювання корисного сигналу є перший інтегратор. Під час прямого інтегрування виробляється накопичення корисного сигналу як напруги, а під час зворотного інтегрування виробляється перетворення результату в тривалість імпульсу. Другий інтегратор має велику постійну інтегрування (240 мс) і служить для балансування підсилювального тракту постійного струму.

Принципова схема

Принципова схема імпульсного металошукача зображено на рис. 26 - диференціальний підсилювач, приймальний підсилювач, інтегратори та потужний ключ.

Мал. 26. Принципова електрична схема імпульсного металошукача. Підсилювальний тракт, потужний ключ, інтегратори (натисніть , щоб збільшити)

На рис. 27 зображено мікроконтролер та органи управління та індикації. Запропонована конструкція повністю розроблена на імпортній елементній базі. Використані найпоширеніші компоненти провідних виробників. Деякі елементи можна спробувати замінити вітчизняними, про це буде сказано нижче. Більшість застосованих елементів є дефіцитними і можуть бути придбані у великих містах Росії та СНД через фірми, що торгують електронними компонентами.

Мал. 27. Принципова електрична схема імпульсного металошукача. Мікроконтролер (натисніть , щоб збільшити)

Потужний ключ зібраний на польовому транзисторі VT1. Так як застосований польовий транзистор типу IRF740 має ємність затвора більше 1000 пФ, його швидкого закриття використовується попередній каскад на транзисторі VT2. Швидкість відкривання потужного ключа вже не така критична через те, що струм в індуктивному навантаженні наростає поступово. Резистори R1, R3 призначені для "гасіння" енергії самоіндукції. Їх номінал обраний з міркувань безпечної роботи транзистора VT1, а також забезпечення аперіодичного характеру перехідного процесу в контурі, який утворений індуктивністю датчика та паразитною ємністю міжвіткової. Захисні діоди VD1, VD2 обмежують перепади напруги на вході диференціального підсилювача.

Диференціальний підсилювач зібраний на ОП D1.1. Мікросхема D1 являє собою чотиривірний операційний підсилювач типу TL074. Його відмінними властивостями є висока швидкодія, мале споживання, низький рівень шумів, високий вхідний опір, а також можливість роботи при напругах на входах, близьких до напруги живлення. Ці властивості і зумовили його застосування у диференціальному підсилювачі зокрема та у схемі в цілому. Коефіцієнт посилення диференціального підсилювача становить близько 7 і визначається номіналами резисторів R3, R6-R9, R11.

Приймальний підсилювач D1.2 є неінвертуючим підсилювачем з коефіцієнтом посилення 56. Під час дії високовольтної частини імпульсу самоіндукції цей коефіцієнт знижується до 1 за допомогою аналогового ключа D2.1. Це запобігає перевантаженню вхідного підсилювального тракту та забезпечує швидке входження в режим посилення слабкого сигналу. Транзистор VT3, а також транзистор VT4, призначені для узгодження рівнів сигналів, що подаються з мікроконтролера на аналогові ключі.

За допомогою другого інтегратора D1.3 здійснюється автоматичне балансування вхідного підсилювального тракту по постійному струму. Постійна інтегрування 240 мс обрана досить великий, щоб цей зворотний зв'язок не впливав на посилення корисного сигналу, що швидко змінюється. За допомогою цього інтегратора на виході підсилювача D1.2 за відсутності сигналу підтримується рівень +5.

Перший вимірювальний інтегратор виконаний на D1.4. На час інтегрування корисного сигналу відкривається ключ D2.2 і закривається ключ D2.4. На ключі D2.3 реалізовано логічний інвертор. Після завершення інтегрування сигналу ключ D2.2 закривається та відкривається ключ D2.4. Накопичувальний конденсатор С6 починає розряджатися через резистор R21. Час розряду буде пропорційно напрузі, яка встановилася на конденсаторі С6 до кінця інтегрування корисного сигналу.

Цей час вимірюється за допомогою мікроконтролера, який здійснює аналого-цифрове перетворення. Для вимірювання часу розряду конденсатора С6 використовуються аналоговий компаратор та таймери, які вбудовані в мікроконтролер D3.

За допомогою світлодіодів VD3...VD8 проводиться світлова індикація. Кнопка S1 призначена для початкового скидання мікроконтролера. За допомогою перемикачів S2 та S3 задаються режими роботи пристрою. За допомогою змінного резистора R29 регулюється чутливість металошукача.

Алгоритм функціонування

Для роз'яснення принципу роботи імпульсного металошукача, що описується, на рис. 28 наведені осцилограми сигналів найбільш важливих точках приладу.

