Impulsowy wykrywacz metali.pdf
(
246 KB
)
Pobierz
all page.qxd
0
8/2000
Elektronika domowa
25
Impulsowy wykrywacz metali
Mikroprocesorowy wykrywacz jest
po prostu precyzyjnym miernikiem czê-
stotliwoœci który pokazuje odchy³kê wy-
wo³an¹ umieszczeniem w polu cewki
przedmiotu metalowego. Generatory,
których czêstotliwoœæ pracy zale¿y od in-
dukcyjnoœci cewki pomiarowej s¹ niesta-
bilne, st¹d problemy z tego typu wykry-
waczami. Prezentowany wykrywacz pra-
cuje w oparciu o zasadê impulsow¹.
Impulsowy wykrywacz metali posia-
da podobnie jak uk³ad klasyczny cewkê
pomiarow¹ (detekcyjn¹). Do cewki wysy-
³any jest silny a jednoczeœnie krótki im-
puls pr¹dowy. W chwili gdy pr¹d p³yn¹cy
przez cewkê jest przerywany, na jej zaci-
skach wytwarza siê przepiêcie, a dalej na-
stêpuje szybki zanik napiêcia. Je¿eli w po-
lu dzia³ania cewki znajdzie siê przedmiot
metalowy zanik przepiêcia jest szybszy.
Spowodowane to jest stratami energii ja-
kie powstaj¹ podczas przekazywania jej
do wykrywanego przedmiotu metalowe-
go w przypadku ferromagnetyków.
W przypadku diamagnetyków tak¿e wy-
stêpuje strata energii wywo³ana wzbu-
dzaniem pr¹dów wirowych. Strata energii
i zwi¹zane z ni¹ odkszta³cenie czêœci opa-
daj¹cej przebiegu s¹ niezmiernie ma³e,
ale wykrywalne. Wystarczy tylko wzmoc-
nienie sygna³u o 80 dB czyli 10000 razy.
Tego typu stosunkowo prosty wykrywacz
jest w stanie wykryæ przedmiot metalowy
o masie 1 kg z odleg³oœci ok. 1÷1,5 m.
Obr¹czkê wa¿¹c¹ 3 g wykrywa z 10 cm.
Dane te dotycz¹ powietrza. Zasiêg pod
ziemi¹ jest z regu³y nieco mniejszy i zale-
¿y w du¿ym stopniu od sk³adu gleby i jej
wilgotnoœci.
Poszukiwanie skarbów staje siê coraz popularniejszym zajêciem.
Tworz¹ siê fankluby i nawet pojawiaj¹ siê specjalistyczne czaso-
pisma poruszaj¹ce t¹ tematykê. Co prawda twierdzê nieodmien-
nie, ¿e naj³atwiej jest znaleŸæ na pla¿y zgubione monety, ale nie
wszyscy zgadzaj¹ siê z t¹ opini¹. W Praktycznym Elektroniku pre-
zentowano ju¿ dwa uk³ady wykrywaczy metali, lecz ten opisany
w poni¿szym artykule bazuje na zupe³nie innej metodzie wykry-
wania metalu. Trzeba przyznaæ, ¿e jak na konstrukcje amatorsk¹
posiada on naprawdê du¿¹ czu³oœæ. Musimy te¿ ostrzec Czytelni-
ków, ¿e pod ziemi¹ kryje siê jeszcze wiele niewypa³ów i niewybu-
chów. Prowadz¹c prace poszukiwawcze koniecznie trzeba zacho-
waæ odpowiedni¹ ostro¿noœæ. Pamiêtajmy tak¿e o tym aby kopi¹c
do³y nie niszczyæ przyrody, a miejsca prac doprowadziæ do stanu
pierwotnego.
