Поиск кладов, древних реликвий и прочих интересных вещей для многих является довольно таки востребованным видом хобби, наряду с рыбалкой или охотой. Этот вид отдыха также можно считать активным, а для некоторых металлоискатель - вполне неплохое орудие для добычи денег, ведь в земле можно найти довольно таки большое количество черных металлов, которые сегодня ценятся. Ведь есть же пословица, что «мы ходим по деньгам».
В магазине даже за не слишком мощный металлоискатель порой запрашивают приличные деньги. В этой статье речь пойдет о том, как можно собрать металлоискатель своими руками . Для этого требуются минимальные навыки в области работы с электроникой ну и небольшие (в сравнении с покупкой нового металлоискателя мизерные) вложения.
Материалы и инструменты для сборки:
- микросхема К561ЛА7 или ее аналог;
- маломощный низкочастотный транзистор (подойдут КТ315, КТ312, КТ3102, аналоги: ВС546, ВС945, 2SС639, 2SС1815 и так далее)
- любой маломощный диод (например кд522Б, кд105, кд106...);
- три переменных резистора (4,7 kOm, 6,8 kOm, 10 kOm с выключателем);
- пять постоянных резисторов (22 Om, 4,7 kOm, 1,0 kOm, 10 kOm, 470 kOm);]
- пять керамических или слюдяных конденсаторов (1000 пф - 2 шт., 22 нФ -2 шт., 300 пф);
- один электролитический конденсатор (100,0 мкф х 16В);
- провод типа ПЭВ или ПЭЛ диаметром 0,6-0,8 мм;
- наушники от плеера (или любые низкоомные);
- батарейка на 9В.
Процесс изготовления металлоискателя:
Шаг первый. Корпус и внешний вид устройства
В связи с тем, что поиски происходят зачастую среди ветвей, травы или при влажной погоде, устройство должно быть надежно защищено от воздействия всех этих факторов. В качестве корпуса для электроники можно использовать коробочку из под мыла или от крема для чистки обуви. Главное, чтобы электронная часть была надежно защищена.
Важно знать, что если не соединить переменные резисторы (их корпуса) с минусом платы, устройство будет образовывать помехи. Если все сделано верно и изготовлена качественная катушка, при работе устройства никаких проблем не возникает. При включении металлоискателя в наушниках сразу должен появиться характерный писк, он должен реагировать на ручку регулятора частоты. Если это не наблюдается, то необходимо выбрать резистор 10 кОм, который стоит последовательно с регулятором, или подобрать конденсатор 300 пФ в этом генераторе. В итоге нужно выровнять частоты поискового и образцового генератора.
Чтобы определить, какие частоты издает генератор, понадобится осциллограф. Всего рабочая частота может находиться в пределах 80-200 кГц. Замеры делаются на выводах 5 и 6 микроконтроллера К561ЛА7.
Еще в системе есть защитный диод. Он нужен для того, чтобы защитить электронику от неправильного включения батареи.
Шаг второй. Делаем поисковую катушку
Катушки наматывают на оправки с диаметром около 15-25 см. В качестве формы можно использовать ведро или челнок из проволоки или фанеры. Чем меньше будет катушка, тем меньше у нее будет чувствительность, все зависит от того, для каких целей будет использоваться металлоискатель.
Что касается провода, то это может быть провод в лаковой изоляции типа ПЭВ или ПЭЛ диаметром от 0.5 до 0.7 мм. Такой провод можно найти в старых телевизорах с кинескопом. Всего катушка содержит 100 витков, можно намотать от 80 до 120. Сверху все это дело плотно обматывается изолентой.
Когда катушка будет намотана, поверх нее делается обмотка из полоски фольги, при этом нужно оставить участок в 2-3 сантиметра не обмотанным. Фольгу можно найти в некоторых видов кабелей, еще ее можно добыть из шоколадок, нарезав на куски.
Поверх фольги наматывается не заизолированный провод, а лучше всего луженый. Начало провода остается в итоге на катушке, а другой конец припаивается к корпусу. Сверху все это опять хорошо обматывается изолентой.
Впоследствии катушка крепится на диэлектрик, как вариант подойдет нефольгированный текстолит. Ну а теперь катушку можно крепить к держаку.
