Металлоискатели «Микрон»

металлоискатели

Металлоискатели серии «Микрон», разработчик Сербин Александр (г.Харьков, Украина). Серия "Микрон" была представлена такими моделями: “Микрон”, “Микрон-2”, “Микрон-3”, “Микрон-М”, а также их подводный варианты - “Shark”, “Скат”, “Барракуда”, “Анаконда”. Все они отлично себя зарекомендовали в 2001 - 2005 годах. Многие и сейчас в рабочем строю.

 

Описываемые металлоискатели не имеют разнообразия режимов работы, по сравнению с зарубежными аналогами (например, существуют режимы селекции и дискриминации различных металлов), но доступны для повторения и позволяют получить хорошие характеристики. Прибор работает в динамическом режиме - видит “мишени” только во время движения. Это сделано для того, чтобы по возможности максимально увеличить чувствительность металлоискателя и в то же время отфильтровать внутренние наводки и шумы схемы. Прибор видит все металлы, но оператор может различать их по звуковой тональности!

 

Предлагаемый, для повторения, металлоискатель «Микрон» является переработанными и модернизированным вариантом таких схем:

· «Локационный металлоискатель» – Автор:  П.А. Борщ, г.Киев (Радиоаматор №9 1999, стр.45-47)

· «МДЛ-001СА(краб)» – Александр Сербин, г.Харьков

· «Фазитрон» – Иван Костин, г.Севастополь.

· «Тракер-ФМ2» – Юрий Колоколов, г.Донецк.

Металлоискатели серии "Микрон" выполнены по структурной схеме [рис.1] и реализуют принцип "передатчик-приемник". От прибора к прибору были введены небольшие конструктивные добавки, но структурная схема основных блоков оставалась неизменной.

металлоискатели

Рис.1. Блок схема металлоискателя "Мирон"

Г- генератор, П- приемник, У- усилитель, Д- детектор, ФНЧ и ФВЧ – фильтр низких и высоких частот, Дискр. – дискриминатор, ГУН – генератор управляемый напряжением (VCO), УНЧ- усилитель низкой частоты.

Для выделения слабого сигнала вторичного поля от объекта поиска, на фоне сильного сигнала первичного поля передатчика, используется метод "индуктивного баланса" (IB) в датчике, путем компланарного расположения D-образных передающей и приемной магнитных антенн (МА) с частичным перекрытием, а также метод статической и адаптивной компенсации постоянной составляющей сигнала на выходе детектора приемника.

Анализ схем  прототипа, позволил установить причину падения чувствительности, позволив упростить схемную часть прибора наряду  с повышением его чувствительности. Практически фраза - "все гениальное - просто", обрела свою суть в данном приборе.

Основная задача к проектировке металлоискателей "Микрон" - добиться максимальной чувствительности к мелким предметам (монетам, чешуйкам), а также перевести задачу по различению металлов со стрелочного прибора на звуковой канал. Практика показала, что применение стрелочного индикатора не всегда оправдано, а иногда и невозможно, при хождении в зарослях, на загрязненной территории занимает много времени и вносит серьезные неудобства (неудобно следить за стрелочным индикатором и глядеть под ноги, перешагивая различные препятствия)...

При настройке приборов прием-передача и имеющих динамический режим было замечено, что на выходе усилителя с коррекцией «ноля», выход с которого давал показания на стрелочный индикатор, цели отслеживались четко и на большой глубине. В тоже время на выходе прибора после пороговых устройств, чувствительность была очень загрубленной?! Но что самое плохое, появляющийся тон в наушниках ничего не говорил о размере и глубине залегания предмета и о его цветности. Решение далось трудно, но оказалось очень простым. К выходу усилителя с «подстройкой ноля» надо было подключить….. генератор управляемый напряжением (ГУН), или как называют его за рубежом – VCO.

Оптимальный вариант VCO присутствовал в готовом виде у Ивана Костина, в приборе “Фазитрон” (микросхема 4046 вместе с обвязкой, наш аналог - микросхема К561ГГ1).

Передатчик-Приемник (блок1)

металлоискатели

Передатчик металлоискателя прост, и сделан по принципу емкостной трехточки, на транзисторе КТ3102Е, с максимальным h21.

