Чувствительный металлоискатель

РМ 2002, №3

Предлагаю схему металлоискателя на биениях. Суть технического решения заключается в том, что поисковый генератор работает на низкой частоте F_п (порядка десятков килогерц), а опорный генератор - на высокой частоте F₀ (порядка мегагерц) и стабилизирован кварцем. Цепи питания всех узлов схемы развязаны RC-фильтрами. Выделение частоты биений производится фазовым детектором на D-триггере.

Что это даёт?

1. Низкая частота поисковой катушки обеспечивает уменьшение влияния слабо проводящих сред (сырой земли, цемента). Влияние проводящих сред резко возрастает с увеличением поисковой частоты, что ограничивает чувствительность металлоискателя.

2. Высокая опорная частота позволяет достичь высокой чувствительности металлоискателя, поскольку при этом небольшие относительные изменения поисковой частоты вызывают большие изменения частоты биений. Опорная частота стабилизирована, и это позволяет примерно вдвое поднять чувствительность.

3. Хорошая развязка цепей питания в достаточной степени ослабляет взаимную синхронизацию генераторов, как непосредственно, так и через фазовый детектор. Более того, по той же причине не рекомендуется использовать свободные логические элементы микросхем в других частях схемы, поэтому они соединены между собой (DD1.3 и DD1.4, DD2.3 и DD2.4, DD3.2), но выходы незадействованы.

4. Применение D-триггера в качестве детектора позволяет выделять биения при любых целочисленных соотношениях опорной и поисковой частот, а амплитуда выделенного сигнала определяется только логическими уровнями.

Формула для частоты биений F_б проста:

F_б = F₀-NF_n, F_п<F₀,

где F₀ - опорная частота; F_п - поисковая частота; N - целая часть величины отклонения частоты, т.е. N = int(F₀/F_п).

В схеме я применил
F0 = 1000 кГц;
Fп = 50 кГц+11 кГц;

N = 20.

Частоты можно применить любые другие, исходя из того, какие чувствительность и стабильность требуются, и какой кварц есть под рукой.

На DD1.1 собран поисковый LC-гeнератор. В нём L1 - поисковая катушка.

На DD2.1 собран опорный кварцевый генератор.

DD3.1 - фазовый детектор. Опорный сигнал стробируется поисковым сигналом по С-входу. Выделенный НЧ-сигнал через фильтр C6-R4 подаётся на головные телефоны или пьезодинамик. Конденсатором С1 устанавливается исходная частота биений (выше или ниже нулевых биений - как удобнее для поиска). Конденсаторы С2, С4 подбираются при настройке генератора поисковой частоты, а С3, С5 подбираются под частоту применённого кварцевого резонатора. Микросхемы DD1, DD2 - типа К561ЛА7 (ЛЕ5). DD3 - К561ТМ2 (или аналогичные).

Поисковая катушка может иметь произвольный диаметр - в зависимости от размеров предметов поиска. Она должна быть экранирована немагнитным материалом, причём экран не должен образовывать короткозамкнутый виток в плоскости катушки. Я применил катушку диаметром 55 мм и высотой 10 мм, намотанную на незамкнутом цилиндре из медной фольги. Её индуктивность - 4,5 мГн. Ориентировочно, чувствительность металлоискателя при указанных частотах такова, что позволяет обнаружить диамагнитный предмет диаметром, равным четверти диаметра катушки, на расстоянии полтора...два диаметра от катушки.

И.БАТУРИН, г.Уфа,