Схемы металлоискателей: Самодельные металлоискатели, схемы и описания

СХЕМА МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЯ

Недавно опубликованная схема металлоискателя, вызвала большой интерес среди радиолюбителей. И это не удивительно, ведь по техническим характеристикам тот металлоискатель не уступал многим промышленным аппаратам среднего ценового уровня, а по своей простоте сборки и настройки превосходил их.

   За несколько месяцев схема металлоискателя была многократно повторена многими радиолюбителями, даже не очень опытными, и практически всегда на форуме оставляли самые положительные отзывы о нём. В отдельных случаях, конечно возникали проблемы с настройкой, что вызывало немало вопросов и долгих обсуждений на конференции, поэтому было решено систематизировать всю информацию по данному металлоискателю и вместе с обновлённой схемой разместить здесь.

   Принципиальная схема металлоискателя находится в архиве в виде файла sPlan. Как видно из схемы, некоторым изменениям подвергся входной каскад на LM358, появилась возможность кнопкой поменять фазу сигнала, добавлен светодиодный индикатор отклика от цели в земле, который позволяет визуально определить железо – цветмет и добавлен один транзистор в УНЧ.

Теперь туда смело можно ставить обычный малогабаритный 8-ми Омный динамик. Именно его рекомендуется использовать для звукоизлучения, так как наушники будут мешать продираться через кусты, а ЗП-шка слишком тиха для поиска на берегу шумных рек и морей. 

   Корпус металлоискателя каждый делает из чего есть под рукой. Главное, чтоб он был достаточно прочный, влагонепроницаемый и желательно из металла. Дополнительная экранировка будет совсем не лишней, ведь в металлоискателе стоят очень чувствительные ОУ. Сзади стоят два тюльпана для подключения поисковых катушек качественным экранированным проводом.

   Питание металлоискателя 12В, но вполне допустимо снизить его и до 8. Выбирая источник питания учтите, что вам придётся ходить с ним на природе целый день, поэтому батарея должна держать часов 10. В авторском варианте, естественно с немного худшей чувствительностью, аппарат работал даже от двух старых литий-ионных аккумуляторов от мобильного телефона.

Ток потребления металлоискателя около 50 мА, так что в отдельных случаях можно поставить и 9-ти вольтовую крону, но такого питания хватит на 2 часа работы, не больше.

   Для заряда аккумуляторов выведено гнездо, на которое и подаётся питание с зарядного устройства или в простейшем случае с БП через резистор. Обязательно установите регулятор громкости, ведь иногда придётся искать в обстановке секретности (в тылу врага), ориентируясь только по светодиодам. С другой стороны передней панели находится регулятор Trash – порог. С его помощью выставляют момент, когда металлоискатель перестаёт пищать сам по себе, и звук появляется только при наличии металла в пределах видимости поисковой катушки.

   Об изготовлении катушки металлоискателя было написано немало, добавлю только некоторую свежую информацию. Начинаем с изготовления шаблона для намотки. 

   Материал любой подходящий (ДВП, фанера, оргстекло, пластик и т.д), изготавливается из 5 мм фанеры. Кромки готового шаблона обрабатываем и оклеиваем скотчем, чтоб шаблон не приклеился к катушке. Готовый шаблон зажимаем осью в тиски и мотаем на него 80 витков провода, пропитывая каждые 20 витков цапонлаком. Пропитывать эпоксидкой можно на свой страх и риск, на многих форумах пишут о том что попадаются партии смолы с разной электро проводностью, что сказывается на параметрах катушки не в лучшую сторону. После высыхания, разбираем шаблон, снимаем катушку и »утягиваем» ее »талию» фум лентой. Применение изоленты считаю нецелесообразным так как изолента имеет липкую сторону и может сместить витки – цапонлак не эпоксидка.

   Далее экранируем фольгой (я применяю фольгу на лавсане извлеченную из антенного кабеля типа RG-6U, куска длиной 2 метра вполне хватает на 2 катушки), затем обматываем луженым проводом, а сверху изолентой или фум лентой. В результате получаем абсолютно идентичные по параметрам, геометрии и добротности катушки, что немаловажно для балансного металлоискателя, так как балансники очень критичны к геометрии катушек. Затем настраиваем катушки в резонанс и начинаем сводить в »0». Следует помнить что для данной модели сведение в абсолютный »0» нежелательно – пропадет дискриминация, так что достаточно разбаланса в 0,2-0,6 милливольт, хоть глубина обнаружения и снизится на пару сантиметров. Сведя катушки, фиксируем их между собой цианакрилатом и нитками, сушим. Теперь приступаем к изготовлению корпуса датчика.

   Самым оптимальным и дешевым, по моему мнению, является датчик изготовленный из потолочной плитки. Делаем шаблон, нарезаем заготовок и выклеиваем корпус. Щечки катушкодержателя не советую делать из оргстекла – очень хрупкое, лучше применить стеклотекстолит, а еще лучше – пластиковые вкладыши, которые путейцы под рельс на шпалу кладут (только поезд под откос не пустите). На выходе имеем вполне приличные, легкие и дешевые в изготовлении, поисковые датчики металлоискателя.