Рис. 28. Осцилограми

Під час інтервалу А відкривається ключ VT1. Через котушку датчика починає протікати пилкоподібний струм - осцилограма 2. При досягненні струму близько 2 А ключ закривається. На стоку транзистора VT1 виникає викид напруги самоіндукції - осцилограма 1. Величина цього викиду - понад 300 (!) і обмежується резисторами R1, R3. Для запобігання навантаженню підсилювального тракту служать обмежувальні діоди VD1, VD2. Також Для цієї мети на час інтервалу А (накопичення енергії в котушці) та інтервалу В (викид самоіндукції) відкривається ключ D2.1. Це знижує наскрізний коефіцієнт посилення тракту з 400 до 7. На осцилограмі 3 показаний сигнал виході підсилювального тракту (висновок 8 D1.2). Починаючи з інтервалу, ключ D2.1 закривається і коефіцієнт посилення тракту стає великим. Після завершення захисного інтервалу С, під час якого підсилювальний тракт входить у режим, відкривається ключ D2.2 та закривається ключ D2.4 – починається інтегрування корисного сигналу – інтервал D. Після закінчення цього інтервалу ключ D2.2 закривається, а ключ D2.4 відкривається - починається "зворотне" інтегрування. За цей час (інтервали Е та F) конденсатор С6 повністю розряджається. За допомогою вбудованого аналогового компаратора мікроконтролер відмірює величину інтервалу Е, яка виявляється пропорційною до рівня вхідного корисного сигналу. Для версії 1.0 мікропрограмного забезпечення встановлено такі значення інтервалів:

• А-60...200 мкс, В-12 мкс,
• С – 8 мкс, D – 50 мкс,
• A+B+C+D+E+F – 5 мс – період повторення.

Мікроконтролер обробляє отримані цифрові дані та індикує за допомогою світлодіодів VD3-VD8 та випромінювача звуку Y1 ступінь впливу мішені на датчик. Світлодіодна індикація є аналогом стрілочного індикатора - за відсутності мішені горить світлодіод VD8, далі в залежності від рівня впливу послідовно загоряються VD7, VD6 і т.д.

Типи деталей та конструкція

Замість операційного підсилювача D1 TL074N можна спробувати застосувати TL084N або два здвоєних ОУ типів TL072N, TL082N.

Мікросхема D2 - це чотиривірний аналоговий ключ типу CD4066, який можна замінити на вітчизняну мікросхему К561КТЗ.

Мікроконтролер D4 AT90S2313-10PI прямих аналогів не має. У схемі не передбачені ланцюги для внутрішньосхемного програмування, тому контролер бажано встановлювати на панельку, щоб його можна було перепрограмувати.

Стабілізатор 78L05 можна в крайньому випадку замінити на КР142ЕН5А.

Транзистор VT1 типу IRF740 можна спробувати замінити IRF840.

Транзистори VT2-VT4 типу 2N5551 можна замінити на КТ503 з будь-яким літерним індексом. Однак слід звернути увагу на той факт, що вони мають різну цоколівку.

Світлодіоди можуть бути будь-якого типу, VD8 бажано взяти іншого кольору свічення. Діоди VD1, VD2 типу 1N4148.

Резистори можуть бути будь-яких типів, R1 і R3 повинні мати потужність, що розсіюється, 0,5 Вт, інші можуть бути 0,125 або 0,25 Вт. R9 та R11 бажано підібрати, щоб їх опір відрізнявся не більше, ніж на 5 %.

Підстроєний резистор R7 бажано використовувати багатооборотний.

Конденсатор С1 - електролітичний, на напругу 16, інші конденсатори керамічні. Конденсатор С6 бажано взяти з добрим ТКЕ.

Кнопка S1, перемикачі S2-S4, змінний резистор R29 можуть мати будь-які типи, які підходять за габаритами. Як джерело звуку можна використовувати п'єзовипромінювач або головні телефони від програвача.

Конструкція корпусу може бути довільною. Штанга поблизу датчика (до 1 м) і сам датчик не повинні мати металевих деталей та елементів кріплення. Як вихідний матеріал для виготовлення штанги зручно використовувати пластикову телескопічну вудку.

Датчик містить 27 витків дроту діаметром 0,6...0,8 мм, намотаного на оправці 190 мм. Датчик не має екрана та його кріплення до штанги має здійснюватися без застосування масивних шурупів, болтів тощо. (!) В іншому технологія його виготовлення може бути такою самою, як для індукційного металошукача. Для з'єднання датчика та електронного блоку не можна використовувати екранований кабель через його велику ємність. Для цих цілей треба використовувати два ізольованих дроти, наприклад типу МГШВ, звитих разом.