Для соединения катушки со схемой нужно применять экранированный провод, экран подключается к корпусу. Подобные провода можно применяются для перезаписывания музыки с магнитофона. Еще можно использовать шнур НЧ, для подключения к телевизору различных устройств.
Шаг третий. Проверка металлоискателя
Когда устройство будет включено, в наушниках можно будет услышать характерный шум, частоту нужно настроить регулятором. При поднесении катушки к металлу, шум в наушниках будет меняться.
Еще можно переделать схему таким образом, чтобы при работе металлоискатель молчал, а сигнал будет появляться лишь тогда, когда под катушкой будет появляться металл. При этом частота шума будет говорить о том, какой размер предмета и на какой глубине он находится. Но, по словам автора, при таком подходе сильно снижается чувствительность металлоискателя, и он улавливает только очень крупные предметы.
Для получения нулевых биений нужно совместить две частоты.
Металлоискатель работает на принципе биений, образующихся из-за разницы колебаний опорного и поискового генераторов (на 5—10-й гармонике, выбирается ближайшая но частоте).
Это позволяет доводить чувствительность прибора до высокого уровня, что становится возможным обнаруживать:
- пятикопеечную монету в грунте на глубине 10 см;
- стальную крышку люка или трубу — на глубине 65 см.
Выполняемый на доступной элементной базе, металлоискатель не требует тщательной настройки и неприхотлив в эксплуатации. Электропитание — от гальванической батареи «Крона».
Принципиальная схема
Принципиальная схема самодельного металлоискателя на принципе биений изображена на рисунке 1.
Поисковый генератор собран по так называемой схеме «емкостной трехточки» на логических элементах DD1.1, DD1.2 ИМС К561ЛА7. Его колебательный контур образован:
- поисковой катушкой L1;
- конденсаторами С2—С4;
- варикапом VD1, управляющее напряжение на который поступает с потенциометра R2, выполняющего функцию органа настройки на низкую частоту биений.
В схему дополнительно введен транзистор VT1. Его предназначение — обеспечить термокомпенсацию варикапа VD1. Если же изготавливаемому металлоискателю суждено работать в благоприятных условиях, при небольших колебаниях температуры окружающей среды, то VT1 можно исключить из данного устройства.
Рис. 1. Принципиальная схема самодельного металлоискателя с повышенной чуствительностью, работающего на принципе биений.
Опорный генератор реализован на двух логических элементах ЗИ-НЕ микросхемы DD2 (K561ЛA9). Частота стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1 (1 МГц).
И у перестраиваемого, и у опорного генераторов имеется по буферному каскаду (логический элемент DD1.3 и, соответственно, DD2.3), работающему на смеситель DD1.4. Выделяемый в смесителе сигнал разностной частоты поступает на усилитель (транзистор VT2) с эмиттерным повторителем (ѴТЗ).
Звуковым индикатором обнаружения металла в грунте служит микротелефонный капсюль BF1 от слухового аппарата.
Стабилизатор напряжения DA1 на 5 В обеспечивает «электронику» питанием, а полупроводниковый диод VD2 защищает от ошибочной полярности при подключении батареи.
Детали и настройка
Поисковый генератор нужно «вывести» на требуемую частоту 100—200 кГц, подбирая конденсаторы С2, СЗ. При среднем положении движка потенциометра R2 следует добиться, чтобы при возможно большем отношении частот опорного и поискового генераторов получить громко воспроизводимый капсюлем BF1 сигнал биений.
Усилитель с эмиттерным повторителем нужно настраивать подбором резисторов R10 и R12. Ориентиром должно служить напряжение 2,5 В на коллекторе ѴТ2 и на нагрузочном резисторе R14.
Юстировку термокомпенсации, выполненной на транзисторе VT1, следует осуществлять подбором резистора R5.
При этом нужно добиться, чтобы напряжение между коллектором и эмиттером VT1 находилось в пределах 2—2,5 В.
После этого катушку следует обертывать (с небольшим разрежением между соседними витками) полоской из алюминиевой фольги — для электростатического экранирования. Электрический контакт между концами такого экрана недопустим (в противном случае образуется замкнутый виток).