   В качестве несущих трубок, можно использовать телескопическую малярную штангу, урезанную до нужного размера. Пойдёт и раздвижной черенок от китайской швабры, или китайского трехколенного подсака для рыбной ловли.

   Про настройку контуров тоже было немало сказано. Предоставим слово гостям форума: Поисковую катушку на передачу я включил как последовательный колебательный контур, а на приём как параллельный колебательный контур. Настраивал первой передающую катушку, подключил собранную конструкцию датчика к металлоискателю, осциллограф параллельно катушке и по максимальной амплитуде подобрал конденсаторы. После этого осциллограф подключил на приёмную катушку и по максимальной амплитуде подобрал конденсаторы на RX. Настройка контуров в резонанс занимает, при наличии осциллографа, несколько минут. Далее сведение в ноль. Проще припаять на выход 1-го каскада стрелочник (чувствительный вольтметр) и наложив катушки внахлёст примерно 1см сдвигать – раздвигать. А стрелка покажет точку нуля. Она может быть довольно точная и поймать её сразу нелегко. Но она есть. Если всё-же не получается, попробуйте перевернуть одну из катушек.

   Схему металлоискателя можно и нужно проверить сначала без катушек. Для этого мысленно разобьём её на блоки, которые настраиваем и запускаем по отдельности:

 Формирователь двухполярного напряжения на U6A – делает из 12В +-6В.
 Кварцевый генератор частоты на 561ЛА7 – создаёт 32768 Гц.
 Делитель частоты на 561ТМ2 – делит 32768Гц на 4, получаем 8192Гц на выводах 1,2,12,13.
 Генератор тонального сигнала для динамика на U6B – генерирует писк на выводе 4.
 Управляемый усилитель звука на Q5, Q6, Q7 – усиливает звук генератора U6B, если есть сигнал отклика с U2B.
 Усилители сигнала отклика цели U1B, U2A, U2B – малое напряжение отклика разгоняют до нескольких вольт, что позволяет засвечивать светодиод и включать усилитель.

   Конечно здесь рассмотрены не все возможные вопросы, поэтому уточняйте дополнительную информацию по настройке металлоискателя на форуме. А мне остаётся отдельно поблагодарить Электродыча – за хорошее описание конструкции катушки, slavake – за нарисованную новую схему, и всех остальных участников форума – за проявленный интерес к металлоискателю.

   Форум по металлоискателям

‎App Store: DIY Металлоискатель (Au,Ag,Fe)

Снимки экрана (iPhone)

Описание

Приложение предназначено для подключения простых схем металлоискателей к iPhone через гнездо для наушников. Схемы самодельных металлоискателей ОЧЕНЬ простые и могут быть сделаны любым кто никогда не держал в руках паяльник. Металлоискатели могут обнаруживать черные и цветные (в частности золото и серебро) металлы и могут их различать (с дискриминацией металлов). Положительное число означает черный металл, отрицательное число означает цветной металл. Цифры показываемые на экране НЕ являются «Target ID» или VDI как у фирменных металлоискателей. Первая схема (БЕЗ МИКРОСХЕМ) имеет имя «Очень простой металлоискатель» (MD1), а вторая «Чувствительный металлоискатель» (MD2).

ВОЗМОЖНО, «ОЧЕНЬ ПРОСТОЙ МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ» — ЭТО САМАЯ ПРОСТАЯ СХЕМА РЕАЛЬНО РАБОТАЮЩЕГО МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЯ, ПОТОМУ ЧТО ОНА СОСТОИТ ТОЛЬКО ИЗ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА И ДВУХ РЕЗИСТОРОВ, ЕСЛИ НЕ СЧИТАТЬ IPHONE :).

Главным элементом схем является колебательный контур. Очень важным является стабильность его параметров. Они постоянно колеблются при малейшем изменении температуры, кроме того индуктивность меняется при малейшем изменении геометрии катушки индуктивности. Эти изменения постоянно корректируются приложением. Параметры внутренних схем iPhone и джек адаптера тоже могут колебаться, но они стабилизируются примерно через 2-3 минуты после включения сигнала (поэтому во время поиска металлоискатель должен работать непрерывно).

Диапазон частот 3-14 kHz. То есть можно выбрать частоту подобрав емкость конденсатора в колебательном контуре. После каждого изменения емкости или индуктивности, или при первом запуске, или при изменении температуры воздуха (например, когда Вы вышли из помещения на открытый воздух), нужно включить поиск резонансной частоты.

Поиск металлоискателем — это не такое простое занятие как может показаться, а иногда смертельно опасное. Поэтому обязательно нужно изучить эту тему на специальных сайтах. Обязательно сделаете эксперименты с монетой положенной на землю.

