Рис. 2.14. Печатная плата блока индикации металлоискателя МИ-2 (а) и расположение элементов на ней (б)
В выпускавшемся серийно металлоискателе МИ-2 использовались резисторы типа МЛТ-0,125, конденсаторы С1, С2, С8, С9, С15 и С16 – типа КЛС-1; С5, С11, С13 – КСО-1; конденсаторы С3, С4, С12, С14 – типа КСО-2; С6 – МБМ или МБМ-2; электролитические конденсаторы С7 и С10 – типа К50-3. Естественно, при повторении данного устройства можно использовать любые аналогичные детали из современной элементной базы. В качестве источника акустического сигнала подойдут головные телефоны типа ТОН-1.
Поисковая катушка L1 выполнена в виде кольца диаметром около 300 мм. Витки катушки заключены в электростатический экран из дюралюминиевой трубки диаметром 8 мм и толщиной стенок 1 мм. Для изготовления катушки необходимо сделать жгут из десяти кусков провода ПЭВ-2 диаметром 0,96 мм и длиной 1250 мм. Сначала жгут нужно протащить в полихлорвиниловую трубку длиной 1000 мм, а затем – в дюралюминиевую трубку длиной 960 мм. Дюралюминиевую трубку с находящимися в ней проводами надо изогнуть по шаблону в кольцо. В качестве экрана можно использовать и обычную алюминиевую фольгу. Куски проводов соединяются последовательно с помощью распайки на колодке, установленной в корпусе блока поиска.
При изготовлении катушки L1 нужно особенно внимательно следить за тем, чтобы не произошло замыкание концов экранирующей трубки, поскольку в этом случае образуется короткозамкнутый виток. Поэтому концы экрана желательно изолировать резиновой трубкой.
Катушка L2 смесителя наматывается на кольцевом ферритовом сердечнике М2000 НМ-А-К38х24х7. Она имеет 200 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,47 мм и установлена на печатной плате блока индикации.
Катушка L3 опорного генератора содержит 135 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,1 мм, которые наматываются на каркасе диаметром 7–9 мм с подсторечным сердечником, изготовленным из латуни. При необходимости с подробным описанием специальной конструкции катушки L3 можно ознакомиться в журнале "Радио" № 4 за 1973 год.
Корпус блока поиска выполнен из дюралюминия. Поисковая катушка L1 и блок поиска закреплены на нижней части специальной ручки. Корпус блока индикации также изготовлен из дюралюминия. На крышке корпуса устанавливаются разъем для подключения блока поиска (на принципиальной схеме не указан), выключатель S1, а также разъем Х1 для подключения головных телефонов BF1. В крышке также должно быть отверстие для ручки регулировки катушки L3.
В качестве источника питания В1 можно использовать, например, две батарейки 3336Л, соединенные последовательно.
Налаживание
Основными этапами при налаживании металлоискателя МИ-2 являются установка порога срабатывания триггера и выбор частоты опорного генератора.
Порог срабатывания триггера устанавливается с помощью подбора сопротивления резистора R11. Для этого следует отпаять от коллектора транзистора Т2 вывод конденсатора С8 и подать на этот конденсатор сигнал от звукового генератора напряжением 0,5 В с частотой 1 кГц. Величину сопротивления резистора R11 необходимо подобрать такой, чтобы при незначительном уменьшении амплитуды сигнала звукового генератора звук в головных телефонах исчезал, а ток коллектора транзистора Т5 становился равным нулю.
Грубая настройка частоты сигнала, формируемого опорным генератором, выполняется подбором емкости конденсатора С12. Более точно значение частоты устанавливается подбором емкости конденсатора С18. Указанные регулировки следует проводить в условиях, когда металлические предметы удалены от поисковой катушки L1 на расстояние не менее 1,5 м. Частота опорного генератора определяется с помощью частотомера или осциллографа. При этом конденсатор С11 должен быть отпаян от эмиттера транзистора Т6.
Затем необходимо установить среднюю частоту опорного генератора. Для этого следует восстановить соединение конденсатора С11 с эмиттером транзистора Т6, блок поиска отсоединить от блока индикации и частотомером измерить частоты опорного генератора при установке ручки настройки катушки L3 в крайние положения. Средняя частота опорного генератора определяется как среднее арифметическое значений измеренных частот. При необходимости величины емкостей конденсаторов С12 и С13 подбираются так, чтобы средняя частота опорного генератора отличалась от частоты измерительного генератора на 1 кГц.