Полученную рамку-датчик еще нужно обмотать для защиты от повреждений двумя-тремя слоями изоляционной ленты, приклеить «эпоксидкой» к основанию из стеклотекстолита (нефольгированного!) толщиной 2—4 мм. С помощью кронштейна устройство можно прикрепить к несущей штанге, например, стеклопластиковой лыжной палке с ручкой и блоком.
Рис. 2. Печатная плата самодельного металлоискателя на принципе биений.
В корпусе блока нужно разместить гальваническую батарею «Крона» и всю «электронику», смонтированную на печатной плате. Соединение поисковой катушки с платой — коаксиальным кабелем, проходящим внутри несущей штанги.
Теперь о радиодеталях, необходимых для сборки металлоискателя. Все их, включая полупроводниковые приборы и микросхемы, можно выбрать из разряда недорогих и широко распространенных. В частности, постоянные резисторы типа МЛТ-0,125.
В качестве потенциометра R2 может быть использован любой малогабаритный, желательно с выключателем. Последний на принципиальной электрической схеме условно не показан.
Конденсаторы постоянной емкости C1, С9 и С11 могут быть любыми малогабаритными, но с номиналами, указанными на принципиальной электрической схеме.
Более жесткие требования у конденсаторов С2, С4—С8: для большей надежности и долговечности их работы в разных условиях эти конденсаторы желательно выбирать из числа термостабильных. В частности, выполняющий роль «подстроечника» конденсатор СЗ предпочтительно установить керамический, как наиболее устойчивый к значительным резким перепадам температур (например, типа КТ4-23 емкостью 4—20 пФ).
А в качестве С10, С12—С15 можно использовать конденсатор К53-2, гарантирующие стабильную работу схемы.
Этот металлоискатель, несмотря на малое число деталей и простоту в изготовлении, отличается достаточно большой чувствительностью. Крупные металлические предметы, такие как батарея отопления, он способен обнаружить на расстоянии до 60 см, мелкие же, например, монету диаметром 25 мм — на расстоянии 15 см.
Принцип работы устройства основан на изменении частоты в измерительном генераторе под воздействием находящихся рядом металлов и выделении разностной частоты (биений) между измерительным и образцовым генератором.
Так как эта частота находится в звуковом диапазоне, ее можно услышать в наушниках.
Принципиальная схема
Принципиальная схема металлоискателя представлена на рисунке 1. В данной схеме частота опорного генератора, выполненного на DD1.1, стабилизирована при помощи пьезоэлемента. В качестве пьезоэлемента использован пьезофильтр (ZQ1) па промежуточную частоту (465 кГц), имеющуюся в любом бытовом супергетеродинном радиоприемнике.
Такие элементы широко распространены и гораздо дешевле, чем кварцевые резонаторы. Применение пьезоэлемента позволяет повысить стабильность частоты опорного генератора по сравнению с обычными LC или RC генераторами, а, значит, увеличить дальность обнаружения металлических предметов.
Рис. 1. Принципиальная схема самодельного металлоискателя с пьезофильтром.
Измерительный генератор собран на логическом элементе DD1.2 и содержит катушку (L1) в виде рамки, которая является датчиком. При приближении катушки к металлу меняется ее индуктивность, что приводит к изменению частоты автогенератора.
Начальная частота автогенератора определяется элементами C1C2C3L1 и подстраивается при помощи регулируемого конденсатора С1, близкой к частоте опорного генератора (чуть больше или меньше чем 465 кГц).
На элементе DD1.3 сигналы двух генераторов смешиваются. Выходной сигнал DD1.3 содержит разностную гармонику, и, чтобы ее отделить от высокочастотных импульсов, установлен фильтр R3C5. Низкочастотный сигнал усиливается полевым транзистором VT2 и подается на звуковой излучатель — наушники BF1 BF2.
Применение в автогенераторах логических элементов КМОП микросхемы, благодаря их большому входному сопротивлению, позволяет получить высокую добротность в колебательном контуре поискового генератора, что повышает у него стабильность частоты.
Это дает возможность работать при малых биениях и таким образом увеличить чувствительность металлоискателя.
Детали и конструкция
Питание автогенераторов стабилизировано при помощи прецизионного стабилитрона КС166В. Только параметрические стабилизаторы на напряжение около 6 В имеют близкий к нулю дрейф напряжения при изменении окружающей температуры.