БЕСПЛАТНЫЕ ВЕРСИИ МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЕЙ ОГРАНИЧЕНЫ ПОРОГОМ ЗВУКОВОГО СИГНАЛА И СВЕТОВОЙ ИНДИКАЦИИ. ТО ЕСТЬ МОЖНО БУДЕТ УВИДЕТЬ МЕТАЛЛ ПО ЦИФРАМ (РАЗМЕР ШРИФТА КОТОРЫХ УМЕНЬШЕН) НА ЭКРАНЕ IPHONE, НО НЕЛЬЗЯ УСЛЫШАТЬ ИЛИ УВИДЕТЬ БОКОВЫМ ЗРЕНИЕМ ЕСЛИ НЕ СМОТРЕТЬ НА ЭКРАН.

Очень простой металлоискатель (БЕЗ МИКРОСХЕМ):
• Монета: 10 см
• Маленький совок: 16 см
• С дискриминацией металлов

Чувствительный металлоискатель:
• Монета: 16 см
• Маленький совок: 23 см

• С дискриминацией металлов

21 дек. 2022 г.

Версия 1.2.6

• Адаптация для iPhone 14 Pro.

Оценки и отзывы

Оценок: 2

Лучшие из лучших

!!!!

Разработчик Dmitriy Kharutskiy указал, что в соответствии с политикой конфиденциальности приложения данные могут обрабатываться так, как описано ниже. Подробные сведения доступны в политике конфиденциальности разработчика.

Не связанные с пользова­телем данные

Может вестись сбор следующих данных, которые не связаны с личностью пользователя:

Конфиденциальные данные могут использоваться по-разному в зависимости от вашего возраста, задействованных функций или других факторов. Подробнее

Информация

Провайдер

Dmitriy Kharutskiy

Размер

25,4 МБ

Категория

Утилиты

Возраст

4+

Copyright

© 2018 Dmitriy Kharutskiy

Цена

Бесплатно

• Сайт разработчика
• Поддержка приложения
• Политика конфиденциальности

Другие приложения этого разработчика

Вам может понравиться

Простой в сборке импульсный индукционный металлодетектор с цифровой сигнальной сигнализацией Lammert Bies

Об авторе: Ламмерт Бис папа, муж и полиглот. Он занимается разработкой встраиваемых систем с восьмидесятых годов. Использовали машинное обучение до того, как у него появилось название. Специализируется на соединении компьютеров, роботов и людей. Был защитником Google Mapmaker и докладчиком на нескольких международных конференциях Google с 2011 года, пока в 2017 году Mapmaker не отключили. Охотник за ошибками в Google. В настоящее время искусственный интеллект распространяется в самых диких местах в производственной среде. Он никогда не прекращает учиться.

Введение в обнаружение металлов

Большинство металлодетекторов работают на том факте, что металлы в магнитном поле изменяют поведение поля. Существует два основных подхода к обнаружению этих изменений. В одном подходе переменный ток подается на передающую катушку. Приемная катушка используется для улавливания магнитного поля, создаваемого передатчиком. Если кусок металла попадает в диапазон силовых линий магнитного поля, приемная катушка может обнаружить изменение как амплитуды, так и фазы принятого сигнала. Величина изменения амплитуды и фазы указывает на размер и расстояние до металла, а также может использоваться для различения черных и цветных металлов.

При другом подходе на передающую катушку посылаются импульсы тока. Магнитное поле, вызванное этими импульсами, запускает вихревые токи в металлах вблизи катушки. Если магнитное поле переключается достаточно быстро, вихревые токи могут быть обнаружены с помощью передающей катушки, которая затем действует как приемник.

Импульсная индукция часто может достигать более глубоких целей, чем детекторы на основе частоты, но различать разные типы металлов сложнее. Из-за особых потребностей, когда я начинал этот проект, на этой странице описывается импульсный индукционный металлоискатель с максимально возможной дискриминацией между различными металлами. Для этого обработка сигналов выполняется полностью в цифровом виде с помощью цифровой сигнальный процессор , DSP .

Конструкция поисковой катушки

В Интернете есть много проектов, касающихся металлодетекторов с импульсной индукцией. Хотя они различаются по способу обработки сигналов, электроника, генерирующая импульсы магнитного поля, почти всегда одинакова.

Основной частью для генерации магнитных импульсов является катушка. Размер катушки в основном зависит от требуемой глубины обнаружения и минимального размера объектов, которые еще необходимо обнаружить. В целом можно сказать, что максимальная теоретическая глубина обнаружения катушки в пять раз больше диаметра, а минимальный размер объекта, обнаруживаемого катушкой, составляет пять процентов от диаметра. Это максимальные значения, и они сильно зависят от ситуации. Очевидно, что с метровой катушкой вы не обнаружите пятисантиметровый объект на пятиметровой глубине. Однако это дает представление о том, какой тип катушки вам нужен для конкретной проблемы. Многие люди будут использовать металлоискатели для поиска монет и драгоценностей. Для таких ситуаций подойдет катушка 250 или 400 мм. В моей ситуации мне нужно было найти железные 100-миллиметровые водопроводные трубы на глубине двух метров. Именно поэтому я решил пойти на 1-метровую катушку.