Налагодження приладу

Увага! У приладі є висока, потенційно небезпечна для життя напруга - на колекторі VT1 та на датчику. Тому при налаштуванні та експлуатації слід дотримуватися заходів електробезпеки.

Налаштування приладу рекомендується проводити в наступній послідовності:

1. Перевірити правильність монтажу.

2. Подати харчування і переконатися, що струм, що споживається, не перевищує 100 (мА).

3. За допомогою підстроювального резистора R7 домогтися такого балансування підсилювального тракту, щоб осцилограма на виводі 7 D1.4 відповідала осцилограмі 4 на рис. 28. У цьому слід стежити, щоб сигнал наприкінці інтервалу D був незмінним, тобто. Осцилограма в цьому місці має бути горизонтальною.

У подальшому налаштуванні правильно зібраний прилад не потребує. Необхідно піднести датчик до металевого об'єкта та переконатися у роботі органів індикації. Опис роботи органів управління наводиться в описі програмного забезпечення.

Програмне забезпечення

На момент написання цього матеріалу було розроблено та протестовано програмне забезпечення версій 1.0 та 1.1. Код "прошивки" версії 1.0 у форматі Intel HEX можна знайти в Інтернеті на персональній сторінці Юрія Колоколова, home.skif.net/~yukol/index.htm.

Комерційна версія 1.1 програмного забезпечення планується до постачання у вигляді вже запрограмованих мікроконтролерів у складі наборів, що випускаються фірмою "Майстер Кіт". Версія 1.0 реалізує такі функції:

• контроль напруги живлення - при напрузі живлення менше 7 починає переривчасто загорятися світлодіод VD8;
• фіксований рівень чутливості;
• статичний режим пошуку.

Версія програмного забезпечення 1.1 відрізняється тим, що дозволяє регулювати чутливість приладу за допомогою змінного резистора R29.

Робота над новими версіями програмного забезпечення продовжується, планується запровадження додаткових режимів. Для керування новими режимами зарезервовані перемикачі S1, S2. Нові версії, після їхнього всебічного тестування, будуть доступні в наборах "Майстер Кіт". Інформація про нові версії публікуватиметься в Інтернеті на персональній сторінці Юрія Колоколова, home.skif.net/~yukol/index.htm.

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 Квантовий дисплей для мобільних пристроїв 24.12.2013 Розробники з компанії Apple стверджують, що нова технологія вкраплення "квантових точок" у дисплей мобільних пристроїв дасть можливість значно покращити їхню кольоропередачу. У патентній заявці, яку подала компанія Apple, описується т.зв. "квантовий дисплей", тобто дисплей для iPad, iPhone та інших мобільних пристроїв із вкрапленням так званих "квантових точок" - нанокристалів, що за розміром відповідають біологічній вірусній частинці. Бюро США за патентами та товарними знаками опублікувало текст заявки. "Квантові точки" можуть створюватися з різних напівпровідникових матеріалів, наприклад, селеніду кадмію. При цьому необхідно дотримуватися умови, що розмір елементів обернено пропорційний довжині світлової хвилі. Тобто вкраплення меншого розміру випромінюватиме світло ближче до фіолетової частини спектру, а більшого розміру - ближче до червоної частини. Маніпулюючи розміром цих частинок при виробництві дисплея, можна досягти одержання кольору різних відтінків, забезпечивши при цьому високий рівень точності. Винахідники стверджують, що якщо встановити в РК-дисплей дихроїчний фільтр (тобто пропускає лише одну частину спектра), який включає "квантові точки", його кольоропередачу можна налаштувати дуже точно. При цьому використання органічних світлодіодів (LED) та фосфору в сучасних РК-дисплеях не дозволяє змінювати довжину світлової хвилі для налаштування кольору. Технологія, запропонована Apple, має також переваги екологічного та економічного характеру. Дисплей з нановкраплення досить дешевий і легкий у виготовленні. При цьому його виробництво вважається безпечнішим з погляду захисту навколишнього середовища, оскільки виключає застосування шкідливих речовин.

Інші цікаві новини:

▪ Цифровий апокаліпсис

▪ Тайвань виробляє все більше материнських плат

▪ Навушники попередять про втрату свідомості

▪ Слідами сміття

▪ Швидкісна риба-робот

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Стабілізатори напруги. Добірка статей

▪ стаття І дим вітчизни нам солодкий і приємний. Крилатий вислів

▪ стаття Чи є однакові відбитки пальців? Детальна відповідь

▪ стаття землянка човен. Поради туристу

▪ стаття Телевізійна антена якісного прийому Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Коли немає потрібного регулятора гучності. 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