Схема металлоискателя сохраняет работоспособность при снижении напряжения до 5 В, но в этом случае стабилизации напряжения питания не будет.
Потребляемый металлоискателем ток (а, значит, и продолжительность работы) сильно зависит от сопротивления подключенных на выходе головных телефонов. По этой причине их сопротивление должно быть как можно больше (>100 Ом), для чего телефоны в наушниках подключены последовательно.
Резистор R7 ограничивает максимальный ток транзистора VT2 при коротком замыкании в наушниках, а резистор R6 позволяет регулировать громкость звука. Для удобства этот резистор объединен с включателем питания SA1.
Наушники соединяются через любое стандартное гнездо X1.
Гнездо Х2 предназначено для подключения сетевого зарядного устройства для аккумулятора G1. Это позволит выполнять подзарядку элементов питания не вынимая их из корпуса.
Конденсатор настройки С1 можно взять от любого миниатюрного радиоприемника (например КП-180). С2 и СЗ должны быть с минимальным отрицательным ТКЕ (М47, М75), С4 и С5 из серии К10 (К10-17), С6 — К53-1 на 16 В.
Переменный резистор R6 — СПЗ-ЗбМ (он предусматривает горизонтальную установку на плате и имеет встроенный включатель SA1), подстроенный резистор R5 типа СПЗ-19а, остальные подойдут любые малогабаритные.
Пьезорезонатор (пьезофильтр Z01) скорее всего подойдет любой из серии ФП1П1-61 (-01, -02, и т. д.), а также можно попробовать многие другие типы пьезофильтров от китайских приемников, имеющие три вывода.
Детали устройства могут быть расположены на односторонней печатной плате из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм и размерами 75 х 40 мм (рис. 2, а—б).
Рис. 2. Печатная плата самодельного чувствительного металлоискателя на микросхеме.
Плата желательно разместить вблизи от катушки датчика L1. Место, где закрепляется плата с элементами, экранировать не обязательно.
Катушка датчика металлоискателя L1 имеет вид тороидальной рамки. Она наматывается медным проводом ПЭВ диаметром 1,2 мм, на любой подходящей оправке диаметром 20 см, например, вырезанной из пенопласта.
Рис. 3. Конструкция и параметры поисковой катушки самодельного металлоискателя.
Намотка следует выполнять внавал, 30 витков (индуктивность получается около 480 мкГн). После намотки катушки рамка нужно обмотать любой диэлектрической лентой (лакотканью или изолентой), а после этого — тонкой алюминиевой фольгой.
Можно применить также медную фольгу. У места выводов катушки участок около 10 мм закрывать фольгой не надо (между концами экрана оставляется зазор, как это показано на рис).
Применение толстого провода при изготовлении L1 обеспечивает более высокую добротность у катушки и придает жесткость рамке без использования дополнительных элементов крепления.
Фрагменты из книги «Металлоискатели своими руками. Как искать, чтобы найти монеты, украшения, клады». Авторы С. Л. Корякин-Черняк и А. П. Семьян.
Продолжение
Начало читайте здесь:
3.1. Компактный металлоискатель на микросхеме К175ЛЕ5
Назначение
Металлоискатель предназначен для поиска металличе¬cких предметов в грунте. Он может также быть использован при определении места прокладки арматуры и скрытой проводки при проведении строительных работ в доме.
Принциальная схема
Схема компактного металлоискателя на микросхеме типа К175ЛЕ5 приведена на рис. 3.1, а. Он содержит два генератора (опорный и поисковый). Поисковый генератор собран на элементах DD1.1, DD1.2, а опорный - на элементах DD1.3 и DD1.4.
Частота поискового генератора, выполненного на элементах DD1.1 и DD1.2, зависит:
- от емкости конденсатора С1;
- от общего сопротивления подстроечного и переменного резисторов R1 и R2.
Переменным резистором R2 плавно изменяют частоту поискового генератора в диапазоне частот, установленном подстроечным резистором R1. Частота генератора на элементах DD1.3 и DD1.4 зависит от параметров колебательного контура L1, С2.