Регулировкой R1 – подбираем максимальную амплитуду сигнала при минимальных искажениях. Частота генератора зависит от индуктивности контура и емкости конденсаторов С1 и С2.

металлоискатели

Их соотношение должно колебаться в пределах 1:6 – 1:10 соответственно. Применяемые в генераторе и приемнике конденсаторы должны быть пленочными для хорошей термостабильности схемы. Для еще большей термостабильности колебательного контура передатчика и приемника, лучше конденсаторы С2 и С3 подобрать с отрицательным ТКЕ. Из старых запасов времен СССР, это были конденсаторы красного или оранжевого цвета, без голубой или синей точки. Уменьшение емкости такого конденсатора от повышения температуры воздуха, компенсирует термоуход самой катушки. Величину обратного ТКЕ и емкости конденсатора, надо подбирать опытным путем, охлаждая поисковую головку в холодильнике и нагревая (например под лампой накаливания или феном).

Частота генератора металлоискателя, может быть в пределах - от 3 до 30 кГц. При низкой частоте (3-10 кГц) лучше проникновение в землю и меньше мешает минерализация, при большей (25-30 кГц) лучше различие золота и глубина меленьких «мишеней», но прибор острее чувствует грунт, чаще погрешность в различии металлов (зависит от формы и величины "мишени". Амплитуда сигнала также будет зависеть от частоты. Так при 3 кГц можно раскачать сигнал генератора до 21В, при 30 кГц до 50-60В. Приемник должен быть настроен в резонанс, на частоту передатчика.

Передающая L1 и приемная L2 катушки, расположенные в датчике (от размеров датчика также зависит чувствительность МД), подключены к электрической части. Катушка L1 имеет 90 витков провода ПЭЛ или ПЭВ 0,45, катушка L2 - 180 витков провода ПЭЛ или ПЭВ 0,29.

Входной сигнал приемника, выделяющийся на резонансном контуре L2 C3, поступает на усилитель DA1 с коэффициентом усиления 20 (можно до 100, но труднее будет настроить и изготовить поисковую головку). В ходе изготовления множества приборов этой серии было установлено, что в приемнике нужно применить как можно лучший операционный усилитель, чтобы его собственные шумы не влияли на дальнейшую часть схемы. Усилитель должен отвечать таким требованиям: минимальное смещение между входами, желательно минимальный входной ток, максимальный коэффициент усиления, максимальная скорость нарастания сигнала. Идеального нет ничего, но я ставил изначально 1408УД14 (тогда требуется цеплять конденсатор коррекции 3,3р), а затем перешел на микросхемы ОРА177G. В принципе можно было бы поставить УД17 или как в многих приборах импортного производства LF353 (но она выпускается как сдвоенный операционный усилитель и у нее другая цоколевка). В общем, здесь полно вариаций для творчества. Главное надо запомнить - прибор начинается с хорошего стабилизатора питания и отменной поисковой головки – это залог успеха всего проекта любого металлоискателя (или металлодетектора).

металлоискатели

Плата блока 1 (25х16мм)

Передатчик и приемник, находятся на одной плате и помещены (залиты) в корпус поисковой головки. Это позволяет применять более доступные и удобные кабели (от поисковой головки к блоку регистрации), имеющиеся в продаже - 4 многожильных медных цветных мягких провода в изоляции и в общем экране. Наружная изоляция кабеля толстая и мягкая, и позволяет делать герметичные приборы, как для наземного, так и подводного использования!

Благодаря размещению этого блока в поисковой головке имеем также большую стабильность в работе МД (максимальное удаление генератора от конечных каскадов металлоискателя).

На плате применил SMD элменты, чтобы уменьшить габариты платы и тем самым уменьшить вляние на индуктивную связь между катушками.

Практика и советы товарищей показали, что этот прибор можно легко настраивать и однолучевым осциллографом, но лучше двух лучевым.