После настройки частот измерительного и опорного генераторов вращением подстроечного сердечника катушки L3 на выходе смесительного каскада надо установить уровень напряжения сигнала немного более 0,5 В. В этом случае с частотой поступающего сигнала триггер будет переключаться, а в головных телефонах будет слышен звуковой сигнал.
Порядок работы
Проведение поисковых работ с помощью металлоискателя МИ-2 не имеет каких-либо особенностей. Если в зоне действия данного прибора окажется металлический предмет, то при приближении к нему поисковой катушки L1 в головных телефонах будет прослушиваться тон изменяющейся частоты, спадающий по громкости. Если катушку еще приблизить к металлическому предмету, то напряжение сигнала на выходе смесителя станет меньше порога срабатывания триггера. Триггер перестанет переключаться, а звуковой сигнал в головных телефонах исчезнет.
При необходимости в процессе поиска можно осуществлять подстройку металлодетектора на частоту биений, регулируя положение сердечника катушки L3.
В соответствии с данными, полученными при практическом использовании металлоискателя МИ-2, крупные металлические предметы (например, крышку колодца) можно обнаружить на расстоянии 600–800 мм, мелкие (например, отвертку) – на расстоянии 70-100 мм, а на монеты средней величины прибор начинает реагировать с расстояния 30–50 мм.
2.7. Металлоискатель с кварцем
Как уже указывалось ранее, металлоискатели, работа которых основана на оценке девиации частоты биений (BFO), обладают сравнительно малой чувствительностью при поиске металлов со слабыми ферромагнитными свойствами (медь, олово, серебро и т. п.). Поскольку разность частот (биения) малозаметна при использовании обычных методов индикации, повысить чувствительность металлодетекторов BFO довольно сложно.
Естественно, такая ситуация стала хорошим стимулом для поиска иных схемотехнических решений. Много лет назад автором был изготовлен прибор, в основу которого легла схема оригинального устройства, опубликованная в журнале "Radio-Electronics" (1967, № 11). Основным элементом, с помощью которого осуществлялся анализ наличия металлических предметов, был кварц. При этом результаты анализа оценивались визуально.
Принципиальная схема
Предлагаемая вниманию читателей конструкция представляет собой один из вариантов металлодетекторов типа FM (Frequency Meter), то есть является устройством, в основу которого положен принцип анализа девиации частоты опорного генератора под влиянием металлических предметов, попавших в зону действия поисковой катушки. Главными отличительными особенностями данного прибора можно считать интересное схемотехническое решение анализатора, выполненного на кварцевом элементе Q1, а также использование в качестве индикатора стрелочного прибора. Основу схемы рассматриваемого металлодетектора (рис. 2.15) составляют измерительный генератор, буферный каскад, анализатор, детектор высокочастотных колебаний и индикаторное устройство.
Рис. 2.15. Принципиальная схема металлоискателя с кварцем
Колебательный контур генератора высокой частоты, выполненного на транзисторе Т1, состоит из катушки L1 и конденсаторов С1-С4. Рабочая частота ВЧ-генератора зависит от девиации индуктивности катушки L1, которая одновременно является поисковой катушкой, а также от изменения емкостей подстроечного (С2) и регулировочного (С1) конденсаторов. При отсутствии металлических предметов в зоне действия катушки L1 частота колебаний, возбуждаемых в ВЧ-генераторе, должна быть равна частоте кварцевого элемента Q1, то есть в данном случае – 1 МГц.
После того как вблизи катушки L1 окажется металлический предмет, ее индуктивность изменится. Это приведет к отклонению частоты колебаний ВЧ-генератора. Далее сигнал ВЧ подается на буферный каскад, обеспечивающий согласование генератора с последующими цепями. В качестве буферного каскада используется эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторе Т2.
С выхода эмиттерного повторителя сигнал ВЧ через регулировочный резистор R8 и кварц Q1 поступает на детектор, выполненный на диоде D2. Вследствие высокой добротности кварца малейшие изменения частоты измерительного генератора будут приводить к уменьшению полного сопротивления кварцевого элемента. В результате на вход усилителя постоянного тока (УПТ), выполненного на транзисторе Т3, поступает низкочастотный (НЧ) сигнал, изменение амплитуды которого обеспечивает соответствующее отклонение стрелки индикаторного прибора. Нагрузкой УПТ, выполненного на транзисторе Т3, является стрелочный прибор с током полного отклонения 1 мА.
Питание металлоискателя осуществляется от источника В1 напряжением 9 В.