Opisane dotychczas w Praktycznym
elektroniku wykrywacze charakteryzowa-
³y siê prac¹ ci¹g³¹. Cewka pomiarowa
w kszta³cie ko³a zasilana by³a z generato-
ra o czêstotliwoœci kilkunastu kilocher-
ców. Dok³adniej mówi¹c cewka ta by³a
elementem generatora. IndukcyjnoϾ
cewki wraz z do³¹czon¹ pojemnoœci¹
tworzy³a obwód rezonansowy. Gdy
w polu dzia³ania cewki znalaz³ siê
przedmiot metalowy dzia³a³ on jak rdzeñ
wp³ywaj¹c na zmianê indukcyjnoœci. Po-
ci¹ga³o to za sob¹ zmianê czêstotliwoœci
generacji. Niewielkie odchy³ki czêstotli-
woœci generatora mo¿na zmierzyæ na
dwa sposoby. Pierwszym jest metoda
zdudnieniowa, polegaj¹ca na zmieszaniu
ze sob¹ sygna³ów generatora wzorcowe-
go i generatora LC w którym indukcyj-
noϾ tworzy cewka pomiarowa. Efektem
zdudnienia jest ton o czêstotliwoœci za-
le¿nej od ró¿nicy czêstotliwoœci generato-
ra LC i generatora wzorcowego. Im ton
wy¿szy tym zmiana indukcyjnoœci wiêk-
sza. Zmiana czêstotliwoœci zale¿y od
wielkoœci przedmiotu umieszczonego
w polu cewki i od odleg³oœci cewki od
wykrytego przedmiotu.
Klasyczny uk³ad takiego wykrywacza
nie jest w stanie rozró¿niæ czy czêstotli-
woœæ wzros³a czy te¿ zmala³a. Zmiana to-
nu w obu przypadkach jest jednakowa.
Mo¿liwe jest jednak wyposa¿enie wykry-
wacza w dodatkowy uk³ad porównuj¹cy
obie czêstotliwoœci i pokazuj¹cy kierunek
zmian. Taki wykrywacz jest w stanie
odró¿niæ ¿elazo od z³ota czy srebra. To
pierwsze jest ferromagnetykiem, czyli po-
woduje wzrost indukcyjnoœci i zmniejsze-
nie czêstotliwoœci generacji. Natomiast
z³oto lub srebro zalicza siê do grupy dia-
magnetyków, czyli materia³ów o przeni-
kalnoœci magnetycznej mniejszej ni¿ pró¿-
nia. Powoduj¹ one zmniejszenie induk-
cyjnoœci cewki pomiarowej i wzrost czê-
stotliwoœci generacji.
Opis uk³adu
s, powtarzaj¹c¹ siê
co 16 ms. Jak widaæ szerokoœæ szpilki jest
bardzo ma³a. Stopieñ wzmacniacza pr¹-
dowego T2 steruje tranzystorem Darling-
tona T1, do którego po³¹czona jest cewka
pomiarowa. Ma³e wartoœci rezystorów
w obwodzie bazy T2 i T2 pozwalaj¹ uzy-
skaæ niezbêdne krótkie czasy narostu sy-
gna³u, tak aby impuls pr¹dowy bardzo
szybko zanika³. Cewka pomiarowa w³¹-
czona jest pomiêdzy napiêcie zasilania
i kolektor tranzystora T1. Równolegle do
cewki do³¹czony jest rezystor R7 o ma³ej
wartoœci, który silnie t³umi oscylacje poja-
m
Uk³adem wytwarzaj¹cym impulsy jerst
generator US1 (rys. 1). Na jego wyjœciu
otrzymuje siê ujemn¹ szpilkê napiêcia
o czasie trwania 150
26
Wykrywacz metali
8/2000
wiaj¹ce na cewce po wy³¹czeniu pr¹du.
Wartoœæ przepiêcia na cewce dochodzi
nawet do 60 V (rys. 2).
Sygna³ z cewki pomiarowej podlega
ograniczeniu amplitudy w uk³adzie dio-
dowym D2, D3, sk¹d doprowadzony jest
do wzmacniacza operacyjnego US5.
