Андрей Щедрин
г. Москва
Юрий Колоколов
г. Донецк
Импульсный металлоискатель
Предлагаемый вашему вниманию импульсный металлоискатель является совместной разработкой Юрия Колоколова и Андрея Щедрина. Прибор предназначен для любительского поиска кладов и реликвий, поиска на пляже и т.д. В настоящее время металлоискатель серийно выпускается московской фирмой "МАСТЕР КИТ" в виде наборов "сделай сам" для радиолюбителей (порядковый номер по каталогу - NM8042). Набор содержит печатную плату, пластиковый корпус и электронные компоненты, включая уже запрограммированный контроллер. Возможно, для многих любителей приобретение такого набора и последующая его несложная сборка окажутся удобной альтернативой приобретению дорогого промышленного прибора или полностью самостоятельному изготовлению металлоискателя.
Принцип действия импульсного или вихретокового металлоискателя основан на возбуждении в металлическом объекте импульсных вихревых токов и измерении вторичного электромагнитного поля, которое наводят эти токи. В этом случае возбуждающий сигнал подается в передающую катушку датчика не постоянно, а периодически в виде импульсов. В проводящих объектах наводятся затухающие вихревые токи, которые возбуждают затухающее электромагнитное поле. Это поле, в свою очередь, наводит в приемной катушке датчика затухающий ток. В зависимости от проводящих свойств и размера объекта, сигнал меняет свою форму и длительность.
Импульсные металлоискатели имеют свои достоинства и недостатки. К достоинствам относится малая чувствительность к минерализованному грунту и соленой воде, к недостаткам - плохая селективность по типу металла и сравнительно большое потребление энергии.
Большинство практических конструкций импульсных металлоискателей строятся либо по двухкатушечной схеме, либо по однокатушечной схеме с дополнительным источником питания. В первом случае прибор имеет раздельные приемную и излучающую катушки, что усложняет конструкцию датчика. Во втором случае катушка в датчике одна, а для усиления полезного сигнала используется усилитель, который питается от дополнительного источника питания. Смысл такого построения заключается в следующем – сигнал самоиндукции имеет более высокий потенциал, чем потенциал источника питания, который используется для подачи тока в передающую катушку. Поэтому для усиления такого сигнала усилитель должен иметь собственный источник питания, потенциал которого должно быть выше напряжения усиливаемого сигнала. Это также усложняет схему прибора.
Предлагаемая однокатушечная конструкция построена по оригинальной схеме, которая лишена приведенных выше недостатков.
Технические характеристики
Напряжение питания ……………....7.5 – 14 (В)
Потребляемый ток не более ……..….90 (мА)
Глубина обнаружения :
- монета диаметром 25 мм ….…....…. 20 (см)
- пистолет ………………………..………40 (см)
- каска ……………………………..…….. 60 (см)
Основой устройства является микроконтроллер. С его помощью осуществляется формирование временных интервалов для управления всеми узлами устройства, а также индикация и общее управление прибором. С помощью мощного ключа производится импульсное накопление энергии в катушке датчика, а затем прерывание тока, после которого возникает импульс самоиндукции, возбуждающий электромагнитное поле в мишени.
Рисунок 1. Структурная схема импульсного металлоискателя
“Изюминкой” предлагаемой схемы является применение дифференциального усилителя во входном каскаде. Он служит для усиления сигнала, напряжение которого выше напряжения питания и привязке его к определенному потенциалу - + 5 (В). Для дальнейшего усиления служит приемный усилитель с большим коэффициентом усиления. Для измерения полезного сигнала служит первый интегратор. Во время прямого интегрирования производится накопление полезного сигнала в виде напряжения, а во время обратного интегрирования производится преобразование результата в длительность импульса. Второй интегратор имеет большую постоянную интегрирования и служит для балансировки усилительного тракта по постоянному току.
Принципиальная схема простого импульсного металлоискателя изображена на рис.3.
Предложенная конструкция прибора разработана полностью на импортной элементной базе. Использованы самые распространенные компоненты ведущих производителей. Некоторые элементы можно попытаться заменить на отечественные, об этом будет сказано ниже. Большинство примененных элементов не являются дефицитными и могут быть приобретены в больших городах России и СНГ через фирмы, торгующие электронными компонентами.
Рисунок 2. Осциллограммы
Рисунок 3. Принципиальная схема импульсного металлоискателя
Наладка прибора
ВНИМАНИЕ! В приборе имеется высокое, потенциально опасное для жизни напряжение – на коллекторе VT1 и на датчике. Поэтому при настройке и эксплуатации следует соблюдать меры электробезопасности.
Настройку прибора рекомендуется проводить в следующей последовательности:
1. Убедиться в правильности монтажа.
2. Подать питание и убедиться, что потребляемый ток не превышает 100 (мА).
3. С помощью подстроечного резистора R7 добиться такой балансировки усилительного тракта, чтобы осциллограмма на выводе 7 D1.4 соответствовала осциллограмме 4. При этом необходимо следить за тем, чтобы сигнал в конце интервала D был неизменным, т.е. осциллограмма в этом месте должна быть горизонтальной.
В дальнейшей настройке правильно собранный прибор не нуждается. Необходимо поднести датчик к металлическому объекту и убедиться в работе органов индикации. Описание работы органов управления приводится ниже, в описании программного обеспечения.
Программное обеспечение
На момент написания этой статьи было разработано и протестировано программное обеспечение версий V1.0-demo, V1.1 для первой версии прибора и V2.4-demo, V2.4 для второй версии. Демо-версия программы полностью работоспособна и отличается только отсутствием точной регулировки чувствительности. Полные версии поставляются в уже прошитых микроконтроллерах, входящих в состав набора МАСТЕР КИТ NM8042.
Работа с прибором
В начале работы необходимо включить питание прибора, поднять датчик на уровень 60-80 см от грунта и нажать на кнопку “Сброс”. В течении 2-х секунд прибор произведет автонастройку. По окончании автонастройки прибор издаст характерный короткий звук. После этого датчик необходимо приблизить к грунту (в месте, где отсутствуют металлические предметы) на расстояние 3-7 см и отрегулировать чувствительность с помощью резистора R29. Ручку необходимо вращать до исчезновения ложных откликов. После этого можно приступать к поискам. При появлении индикации разряда батарей поиски необходимо прекратить, выключить прибор и заменить источник питания.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Чтобы сэкономить время и избавить Вас от рутинной работы по поиску необходимых компонентов и изготовлению печатных плат МАСТЕР КИТ предлагает набор NM8042 .
Рисунок 4. Внешний вид электронной начинки микропроцессорного импульсного металлоискателя из набора МАСТЕР КИТ NM8042
Более подробно ознакомиться с ассортиментом нашей продукции можно с помощью каталога “МАСТЕР КИТ” и на нашем сайте, где представлено много полезной информации по электронным наборам и модулям МАСТЕР КИТ, приведены адреса магазинов, где их можно купить.
На нашем сайте работает конференция и электронная подписка на рассылку новостей. В разделе “КИТы в журналах” предложены радиотехнические статьи для специалистов и радиолюбителей.
Наш ассортимент постоянно расширяется и дополняется новинками, созданными с использованием новейших достижений современной электроники.
Спрашивайте наборы и модули МАСТЕР КИТ в магазинах электронных компонентов Вашего города.
| 