Хотя физический размер и форма катушки могут различаться (квадратные или эллиптические катушки используются в определенных ситуациях и работают так же хорошо, как и круглые), индуктивность катушек лишь незначительно различается в зависимости от конструкции. Общепринятая оптимальная индуктивность поисковых катушек для импульсных индукционных металлоискателей находится в диапазоне от 300 до 500 мкГн. Для этого проекта я предполагаю, что используемые катушки имеют номинал 400 мкГн. Для меньших катушек это обычно означает большее число витков.

Поисковая катушка должна работать от общедоступных источников питания. Из-за аналоговой схемы для усиления небольших сигналов вихревых токов, принимаемых после прекращения магнитного импульса, наиболее практичным является двойной источник питания ± 10 В или ± 12 В. Катушка будет заряжаться только с одной из двух сторон источника питания, что дает асимметричный разряд батареи, если мы используем два отдельных аккумулятора для положительной и отрицательной стороны источника питания. Поэтому мы будем использовать только один аккумуляторный блок на 10 или 12 В и генерировать другую сторону питания с помощью преобразователя постоянного тока в постоянный. Хотя это делается в большинстве коммерческих и самодельных схем металлоискателей, это далеко не идеально. Основная проблема заключается в том, что напряжение, генерируемое преобразователем постоянного тока в постоянное, не является свободным от пульсаций, и особенно на высоких частотах, с которыми мы работаем, это может вызвать некоторую нежелательную связь. Мы отложим эту проблему до абзаца об источнике питания и будем теперь только предполагать, что наша катушка заряжена напряжением в пределах 9и 15 Вольт (в зависимости от фактического выбора аккумуляторной батареи, уровня заряда батарей и т. д.)

Когда это напряжение подается на катушку через быстродействующий биполярный транзистор или МОП-транзистор, ток в катушке будет постепенно увеличиваться. пока оно не будет ограничено внутренним сопротивлением катушки, зарядного транзистора и возможных других компонентов с сопротивлением в линии. Чем дольше мы заряжаем, тем выше будет магнитное поле. Это имеет свои преимущества и недостатки. Более сильные магнитные поля могут проникать глубже в почву. Но если мы заряжаем в течение более длительного периода, чем, скажем, 250 мкс, вы можете перенасытить землю, что сделает мелкие объекты невидимыми из-за фонового шума. Поэтому мы должны ограничить максимальное время заряда значением около 250 мкс при достаточно низком сопротивлении цепи, чтобы в течение этого периода в катушке мог генерироваться достаточный ток. Нетрудно рассчитать максимальный ток, который может протекать через катушку. Этот ток определяется омическим сопротивлением всех компонентов контура. Можно с уверенностью предположить, что катушка имеет наибольшее сопротивление. Многие силовые транзисторы и полевые МОП-транзисторы, используемые в металлоискателях с импульсной индукцией, имеют максимальный непрерывный ток от 8 до 10 ампер. Если мы сконструируем катушку таким образом, чтобы она имела сопротивление не менее 2 Ом, максимальный ток, который будет течь, никогда не превысит 7,5 Ампер при самом большом батарейном блоке и полностью заряженных батареях. При сопротивлении цепи 2 Ом и минимальном напряжении 9 Ом.Вольт, ток через катушку достигнет примерно 3,2 А за упомянутые выше 250 мкс, что более чем достаточно для универсального импульсного индукционного металлодетектора с возможностью глубокого поиска.

Теперь мы определили индуктивность и сопротивление катушки, но это ничего не говорит о физическом устройстве катушки, если мы не знаем размеров. В приведенной ниже таблице я суммировал размер катушки, толщину провода, количество витков и физическое наращивание для ряда распространенных размеров катушки. Во всех случаях я пытался максимально приблизиться к значениям индуктивности и сопротивления, упомянутым выше. Это уменьшит проблемы с длительностью зарядного импульса и значениями разрядного резистора при замене катушек.

Size	Shape	Turns	Wire size	Inductance	Resistance
Ø 120 mm	Round	36	Ø 0. 40 mm / 0.14 mm²	405 µH	1.9 Ω
Ø 150 mm	Round	31	Ø 0.40 mm / 0.14 mm²	394 µH	2.0 Ω
Ø 175 mm	Round	28	Ø 0.40 mm / 0.14 mm²	387 µH	2.1 Ω
Ø 200 mm	Round	26	Ø 0.40 mm / 0.14 mm²	406 µH	2.2 Ω
Ø 250 mm	Round	22	Ø 0.40 mm / 0.14 mm²	380 µH	2.3 Ω
Ø 300 mm	Round	20	Ø 0.50 mm / 0.20 mm²	390 мкГн	1. 6 Ω
Ø 400 mm	Round	17	Ø 0.50 mm / 0.20 mm²	396 µH	1.8 Ω
Ø 500 mm	Round	15	Ø 0.50 mm / 0.20 mm²	400 µH	2.0 Ω
1.0 x 1.0 m	Square	10	Ø 0.66 mm / 0.34 mm²	406 µH	2.0 Ω
1.4 x 1.4 m	Square	8	Ø 0.66 mm / 0.34 mm²	387 µH	2.2 Ω
1.8 x 1.8 m	Square	7	Ø 0.80 mm / 0.50 mm²	398 µH	1.7 Ом