Wzmocnienie tego wzmacniacza okreœlo-
ne jest stosunkiem rezystorów R26 do
R25 i wynosi blisko 80 dB. W uk³adzie za-
stosowano stary wzmacniacz LM 709
z zewnêtrzn¹ kompensacj¹ charakterysty-
ki czêstotliwoœciowej. W uk³adzie kom-
pensacji pracuj¹ elementy R29, C19,
C20. Uk³ad ten posiada szerokie bardzo
szerokie pasmo czêstotliwoœci. Mo¿na go
zast¹piæ nowsz¹ konstrukcj¹ odpowie-
dniego wzmacniacza, ale takie typy s¹
doœæ trudno dostêpne.
Przy tak du¿ym wzmocnieniu
wzmacniacz musi byæ wyposa¿ony w ze-
rowanie, które mo¿na przeprowadziæ
przy pomocy potencjometru P2. Ponad-
to wzmacniacz zasilany jest wy¿szym
napiêciem +12 V pochodz¹cym z lokal-
nej przetwornicy +6 V na +12 V. Oby-
dwa wejœcia wzmacniacza polaryzowa-
ne s¹ napiêciem +6 V doprowadzanym
przez rezystory R27 i R28. Kszta³ty prze-
biegów wystêpuj¹cych na nó¿kach
wzmacniacza pokazano na rysunku 2.
Sygna³ wystêpuj¹cy na wyjœciu wzmac-
niacza jest w specyficzny sposób znie-
kszta³cony. W czasie trwania impulsu
pr¹dowego p³yn¹cego przez cewkê
wzmacniacz jest nasycony, a w³aœciwy
sygna³ u¿yteczny pojawia siê kawa³ek
dalej w postaci charakterystycznej „gór-
ki”. Wysokoœæ „górki” mo¿na regulowaæ
przy pomocy potencjometru zerowania.
„Górkê” tworzy wzmocniony o 80 dB
sygna³ fragmentu opadaj¹cego zbocza
s po za-
koñczeniu przep³ywu pr¹du przez cewkê
konieczny jest uk³ad generowania steru-
j¹cego impulsu „selekcyjnego” po³o¿one-
go w tym czasie. Zadanie to spe³nia
uk³ad monowibratorów zbudowanych
z bramek NAND. Bramka A jest niewyko-
rzystywana. Uk³ad ró¿niczkuj¹cy C4, R9
i bramka B wytwarzaj¹ dodatni impuls
o czasie trwania ok. 45
m
s do 105
m
s (rys. 2). Opa-
daj¹ce zbocze tego impulsu wyzwala mo-
nowibrator pracuj¹cy z bramkami C i D,
wytwarzaj¹cy interesuj¹cy nas impuls
„selekcyjny”, pojawiaj¹cy siê na wyjœciu
bramki C. Zostaje on doprowadzony do
klucza analogowego zbudowanego na
m
C1
1000
m
F
D1
1N4001
+6V
R1
C4 1n
US2 CD4011
R10
100k
8
4
R4
7
330
W
T2
5
R9
14
47k
C6
1n
4
1
12
13
R3
BC
6
A
3
8
C7
1n
11
R2
US1
3
2
B
10
D
557B
33k
9
C
1k
NE555
1,2k
7
6
R8
33k
C5
1n
R11
R12
47k
+6V
R7
100k
R5
100
W
L1
2
1
5
240
W
C3
C2
100n
R27
220n
R23
D2
D3
1k
10k
R6
T1
C18
R24
100
W
BDX53A
C19
T3
S
330
W
100n
G
10p
R31
BF245C
R26
1M
R29
100k
D
1,5k
R25
8
R16
2
7
P2
1
100
W
100
W
US5
6
R32
470k
R17
1M
R28
1k
3
LM709
220k
R18
5
C20
C8
470n
1M
T5
T4
C13
D4
4
3,3p
BC547B
KP103¯
47
m
F
R33
R13*
US3
R19
R20
G£1
16÷32
W
820k
C14
22
m
F
C21
R30
200k
2
7
8
4
47
m
F
620
W
6
10k
18k
R15
741
7
P1
100k
3
10k
4
R21
US4
3
C12
C9
2,2k
NE555
R14*
D5
22
m
F
6
47
m
F
C17
56k
2
5
1
22
m
F
D6
C10
C11
100n
220n
8
2
R22
C15
C16
47
m
F
US6
ICL7660
47n
180
W
D2÷D6 – 1N4148
3
5
6
Rys. 1 Schemat ideowy impulsowego wykrywacza metali
impulsu przepiêciowego, którego nie
mo¿na zaobserwowaæ na wyjœciu cewki
ze wzglêdu na bardzo ma³¹ amplitudê.
