МЕТАЛЛОДЕТЕКТОР

Металлоискатели широко используются в самых разных видах человеческой деятельности, - от поиска мин и кладов до обнаружения гвоздика в стене под слоем обоев. Этот металлоискатель очень простой, с его помощью вряд ли можно найти клад (разве что, «заначку»), но гвоздик под обоями, провод или связку ключей в кармане он обнаружить может.

Существуют три основных способа построения схемы металлоискателя. Первый способ основан на передаче и приёме радиосигнала. Это самые чувствительные и сложные металлоискатели. Особую сложность в них представляют собой двухконтурные поисковые катушки.

Второй способ определяет наличие металла по степени изменения частоты генератора, когда возле его контурной катушки появляется металлический предмет. Такие металлоискатели наиболее распространены. С их помощью ищут водопроводные люки, кабели, неглубоко зарытые клады.

И третий способ, - самый простой, в котором происходит срыв или ослабление генерации при приближении к контурной катушке металлического предмета. Этот способ самый простой, и на его основе делают металлодетекторы, рассчитанные на поиск металлических предметов на небольшой глубине.

Схема металлоискателя показана на рис. 1. На транзисторе VT1 выполнен генератор. Его частота задана контуром, состоящим из катушки L1 и конденсаторов С1 и С2. Обратная связь, необходимая для возникновения генерации создаётся подачей переменного напряжения с контура, с точки соединения С1 и С2 на эмиттер VT1 через переменный резистор RP1. Этим переменным резистором можно регулировать глубину обратной связи и настроить генератор так, чтобы он был на грани срыва генерации.

Когда генератор работает, на коллекторе VT1 есть переменное напряжение, которое он вырабатывает. Если генерации нет, то и этого переменного напряжения нет. На транзисторах VT2, VT3 и диоде VD1 сделан индикатор наличия переменного напряжения на коллекторе VT1. Когда переменное напряжение есть (генератор работает), диод VD1 его детектирует и ключ на VT2 и VT3 открывается, а светодиод HL1 загорается.

Таким образом, если переменным резистором RP1 настроить генератор на грани срыва генерации (светодиод ещё горит) и поднести катушку L1 к металлическому предмету, произойдёт срыв генерации и светодиод погаснет.

Теперь, когда принцип действия ясен, можно перейти к изготовлению металлоискателя. Большинство деталей размещены на небольшой печатной плате, изображённой на рис. 3. Каркасом для поисковой катушки служит корпус от шариковой ручки или фломастера (рис. 2). С одной стороны в нем сверлят отверстие и привинчивают с его помощью к печатной плате. На другом конце нужно намотать катушку L1. Но, предварительно, нужно сделать бортики для каркаса этой катушки, чтобы обмотка не рассыпалась. Обычно, «в комплекте» с шариковой ручкой или фломастером есть колпачок. От него можно тонкой пилкой отпилить (или отрезать острым ножом) два колечка, шириной не более 2 мм каждое. Затем, эти колечки надеть на корпус ручки (или фломастера), так как показано на рисунке 2. Если колечки свободно перемещаются по корпусу будущей катушки, то толщину корпуса можно немного увеличить, намотав один или несколько слоев скотч-ленты. Одно колечко нужно расположить у самого края корпуса, а второе ближе к его центру, на расстоянии 10 мм от первого. Таким образом, получится каркас для намотки с шириной места для укладки витков 10 мм. Катушку наматывают именно в это место. Всего 100-150 витков намоточного провода диаметром 0,1-0,15 мм. Намотку можно сделать внавал, но равномерно распределить по длине каркаса. Выводы катушки не нужно скручивать вместе, - вывести их параллельно корпусу ручки и подпаять в схему. Потом, для прочности, можно обмотать всю конструкцию одним-двумя слоями скотч-ленты.

На переменный резистор RP1 нужно надеть крупную пластмассовую ручку, чтобы снизить влияние ёмкости рук при его настройке.

Конденсаторы ёмкостью 0,1 мкФ керамические, могут быть обозначены «104» или «100п». Светодиод любой, - например АЛ307. Переменный резистор типа СПЗ-4ам.

Питается металлодетектор от батареи напряжением 9V («Крона» или 6F22). Выключателя питания нет, - просто, когда прибор нужно выключить от него отключают батарею. Для подключения батареи используется такая же контактная колодка как у батареи. Её можно взять от использованной батареи.

После того как весь монтаж завершён, подключаем питание и переменным резистором выводим генератор на режим генерации (так, чтобы светодиод зажёгся). Затем, поворачиваем осторожно ручку переменного резистора до момента гашения светодиода. И, немного, возвращаем, чтобы светодиод горел. Теперь, поднесем к катушке металлический предмет, - светодиод должен погаснуть.

Чувствительность будет тем больше, чем ближе генератор работает к точке срыва генерации. Поэкспериментировав с металлодетектором, можно научится обнаруживать самые разные металлические предметы. Можно попробовать по-разному настроить обратную связь (RP1), попробовать разные положения предмета

The circuit shown must represent the limits of simplicity for a metal detector. It uses a single 4093 quad Schmitt NAND IC and a search coil -- and of course a switch and batteries. A lead from IC1d pin 11 needs to be attached to a MW radio aerial, or should be wrapped around the radio. If the radio has a BFO switch, switch this ON.

Since an inductor resists rapid changes in voltage (called reactance), any change in the logic level at IC1c pin 10 is delayed during transfer back to input pins 1 and 2. This is further delayed through propagation delays within the 4093 IC. This sets up a rapid oscillation (about 2 MHz), which is picked up by a MW radio. Any change to the inductance of L1 (through the presence of metal) brings about a change to the oscillator frequency. Although 2 MHz is out of range of the Medium Waves, a MW radio will clearly pick up harmonics of this frequency.

The winding of the coil is by no means critical, and a great deal of latitude is permissible. The prototype used 50 turns of 22 awg/30 swg (0.315 mm) enamelled copper wire, wound on a 4.7"/120 mm former. This was then wrapped in insulation tape. The coil then requires a Faraday shield, which is connected to 0V. A Faraday shield is a wrapping of tin foil around the coil, leaving a small gap so that the foil does not complete the entire circumference of the coil. The Faraday shield is again wrapped in insulation tape. A connection may be made to the Faraday shield by wrapping a bare piece of stiff wire around it before adding the tape. Ideally, the seach coil will be wired to the circuit by means of twin-core or figure-8 microphone cable, with the screen being wired to the Faraday shield.

The metal detector is set up by tuning the MW radio to pick up a whistle (a harmonic of 2 MHz). Note that not every such harmonic works best, and the most suitable one needs to be found. The presence of metal will then clearly change the tone of the whistle. The metal detector has excellent stability, and it should detect a large coin at 80 to 90 mm, which for a BFO detector is relatively good. It will also discriminate between ferrous and non-ferrous metals through a rise or fall in tone.