При настройке однолучевым осциллографом, настройка блока 1 сводится к настройке передатчика на  максимальную амплитуду сигнала, при его минимальных искажениях. Затем настраиваем приемник в резонанс частоты передатчика, положив катушку приемника возле или на передающую катушку. После этого можно приступить к изготовлению поисковой головки "DD" («дубль-Д»). В поисковой головке располагают две D-образных катушки. Передающую крепят сразу, оставив прямой участок незакрепленным. Приемную располагают так, чтобы видеть на экране минимальный сигнал от передатчика. Закрепляют приемную катушку, снова оставив свободным прямой участок. Далее находят такое положение при котором амплитуда сигнала будет минимальной и закрепляют. Потом заливают все эпоксидной смолой или полимером, за исключением небольшого участка (его будем двигать после "вылеживания" поисковой головки несколько дней).

металлоискатели

Далее после застывания полимера (желательно вылежаться поисковой головке пару дней!) проверяем выход сигнала приемного усилителя. На выходе приемного усилителя он должен быть минимальным (в крайнем случае, не более 6-8 Вольт). Добиваемся чтобы при приближении цветных металлов амплитуда возростала, а при приближении черных падала. Оптимально, елси при приближении черных металлов амплитуда падает "до ноля" и только потом возрастает (прохождение через ноль).

Если настраиваем двух лучевым осциллографом то сначала желательно добиться совпадения фаз передатчика и приемника (смотрите рисунок ниже), а затем приблизительно не сильно изменяя это положение (чтобы фаза не сильно уходила), добиваемся эффекта, описанного в настройке однолучевым осциллографом. То есть увеличения амплитуды на цветные и уменьшения на черные.

металлоискатели

Всю процедуру настройки производят на залитой поисковой головке, настроенной в минимум приемного сигнала кусочком металла, я обычно настраивал монетками из разных металлов. Величину кусочка металла и его положение на головке выбирают исходя из наблюдений на осциллографе. Возможно я что-то упустил или не совсем ясно описал, тогда посмотрите настройку в статье- “Локационный металлодетектор“ в журнале Радиоаматор №9 и 10 за 1999 год.

Приемник-регистратор (блок 2)

Эта часть схемы аналогична уже упомянутой схеме Борща, за исключением части выброшенных ненужных деталей и немного «накрученной» чувствительности. Ниже привожу схему регистратора.

металлоискателиметаллоискатели

Чтобы получить хорошие результаты от блока регистрации надо совсем немного – точно повторить его без ошибок, тогда блок работает сразу без всякой настройки. Диоды VD1 и VD2,   должны быть максимально идентичны по параметрам (насколько возможно), такие же требования и к резисторам R7 и R8. От этого будет зависеть равенство вершин продетектированного сигнала (идеально, если они похожи и равны, как "близнецы"). На выходе детектора, перед резистором R10 сигнал должен быть четким, красивым, с равными вершинами и величина его должна быть в пределах – не более 3-4В. При приближении цветного металла сигнал будет возрастать, при приближении черного - снижаться, до прохождения «ноля» и снова возрастать.

В первых моделях Микронов применялись операционные усилители 1408УД14 но они не дотягивали по своим характеристикам в режимах с большим усилением. После проверки работоспособности блока регистратора с ОРА177 все сильно изменилось. Эти микросхемы позволяют поднять усиление DA3. Коеффициент усиления DA3 выбран 50 (но можно до 200).

К выходу DA3 была подключена микросхема ФАПЧ, имеющая в себе ГУН - 4046 (или микросхема VCO, как вам будет угодно). Ее обвязка формирует начальный тон, который можно по желанию отрегулировать подбором резистора R20 и если этого недостаточно, то и R19. В редких случаях приходится изменить С12 и снова “поиграться резисторами. Определив наилучший тон (кому какой больше удобен-приятен), ставят вместо переменных резисторов постоянные. Выход DA3 подключают на вход ГУНа, регулирующий тон - нога 9 микросхемы 4046. Выход сигнала ГУН  (нога 4), через разделительный конденсатор и регулятор громкости подается на динамик, пъезоизлучатель или наушники (по желанию). Наилучшие результаты по громкости сигнала, наименьшей "прожорливости" по току и маленьким габаритам, дал пьезокерамический излучатель ЗП-3. На максимуме и минимуме громкости, потребление тока не менялось (в отличие от динамиков и наушников).