Poniewa¿ interesuj¹cy nas obszar
opadania przepiêcia znajduje siê w ob-
szarze czasu od 45
0
8/2000
Wykrywacz metali
27
3 nó¿ka
ne jako jedyne JFET-y z kana³em. W miej-
sce tego tranzystora mo¿na zastosowaæ
prawie ka¿dy tranzystor polowy ma³ej
mocy z kana³em p np.: 2N5460,
2N5161, 2N5462.
Cewkê nawija siê po okrêgu o œredni-
cy 19 cm, nawijaj¹c 21 zwojów. Do nawi-
niêcia zastosowaæ mo¿na drut nawojowy
DNE 0,3÷0,4 mm. Po nawiniêciu cewkê
nale¿y zalaæ ¿ywic¹, tak aby uzyska³a
sztywnoœæ, a druty nie mog³y siê przemie-
szczaæ. Niestety czynnoœæ ta wymaga tro-
chê pracy i dok³adnoœci. Po³¹czenie cewki
z wykrywaczem nale¿y poprowadziæ
przewodem ekranowanym o d³ugoœci nie
przekraczaj¹cej 1 m. Ekran przewodu ³¹-
czy siê z napiêciem +6 V, a ¿y³ê z kolek-
torem T1. Odpowiednie punkty na p³ytce
oznaczone s¹ liter¹ L1. Drugie koñce
przewodu ³¹czy siê z cewk¹, przy czym
kolejnoœæ po³¹czenia wyprowadzeñ cewki
nie ma znaczenia.
Do uruchamiania wykrywacza wska-
zane jest posiadanie oscyloskopu. Nale¿y
wtedy sprawdziæ wszystkie przebiegi po-
dane na rysunku 2. Potencjometrem P2
nale¿y uzyskaæ „górkê” jak najbardziej
zbli¿on¹ do tej narysowanej na rysunku
drugim (przedostatni przebieg). Jej am-
plituda powinna byæ równa ok. 1/3 am-
plitudy, znajduj¹cego siê na lewo od gór-
ki, przebiegu prostok¹tnego. Zbli¿aj¹c do
cewki niewielki przedmiot metalowy
mo¿na zaobserwowaæ zmniejszanie siê
amplitudy „górki”, co wykrywa kompara-
tor. Sygna³ na wejœciu komparatora (nó¿-
ka 2) powinien byæ zbli¿ony do tego
z rys. 2 (przebieg na samym dole).
Krêc¹c potencjometrem P1 nale¿y
ustawiæ go w takim po³o¿eniu aby z g³o-
œniczka dobiega³y pojedyncze „stukniê-
cia”. Zbli¿enie metalowego przedmiotu
do cewki powinno spowodowaæ wzrost
czêstotliwoœci stuków, a¿ do tonu ci¹g³e-
go. Je¿eli na wyjœciu US6 „górka” jest pra-
wid³owa, a g³oœnik nie „stuka” nale¿y do-
braæ zakres regulacji P1 zmieniaj¹c warto-
œci R13* i R14*. Wskazane jest aby zakres
regulacji P1 nie by³ zbyt du¿y, gdy¿ wte-
dy ciê¿ko jest ustawiæ pojedyncze stuki
generatora akustycznego. W trakcie pracy
regulowanie potencjometrem P1 jest nie-
zbêdne. W ten sposób uzyskuje siê ma-
ksymaln¹ czu³oœæ.