Обычные импульсные индукционные поисковые катушки с их физическими свойствами

Значения в этой таблице являются теоретическими и могут варьироваться в зависимости от способа изготовления катушек. Особенно индуктивность может существенно меняться даже при небольших изменениях расстояния между проводами. Вы не должны бояться этого. Катушка будет работать хорошо, даже если индуктивность отличается на 10 или 20% от указанных здесь значений. Круглые катушки должны быть созданы из эмалированной медной проволоки. Размеры 0,14 мм² и 0,20 мм² являются распространенными толщинами и должны быть доступны в каждом крупном магазине электроники или по почте. Квадратные катушки созданы из многожильных кабелей передачи данных. Многожильные кабели 10×0,34 мм², 8×0,34 мм² и 7×0,50 мм² производятся такими компаниями, как Unitronic, для подключения датчиков в промышленных приложениях. Для этой цели обязательно покупайте кабель без экранирования.

Кривая разряда и дискриминация

Цикл детектирования импульсных индукционных металлоискателей начинается сразу после выключения магнитного поля. Это достигается путем закрытия биполярного силового транзистора или полевого МОП-транзистора, который соединяет катушку с источником питания. График разряда катушки можно разделить на три участка.

Этап 1: Эффект пробоя драйвера MOSFET

Большинство конструкций металлодетекторов используют MOSFET для регулирования импульсов тока через поисковую катушку. В нашем проекте для этой задачи также будет использоваться полевой МОП-транзистор. Если МОП-транзистор закрыт, ток в катушке разряжается через резистор в токовой петле, который должен точно соответствовать индуктивности катушки. Для идеального демпфирования катушки 400 мкГн используется резистор около 680 Ом. Катушки с индуктивностью 300 мкГн должны разряжаться через резистор 600 Ом. Если бы мы нагрузили катушку током 2 Ампера, нетрудно рассчитать по закону Ома, что при разрядном резисторе 680 Ом пиковое напряжение достигнет 1360 Вольт. Немногие имеющиеся в продаже электронные компоненты смогут работать с таким напряжением, и особенно силовые полевые МОП-транзисторы, используемые для возбуждения поисковых катушек металлоискателя, где-то между 300 и 750 вольт, в зависимости от марки и модели. Это означает, что во время первой стадии разряда катушки напряжение на катушке будет ограничено примерно до 500 вольт, при этом часть тока будет протекать через демпфирующий резистор, а часть — через драйвер MOSFET. Это далеко не идеально, потому что более высокое напряжение разряда означает более быстрое выключение магнитного поля, но мы должны быть довольны тем, что такое внутреннее поведение MOSFET на самом деле предотвращает повреждение других компонентов.

Время, в течение которого система остается на стадии 1 разрядной кривой, зависит от величины тока, протекающего через катушку в момент начала разрядки, напряжения пробоя полевого МОП-транзистора и суммы сопротивлений катушки, проводки и демпфирующего резистора. Предполагая, что основное сопротивление в петле создается демпфирующим резистором, мы можем рассчитать длину первой ступени по следующей формуле:- V _{BRK_DOWN} /R _DEAM ) /V _{BRK_DOWN}

Очевидно, что эта формула действительна, а также DAMPER I _{. и кривая расхода непосредственно входит во вторую стадию. В нашем примере с катушкой 400 мкГн, демпфирующим резистором 680 Ом, начальным током катушки 2 ампера и напряжением пробоя полевого МОП-транзистора 500 вольт этот первый этап кривой разряда будет длиться одну микросекунду.}

Этап 2: Затухание тока через демпфирующий резистор при высоком напряжении катушки

Как только напряжение, индуцированное током в катушке, достигает значения ниже напряжения пробоя MOSFET, ток экспоненциально спадает до нуля. Параметрами, которые могут изменить это затухание, являются полное сопротивление в токовой петле и физические свойства магнитного поля в катушке. Металлы, находящиеся в пределах досягаемости силовых линий магнитного поля, могут изменить вторую стадию кривой затухания, но их обнаружение сопряжено с некоторыми проблемами. Прежде всего, это очень высокие напряжения. Стадия 2 начинается, когда напряжение катушки падает ниже напряжения пробоя полевого МОП-транзистора (где-то около 500 вольт), и заканчивается, когда напряжение снижается настолько, чтобы его можно было воспринять обычными аналоговыми схемами (часто около 0,5 или 1 вольт). Этот этап также достаточно короток, что затрудняет проведение надежных измерений, дающих либо информацию о наличии, либо распознавание металлов в зоне действия магнитного поля.