Сигналы с обоих генераторов поступают через конденсаторы C3 и С4 на детектор, выполненный по схеме удвоения напряжения на диодах VD1 и VD2.
Нагрузкой детектора являются наушники BF1, на которых выделяется разностный сигнал в виде низкочастотной составляющей, преобразуемый наушниками в звук.
Параллельно наушникам включен конденсатор С5, который шунтирует их по высокой частоте. При приближении поисковой катушки L1 к металлическому предмету происходит изменение частоты генератора на элементах DD1.3, DD1.4, в результате меняется тональность звука в наушниках. По этому признаку и определяют, находится ли в зоне поиска металлический предмет.
Примененные детали и варианты замены элементов
Подстроечный резистор R1 типа СП5-2, переменный резистор R2 - СПО-0,5. Допустимо использовать в схеме и другие типы резисторов, желательно малогабаритные.
Электролитический конденсатор С6 типа К50-12 - на напряжение не менее 10 В. Остальные постоянные конденсаторы типа КМ-6.
Катушка L1 размещается в кольце диаметром 200 мм, согнутом из медной или алюминиевой трубки с внутренним диаметром 8 мм. Между концами трубки должен быть небольшой изолированный зазор, чтобы не было короткозамкнутого витка. Катушка наматывается проводом ПЭЛШО 0,5.
В качестве наушников BF1 можно использовать головные телефоны ТОН-1, ТОН-2.
Для питания металлоискателя используется батарея типа «Крона» или другие типы батарей напряжением 9 В.
В схеме металлоискателя микросхему К176ЛЕ5 можно заменить на микросхемы К176ЛА7, К176ПУ1, К176ПУ2, К561ЛА7, К564ЛА7, К561ЛН2.
Монтаж устройства
Детали устройства, кроме катушки индуктивности, источника питания и наушников, могут быть размещщены на печатной плате, вырезанной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм (рис. 3.1, б). Возможно использование и другого вида печатной платы.
К одному концу разъема крепится ручка из металлической трубки, а к другому его концу с помощью переходника из изоляционного материала крепится металлическое кольцо с катушкой L1.
Общий вид устройства приведен на рис. 3.1, г, а размещение элементов устройства - на рис. 3.1, в.
Настройка
Перед наладкой металлоискателя подстроечный и переменный резисторы нужно поставить в среднее положение и замкнуть контакты SB1. Перемещая движок подстроенного резистора R1, добиться наиболее низкого тона в наушниках.
При отсутствии звука следует подобрать емкость конденсатора С2. При появлении сбоев в работе металлоискателя следует впаять между выводами 7 и 14 микросхемы DD1 конденсатор емкостью 0.01…0.1 мкФ.
Источник
Яворский В. Металлоискатель на К176ЛЕ5. // Радио, 1999, №8, с. 65.
Из книги С. Л. Корякин-Черняк, А. П. Семьян. « »
Продолжение читайте
Металлоискатель на микросхеме
Подобное устройство уже было описано в статье И. Нечаева под аналогичным названием в "Радио", 1987, N9 1, с. 49 . В отличие от него, в предлагаемом варианте всего одна катушка индуктивности и несколько иное построение схемы, позволившее обойтись еще и без конденсатора переменной емкости.
Схеме металлоискателя приведена на рис. 1. Как и в упомянутой конструкции, в нем два генератора: один выполнен на элементах DD1.1 и DD1.2, а второй - на элементах DD1.3 и DD1.4. Частота первого генератора (перестраиваемого) зависит от емкости конденсатора С1 и суммарного сопротивления резисторов R1, R2. Подстроечным резистором R1 устанавливают рабочий диапазон генератора, а переменным резистором R2 плавно изменяют частоту генератора в этом диапазоне. Частота второго генератора зависит от емкости конденсатора С2 и индуктивности поисковой катушки L1.
Сигналы обоих генераторов поступают через развязывающие конденсаторы СЗ и С4 на детектор, выполненный на диодах VD1, VD2 по схеме удвоения напряжения. Нагрузкой детектора являются головные телефоны BF1 - на них выделяется разностный сигнал в виде низкочастотной составляющей, преобразуемой затем телефонами в звук. Конденсатор С5 шунтирует нагрузку по высшим частотам, иначе говоря, замыкает на общий провод сигналы обоих генераторов.