Следите за тем, чтобы питание DA4 было от +6 и –6 В! При подключении 4046 вместо –6В на общий провод («землю»)- прибор перестает различать металлы!!!!!!

В первой модели прибора Микрон, а также в моделях «Микрон-М» и «Крот», я оставил стрелочный индикатор, для более тщательного изучения отклика "мишени", или выявлению металла до различения на слух (стрелочный немножко острее видит «мишени», нежели человеческое ухо).

В регистраторе применены SMD элементы (по мере возможности… ), конденсаторы С19 и С20 пленочные. Размеры платы регистратора 68 х 30 мм.

Стабилизатор напряжения (блок 3)

Стабилизатор напряжения выполнен по схеме, изложенной в статье Борща “Локационный МИ”.

Схема приводится ниже.

металлоискатели

В ней убран конденсатор на 1000 мкФ, и конденсатор С17 с 470мкФ, заменен на 220мкФ; С16 и С15 - по 100мкФ, но можно поставить и по 47мкФ, DA6 –78L12 (стабилизатор положительного питания на 12В).

Конденсаторы С13, С14, С18, С19 – SMD исполнения, хотя можно поставить и обычные 0,125Вт.

Особое требование к резисторам R21 и R22. Они должны быть почти идентичными по сопротивлению, поскольку являются плечами делителя напряжения. И если плечи неодинаковы, то мы не получим значения +6 и –6В !!!!

Плата имеет малые габариты: 32 х 25 мм

Список использованных деталей.

Передатчик-приемник (блок 1).

 

Резисторы:

Конденсаторы

Микросхемы

Транзисторы

Катушки передатчика и приемника

R1........подбор

R2……10 кОм

R3…...220-470 Ом

R4……22 кОм

R5……1 кОм

R6…….20 кОм

С1…….подбор

С2…….подбор

С3…….подбор

Ссогл. DA1 – 3.3р

DA1…..К140УД14

КР1408УД14

КФ1408УД14

140УД17

ОРА177G

LF353

VT1......КТ3102Е

L1....D 20см

90 витков ПЄЛ, ПЄВ 0,45

L2....D 20 см

180 витков ПЭЛ, ПЭВ 0,29

 

Приемник-регистратор (блок 2).

 

Резисторы:

Конденсаторы

Микросхемы

Диоды

Измерительный прибор.

R7-9.....100 кОм

R10……47 кОм

R11……51 кОм

R12……68 кОм

R13……10 кОм

R14……500 кОм

R15……3.3 МОм

R16……5.6 кОм

R17……3.3 кОм

R18……4.7 кОм

R19……22 кОм

R20……100 кОм

С5…16р

С6…0.1 мкФ (пленка)

С7…0.22 мкФ (пленка)

С8…4.7 мкФ

С9…4700 р

С10..33 р

С11...4.7 мкФ (неполярный)

С12…47 n

DA4..КР1561ГГ1

НСF4046

НС4046

4046

VD1-4..КД522Б

Р1..50-0-50 мкА,

100-0-100 мкА

 

Стабилизатор напряжения (блок 3)

 

Резисторы:

Конденсаторы

Микросхемы

Диоды

Измерительный прибор.

R21-22..100 кОм

(идентичность параметров)

С13-140.1 мкФ

С15-16...100.0х16В

С17....220 мкФ х 16В

С18-19...0.47 мкФ n

 

DA5….140УД6, 140УД14 (лучше!)

-

-

 

Я выложил здесь свои металлоискатели, наработки и схемы, а также способ их настройки. Все остальное, вы можете взять из статьи Борща или других источников о приборах IB. Желаю всем удачи в построении и поиске!

Александр Сербин (г.Харьков)

Комментарии  

 
-3 #1 Alex 28.10.2014 12:35
Режим VCO можно посмотреть на этом видео: https://www.youtube.com/watch?v=k4uVwG4Dt5Q
Удачи!
Цитировать
 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Путь по сайту

Главная Мастерская Металлоискатель своими руками Металлоискатели «Микрон»