Поэтому большинство металлодетекторов с импульсной индукцией просто пропускают этот второй этап и ждут, пока третий этап начнет цикл обнаружения и распознавания. Наш детектор на основе DSP отличается тем, что он определяет точный момент, когда кривая разряда переходит от стадии 2 к стадии 3.

Рассматривая распространенные схемы обработки сигналов импульсных индукционных металлодетекторов, демпфирующий резистор имеет два параллельно расположенных противоположно расположенных диода. Эти диоды действуют как ограничитель напряжения, подтягивая одну сторону сторон резистора к одной из сторон источника питания. Это сторона источника питания, которая функционирует как виртуальная земля при аналоговой обработке сигнала. Пока напряжение катушки больше 0,7 В, необходимых для открытия этих диодов, напряжение на диодах практически фиксировано. Как только напряжение катушки падает ниже этого значения, диоды закрываются, и измеренное напряжение является фактическим оставшимся напряжением на катушке.

В нашем примере катушка, стадия 2 будет длиться около 3,9 мкс, пока ток катушки не упадет настолько, чтобы снизить напряжение ниже этого магического значения 0,7 Вольт. Это практически означает конец второй стадии кривой разряда и начало последней стадии, на которой могут быть обнаружены длительные вихревые токи. Если металлы находятся в диапазоне магнитного поля, момент входа в третью стадию сместится. Черные металлы вызывают увеличение индуктивности катушки, что практически приводит к задержке точки перехода. Цветные металлы приведут к более раннему входу в третью стадию. Мне не нужно объяснять, что для точного измерения точки перехода нам понадобится хорошая и быстрая аналоговая измерительная система и быстрый вычислительный цикл ЦП. Здесь используется наш цифровой сигнальный процессор.

Этап 3: Окончательное затухание тока и вихревые токи

На заключительном этапе демпфирующий резистор блокируется двумя последовательными диодами, а ток дополнительно затухает через вспомогательные резисторы в цепи. Токи, которые текут сейчас, являются остатками первоначального тока катушки и токами, наведенными вихревыми токами металлов по соседству. Это исторически этап, на котором аналоговый металлоискатель и импульсный индукционный металлоискатель на базе микроконтроллера выполняют анализ сигнала. Анализ сигналов в этой области затруднен по двум причинам. Во-первых, очень низкие уровни сигнала, что требует усиления в сто-тысячу раз для получения какой-то информации. Это также усилит шум в сигнале. Вторая проблема заключается в том, что основная область для различения находится примерно в первых 30 микросекундах затухания. Игнорируя первую часть кривой затухания, правильное различение типов металлов будет чрезвычайно затруднительно.

Аналоговые импульсные индукционные металлодетекторы и базовые версии на базе микроконтроллеров делают еще один шаг вперед, не рассматривая саму форму сигнала, а усредняя ее в интегрирующем конденсаторе и используя конечное напряжение этого конденсатора для определения наличия металла. . Это значительно уменьшит шум, создаваемый высоким коэффициентом усиления в каскаде усиления, но интегрирование сигнала удалит всю информацию, относящуюся к металлу. Вот почему обычные металлодетекторы с импульсной индукцией так плохо различают металлоискатели. Они сначала выбрасывают почти всю информацию, суммируют то, что осталось, а потом говорят: «Эй, я, наверное, что-то обнаружил, но не спрашивайте меня, как и когда!».

Кривая разряда на графике

Возможный график кривой разряда на входе нашей электроники обнаружения можно увидеть на следующем рисунке. Красная кривая — это кривая разряда без цели, две другие кривые показывают разницу, когда цель находится в пределах досягаемости магнитного поля.

График импульсной индукции для различных целей

В течение первых пяти микросекунд, когда кривая разряда находится в стадии 1 и стадии 2, сигнал фиксируется защитными диодами во входной цепи. После этого кривая медленно затухает, причем скорость затухания зависит от наличия мишени и проводимости этой мишени. В верхней части кривой ферромагнитные металлы вызывают небольшую задержку сигнала, падающую ниже 0,7 В, тогда как цветные металлы смещают эту точку перехода немного раньше. Материалы с высокой проводимостью, такие как золото, серебро и медь, будут иметь крутую кривую и быстро уменьшаться до нуля. Мы видим, что примерно через 30 микросекунд различение между разными типами целей практически невозможно. Анализируя ряд этих кривых, можно сделать обоснованное предположение о материале мишени, обнаруженной металлодетектором с импульсной индукцией. Как и в случае со всеми металлодетекторами, это обоснованное предположение, а не точный ответ, потому что размер, глубина, окружающие цели и реакция почвы могут изменить сигнал таким образом, что правильное различение станет невозможным.

Конструкция блока питания

Одной из основных проблем при разработке хорошего импульсного индукционного металлоискателя с цифровой обработкой сигнала является правильная конструкция блока питания. Система будет состоять из трех опытных пользователей, у каждого из которых свои специфические потребности. Пиковые токи в одной части источника питания не должны оказывать отрицательного влияния на другие части системы. Аналоговое и цифровое заземление также должны быть максимально разделены. Этого нелегко достичь, если мы также хотим получить всю схему от одного батарейного блока.

Питание катушки

Катушка, без сомнения, является самым большим потребителем тока в цепи. Импульсы, которые могут достигать нескольких ампер, генерируются путем включения и выключения катушки через полевой МОП-транзистор. Поэтому катушка должна питаться напрямую от аккумуляторной батареи. Никакой линейный регулятор или DC/DC преобразователь не сможет генерировать эти короткие импульсы тока без серьезных последствий где-либо в системе. Мы можем использовать небольшой последовательный резистор и большой буферный конденсатор для защиты батарей от больших токов питания.

Аналоговый усилительный блок

Аналоговый усилительный каскад работает с двойным источником питания от ±5 до ±15 Вольт. Центр этих источников питания должен быть подключен к неподвижной стороне катушки и фактически будет функционировать как аналоговая земля в цепи. Затем плавающая сторона будет усилена по отношению к центру питания. Наша конструкция первого каскада усилителя будет полностью дифференциальной, что уменьшит помехи, если аналоговый нуль не будет абсолютно стабильным.

Блок питания цифрового сигнального процессора

Цифровые сигнальные процессоры рассчитаны на работу при напряжении 3,3 В, 5 В или обоих. Я буду использовать более высокое напряжение питания по двум причинам. Прежде всего, из прошлого опыта выяснилось, что процессоры с питанием 5 Вольт имеют меньше проблем с помехами. Но основная причина в том, что модель DSP, которую я решил использовать, может использовать самый быстрый режим преобразования АЦП только при подключенном блоке питания 5 Вольт. Положение источника питания в общей цепи сложное. Для переключения МОП-транзистора, который управляет катушкой, нулевая линия питания DSP в идеале должна быть подключена к нулю МОП-транзистора, который находится на внешнем конце источников питания. Но для правильной выборки аналоговых сигналов в каскаде усиления нуль DSP должен быть около нуля каскада усиления, который находится в центре источников питания. Поскольку легче сдвинуть уровни напряжения аналогового каскада с помощью дифференциального усилителя, чем переключить полевой МОП-транзистор с произвольного уровня напряжения, мы подключим цифровые компоненты к отрицательной линии питания. Это также автоматически разделяет аналоговую и цифровую землю, что уменьшает проблемы с шумом.

Схемы силовой части

После объединения всех пожеланий проще всего построить силовую часть схемы, как на следующем рисунке. Катушка питается практически напрямую от аккумуляторной батареи. Я говорю «почти напрямую», потому что небольшой резистор и большой конденсатор используются для уменьшения пиковых токов. Цифровые компоненты размещаются рядом с отрицательной линией питания. Линейный регулятор мощности, конденсаторы и диод должны препятствовать тому, чтобы слишком много шума, создаваемого цифровыми частями, возвращалось обратно в аналоговую схему. Для работы операционных усилителей в аналоговом усилителе требуется двойной источник питания. Верхняя часть этого блока питания генерируется микросхемой LT1054 в конфигурации удвоителя напряжения.

Фактически точка соединения R3, C3 и поисковой катушки действует как аналоговая земля. Этот уровень заземления будет увеличиваться и уменьшаться во время стадий заряда и разряда конденсатора C3, но это не окажет отрицательного влияния на аналоговый усилитель, поскольку входная схема каскада усиления будет полностью дифференциальной.

Вы можете видеть, что клеммы + и – батареи определены как точка звезды. Это также должно иметь место при проектировании печатной платы. Имея как можно более короткие общие линии между тремя основными потребителями (катушка, процессор и аналоговый усилитель), вероятность помех между этими компонентами уменьшится.

Источник питания импульсного индукционного металлоискателя

Оставшиеся гайки никогда не подходят к оставшимся болтам. ПРИНЦИП ТРЕТЬЕГО СЕМИНАРА

Металлоискатель Схема и самодельная печатная плата

Металлоискатель

30.10.2021 | Просмотров: 3919 | Схемы | от: ELECTRONOOBS

Доля

Эта печатная плата представляет собой металлоискатель. Схема очень проста, и в этом уроке я сделаю все возможное, чтобы объяснить вам, как она работает. Я использую реальные примеры и анимацию в видео ниже, чтобы вы все поняли. Печатная плата интересна тем, что на ней уже есть катушки на плате с медными дорожками, поэтому нам не нужны внешние катушки с медными проводами. Я поделюсь с вами схемой для этого проекта и файлами GERBER на случай, если вы захотите заказать эту же плату и начать с ней тестировать. Все ссылки ниже. Итак, ребята, что вы думаете? Будет ли эта печатная плата способна обнаруживать металл, и если да, то насколько она хороша? Итак, приступим.