Podczas obserwacji oscyloskop
dobrze jest synchronizowaæ sygna-
³em opadaj¹cego zbocza przebiegu na
wyjœciu US1 (nó¿ka 3), otrzyma siê wtedy
stabilny obraz.
US1
150
m
S
~16ms
6V
nó¿ka 3
US1
150
m
s
0V
~45
m
s
6V
nó¿ka 3
US2
0V
~60
m
s
6V
nó¿ka 10
US2
0V
60V
kolektor
T1
6V
0V
8V
nó¿ka 2
US5
6,7V
6V
nó¿ka 6
US5
nó¿ka 2
US3
Rys. 2 przebiegi w punktach uk³adu
tranzystorze polowym z kana³em n T3.
W czasie trwania impulsu, gdy do bram-
ki jest doprowadzony poziom wysoki na-
piêcia tranzystor jest w³¹czony, przepu-
szczaj¹c tym samym sygna³ do dalszej
czêœci uk³adu.
Detekcja sygna³u przeprowadzana
jest w uk³adzie komparatora bêd¹cego
równoczeœnie uk³adem ca³kuj¹cym US3.
Poziom detekcji ustawia siê wyprowa-
dzonym na zewn¹trz potencjometrem
P1. Sygna³ wyjœciowy uk³adu ca³kuj¹cego
steruje prac¹ tranzystora T5. Tranzystor
ten z kolei po³¹czony jest z tranzystorem
polowym T4 posiadaj¹cym kana³ typu P.
T4 spe³nia funkcjê regulowanego rezy-
stora w sta³ej czasowej generatora aku-
stycznego US4, do którego wyjœcia do³¹-
czony jest miniaturowy g³oœniczek lub
s³uchawki. W stanie spoczynku generator
jest zablokowany. Po pojawieniu siê sy-
gna³u na wyjœciu uk³adu ca³kuj¹cego
tranzystor T4 powoli otwiera siê i w g³o-
œniczku s³ychaæ stuki, które w miarê zbli-
¿ania do cewki przedmiotu metalowego
przechodz¹ w coraz szybszy stukot,
a póŸniej w ton ci¹g³y.
Do zasilania uk³adów US5 i US3
niezbêdne jest napiêcie wy¿sze ni¿ na-
piêcie zasilania wynosz¹ce +6 V. Do
podwy¿szania napiêcia wykorzystano
scalon¹ przetwornicê podwajaj¹c¹ na-
piêcie US6. Uk³ad pobiera z baterii pr¹d
rzêdu 20 mA.
Monta¿ i uruchomienie
Przy zakupie elementów jedyny pro-
blem mo¿e sprawiæ tranzystor polowy
z kana³em typu p. Na schemacie podano
tranzystor produkcji dawnego ZSRR
w zapisie ³aciñskim. Na oryginalnym
tranzystorze litery zapisane s¹ cyrylic¹.
Tranzystory te by³y kiedyœ u nas popular-
28
Wykrywacz metali
8/2000
Wykaz elementów
Pó³przewodniki
US1, US4
– NE 555
US2
– CD 4011
ARTKELE
US3
–
A 741
US5
– LM 709
530
US6
– ICL 7660
T1B
– DX 53A
T2
– BC 557B
T3
– BF 245C
741
T4
– KP 103¯, 2N5460,
2N5461, 2N5462
T5
– BC 547B
D1
– 1N4001
D2÷D6
– 1N4148
Rezystory
R6, R7,
R16, R25
– 100
W
/0,125 W
R22
– 180
W
/0,125 W
R5
– 240
W
/0,125 W
LM
R4, R24
– 330
W
/0,125 W
709
R30
– 620
W
/0,125 W
R2, R27, R28 – 1 k
W
/0,125 W
CD4011
R3
– 1,2 k
W
/0,125 W
R29
– 1,5 k
W
/0,125 W
R21
– 2,2 k
W
/0,125 W
R15, R19, R23 – 10 k
W
/0,125 W
R20
– 18 k
W
/0,125 W
R8, R9
– 33 k
W
/0,125 W
R10, R12
– 47 k
W
/0,125 W
/0,125 W
patrz opis w tekœcie