Когда поисковая катушка приближается к металлическому предмету, частота второго генератора изменяется. В результате изменяется тональность звука в головных телефонах. По этому признаку обнаруживают металлические предметы в зоне поиска, например, подслоем грунта, снега. Немалую помощь окажет металлоискатель при определении места прокладки арматуры и скрытой проводки во время строительных работ в доме.
Кроме указанной на схеме, в металлоискателе можно применить микросхему К176ЛА7, К176ПУ1 К176ЛУ2 (две последние микросхемы - так называемые преобразователи уровня), К561ЛА7, К174ЛА7. К561ЛН2. Подстроечный резистор R1 - СП5-2 переменный R2 - СПО-0,5. но подойдут и другие малогабаритные резисторы. Оксидный конденсатор - К50-12 или другой малогабаритный на номинальное напряжение не менее 10 В, остальные конденсаторы могут быть, например, КМ 6
Катушка L1 размещается в кольце диаметром 200 мм из алюминиевой или медной трубки с внутренним диаметром 8 мм. Концы трубки должны отстоять друг or друга но некотором расстоянии, чтобы не получился короткозамкнутыйтый виток. Для намотки катушки используют провод ПЭЛШО (в эмалевой и шелковой изоляциях) диаметром 0,5 мм, стараясь протянуть внутри трубки возможно большее число витков. Эта операция мотет показаться трудоемкой, поэтому можно воспользоваться методикой, описанной в вышеупомянутой статье,- уложить сначала внутри трубки отрезки проводе, а затем согнуть трубку в кольцо и соединить отрезки последовательно для получения многовитковой катушки. Выводы катушки в дальнейшем подключают к печатной плате, а трубку соединяют с общим проводом.
Головные телефоны BF1 - ТА-4 ТОН-1 или другие, с возможно большим сопротивлением Источник питания - батарея "Крона" или другой, напряжением около 9 В.
Рис.2
Рис.3
Рис.4
Большая часть деталей металлоискателя смонтирована на фигурной печатной плате (рис. 2 и 3) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Выводы резисторов R1 и R2 соединяют с соответствующими цепями устройства либо с помощью отпровода либо печатными проводниками, если монтаж ведется на двустороннем фольгировеи ном материале. Плату размещают внутри Г-образно о кожуха разъема ШР (рис 4) и крепят к одной из его половин с помощью гайки, навинчиваемой снаружи на переменный резистор R2. Для доступа к винту регулировки подстро-ечного резистора R в кожухе пропиливают отверстие.
Источник питания размещают внутри ручки-футляра которая может быть как пластмассовая, так и металлическая (скажем, футляр от круглого карманного фонаря). Сверху на ручке-футляре крепят кнопку включения питания SB1 а на дне - розетку X1 для подключения головных телефонов.
Кольцо с катушкой крепят в переходнике из изоляционного материала, а уже переходник прикрепляют к кожуху. В итоге получается компактная конструкция, удобная в работе.
Налаживание металлоискателя сводится к подбору частоты первого генератора. Предварительно движки подстроечного и переменного резисторов ставят примерно в среднее положение и временно замыкают контакты кнопки SB1. Перемещением движка резистора R1 добиваются наиболее низкого тона в головных телефонах. Если звука нет, следует подобрать конденсатор 2. Работа облегчится, если воспользуетесь осциллографом. Его входной щуп подключают сначала к выводу 11 микросхемы и измеряют частоту первого генератора, а затем касаются щупом вывода 4 микросхемы и измеряют частоту второго генератора. Сравнение результатов измерений позволит быстро определить, какой конденсатор С2 (меньшей или большей емкости) нужно установить в генератор.
При появлении помех или сбоев в работе прибора из-за взаимного влияния генераторов можно рекомендовать впаять конденсатор емкостью 0,01...0,1 мкФ между выводами 7 и 14 микросхемы.
Методика работы с прибором та же, что и с металлоискателем И. Нечаева .
В. ЯВОРСКИЙ г. Киев
Эта же схема, но с другой печатной платой и конструкцией описана в статье Простой металлоискатель на микросхеме К176ЛЕ5 книги Адаменко М.В. "Металлоискатели" М.2006 (Скачать книгу).