Часть 1 — Схема

Схема для этой печатной платы приведена ниже, и вы можете получить ее ниже, если хотите использовать те же значения. Также загрузите файлы GERBER для печатной платы из следующей главы, перейдите на сайт PCBWAY.com, загрузите zip-файл на их веб-сайт и выберите такие настройки, как цвет, материалы, количество печатных плат и так далее. Закажите печатные платы и сделайте этот же проект, чтобы узнать что-то новое. Печатная плата состоит из двух частей. Все компоненты, которые я использовал, имеют сквозное отверстие. Две катушки уже находятся на печатной плате, поэтому вам не нужно их добавлять. Все, что вам нужно, это резисторы, конденсаторы и биполярные транзисторы. Очень просто!

Часть 2 — Печатная плата

Печатная плата состоит из двух частей. Катушки в верхней части и схема в нижней части печатной платы. Катушки намотаны с обеих сторон печатной платы, поэтому одна и та же катушка начинается с одной стороны и продолжается до другой стороны, всего около 50 витков. Вы не можете добавить медную область на печатную плату, потому что это повлияет на индуктивность катушек, поэтому оставьте только дорожки без меди вокруг них. Согласно моему тестеру, катушка имеет сопротивление около 12 Ом и индуктивность 80 мкГн. Получите файлы GERBER снизу и закажите собственную печатную плату. Перейдите на сайт PCBWAY.com или любого другого производителя печатных плат, загрузите zip-файл с GERBER на их веб-сайт и выберите такие настройки, как цвет, материалы, количество печатных плат и так далее.

Скачать печатные платы GERBER (30.10.2021)

Часть 3 — Список деталей

Вместе с печатной платой для этого проекта нам понадобится зуммер, который будет издавать звук при обнаружении металла. Нам нужно 3 транзистора BJT, два PNP и один NPN. Несколько конденсаторов, несколько резисторов и потенциометр. И нам нужен источник питания, который может быть простой батареей. Список компонентов очень короткий.

• 1 x GERBER скачать ССЫЛКА
  
• 1 х активный зуммер ссылка Aliexpress
  
• 2 конденсатора по 22 пФ ССЫЛКА Aliexpress
  
• 2 конденсатора по 100 нФ ССЫЛКА Aliexpress
  
• 1 х 100 мкФ конденсатор ССЫЛКА Aliexpress
  
• 1 х 220K резистор ССЫЛКА Aliexpress
  
• 1 х 2,2K резистор ССЫЛКА Aliexpress
  
• 1 х 100 Ом потенциометр ССЫЛКА Aliexpress
  
• 1 x 9018 NPN переходная ссылка Aliexpress
  
• 1 x 9012 PNP переходная ссылка Aliexpress
  
• 1 x 9015 PNP переходная ссылка Aliexpress
  
• Или купить полный КОМПЛЕКТ ССЫЛКА Aliexpress
  

Часть 4. Сборка печатной платы

Теперь давайте соберем печатную плату и протестируем ее. Припаять компоненты не так сложно, так как все они сквозные. Так что просто следуйте значениям на схеме и припаивайте их один за другим. Будьте осторожны с транзисторами и не припаивайте их наоборот. У нас есть хороший шелковый слой на печатной плате, поэтому мы можем знать, где будет располагаться каждый компонент, а также полярность. Теперь все компоненты припаяны. Снимаю защиту от зуммера. Теперь нам нужно настроить точку осцилляции. Делаем это с помощью потенциометра. Как вы можете видеть на схеме, это было подключено к эмиттеру первого транзистора, поэтому, изменяя значение потенциометра, мы изменяем количество тока, проходящего через катушку, таким образом, мы регулируем амплитуду и тем самым, когда колебание начинается. Подайте на схему около 5В. Вы услышите звуковой сигнал. Вращайте потенциометр, пока звук не прекратится. Это то место, где у нас есть колебания, но амплитуда почти выключена. Теперь давайте проверим это.

Часть 5. Проверка металлодетектора

Я подношу его близко к металлу, и он издает звуковой сигнал, значит, он работает. Даже через какой-то материал он может обнаружить металл, поэтому такие детекторы используют в аэропортах и ​​обнаруживают металлы в карманах людей. Теперь, как вы можете видеть, расстояние обнаружения не так уж и велико. Всего несколько см, так что эта схема не так уж и разумна. Проблема в катушке на плате. Поскольку на плате петли расположены рядом, катушка занимает много места. Катушка из проволоки может иметь такое же количество петель, но на меньшей площади. Так и с печатной платой, когда металл помещается в середину, рядом с металлом находится всего несколько витков. Создание этой схемы с внешними катушками, сделанными из медного провода, может увеличить чувствительность. Таким образом, вы можете использовать ту же схему, что и у нас, на печатной плате, но вы добавляете свои собственные катушки. Индуктивность катушки может влиять на скорость колебаний и так далее, имейте это в виду.

Часть 6 — Посмотреть полный видеоурок

Вместо зуммера вы также можете использовать светодиод, чтобы вместо звуковой сигнализации у вас была световая сигнализация.