R1, R11, R31 – 100 k
– 56 k
W
W
/0,125 W
R13*
– 200 k
/0,125 W
patrz opis w tekœcie
W
R32
– 220 k
W
/0,125 W
Rys. 3 P³ytka drukowana i rozmieszczenie elementów
/0,125 W
R17, R18, R26 – 1 M
W
/0,125 W
P1
– 820 k
W
Je¿eli nie posiadamy oscyloskopu
pozostaje eksperymentalne krêcenie
potencjometrami P1 i P2, tak aby
w g³oœniczku da³o siê s³yszeæ pojedyncze
„stuki”. Teraz nale¿y zbli¿yæ do cewki
niewielki przedmiot metalowy i zaob-
serwowaæ w jakiej odleg³oœci od cewki
czêstotliwoœæ stuków zacznie wzras-
taæ. Po tym nale¿y nieco zmieniæ usta-
wienie P2, a przy pomocy P1 ponownie
doprowadziæ do pojedynczych „stu-
ków”. Ponownie zbli¿aj¹c ten sam co
poprzednio przedmiot metalowy spraw-
dziæ czy jest ona wykrywany z wiêkszej
czy z mniejszej odleg³oœci. Powtarzaj¹c
te czynnoœci kilka razy mo¿na ustawiæ
najwiêksz¹ czu³oœæ, czyli maksymaln¹
odleg³oœæ wykrywania przedmiotu. Na-
le¿y pamiêtaæ, ¿e ka¿dorazowe ruszenie
potencjometru P2 wymaga ponownego
skorygowania P1 aby otrzymaæ poje-
dyncze „stuki”.
W trakcie regulacji cewka wykrywa-
cza powinna znajdowaæ siê z dala od
przedmiotów metalowych. Uruchamianie
nale¿y prowadziæ z dala od w³¹czonych
urz¹dzeñ sieciowych posiadaj¹cych prze-
twornicê (telewizor, komputer, monitor,
¿arówki energooszczêdne). Niewielkie
pole magnetyczne emitowane przez te
urz¹dzenia wychwytywane jest przez
cewkê pomiarow¹ i zak³óca pracê bardzo
czu³ego wykrywacza.
Teraz pozostaje ju¿ tylko wyprawa po
skarby. ¯yczê przyjemnych poszukiwañ.
P³ytki drukowane wysy³ane s¹ za zalicze-
niem pocztowym. P³ytki mo¿na zama-
wiaæ w redakcji PE.
Cena: p³ytka numer 530 – 9,80 z³
+ koszty wysy³ki.
– 100 k
W
-A PR 185
P2
– 470 k
W
miniaturowy
Kondensatory
C20 – 3,3 pF/50 V ceramiczny
C19 – 10 pF/50 V ceramiczny
C4÷C7 – 1 nF/25 V KSF-ZM-020
C15 – 47 nF/50 V ceramiczny
C3, C11, C18 – 100 nF/50 V MKSE-20
C2, C10 – 220 nF/50 V MKSE-20
C8 – 470 nF/50 V MKSE-20
C9, C14, C17 – 22
m
F/25 V
C12, C13,
C16, C21
– 47
m
F/25 V
C1
– 1000
m
F/16 V
Inne
L1 – patrz opis w tekœcie
p³ytka drukowana
numer 530
à
Jan Domagalik
m
R14*
R33
Plik z chomika:
kwsz
Inne pliki z tego folderu:
Jak zrobić wykrywacz metalu.flv
(5394 KB)
Wykonać wykrywacz metalu.mp4
(9151 KB)
Test wykrywaczy metali dla geodetów.pdf
(1661 KB)
garrett_ace150_250_manual_pl Wykrywacz metali.pdf
(308 KB)
mikro_wykrywacz_metali.pdf
(274 KB)
Inne foldery tego chomika:
Artykuły
Czasopisma
Dokumenty
Katalogi - Dokumentacja techniczna
Programy przydatne w elektronice
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin