Ultra-Niederfrequenz-Metalldetektor. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Metalldetektoren

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Dieser Metalldetektor basiert auf dem Prinzip der Änderung der Schlagfrequenz zweier Generatoren. Das Funktionsprinzip ist einfach: Signale von Such- und Referenzoszillatoren gelangen in den Mischer, der am Ausgang ein Differenzfrequenzsignal erzeugt. Nähert sich das Metall der Spule des Suchgenerators, ändert sich dessen Frequenz und damit auch die Differenzfrequenz zum Referenzgenerator, die in der Regel im Audiobereich liegt.

Auf den ersten Blick scheint es offensichtlich, dass die Empfindlichkeit eines Metalldetektors umso größer ist, je höher die Frequenz seiner Generatoren ist. Eigentlich stimmt das nicht. Mit zunehmender Frequenz nimmt die Absorption elektromagnetischer Wellen durch den Boden zu. Daher wird es schwieriger, eine unerwünschte Selbstsynchronisation von Generatoren aufgrund der Kopplung durch Stromkreise und parasitärer Installationskapazitäten zu beseitigen.

Darüber hinaus erreichen zufällige Schwankungen der Frequenz des Suchgenerators Werte, die mit Frequenzänderungen vergleichbar sind, die durch die Nähe von Metallgegenständen verursacht werden.

Schließlich ist es nur bei einer extrem niedrigen Betriebsfrequenz (mehrere zehn Kilohertz) möglich, aus der Ferne zwischen Eisen- und Nichteisenmetallen zu unterscheiden. Es erkennt das Vorhandensein von Metall, indem es die Phasendifferenz zwischen den Schwingungen des Such- und Referenzoszillators ändert und mithilfe einer PLL-Schleife synchronisiert. Die Suche erfolgt dynamisch mit einer Wiederholungsperiode der Sensorwellen von ca. 1 s.

Dieser Metalldetektor kann Metalle anhand von SCHWARZ/FARBE unterscheiden.

Schematische Darstellung

Das schematische Diagramm des Metalldetektors ist in Abb. dargestellt. 2.10. Der Referenzoszillator ist auf einem DD1-Chip aufgebaut, seine Frequenz von 32768 Hz wird durch einen ZOl-Quarzresonator stabilisiert.

Das Signal dieses Generators wird über einen Widerstandsspannungsteiler R3R4 dem Mischer VD6VD13 zugeführt.

Der Suchgenerator erfolgt über den Transistor VT1. Die Spule L1, die als empfindliches Element des Metalldetektors dient, ist über ein vieradriges, abgeschirmtes Kabel mit dem Generator verbunden. Das Rückkopplungssignal vom Spulenabgriff wird an den Emitter des Transistors VT1 und über die Schaltung R6C7 an den Mischer gesendet.

Steuert die Frequenz des Suchgenerators Varicap VD1. Die Schaltkreise R13C10 und R17C11 sorgen für zusätzliche Filterung und reduzieren den Pegel hochfrequenter Komponenten am Ausgang des DA1-Verstärkers.

Die Empfindlichkeit des Metalldetektors wird durch den variablen Widerstand R25 gesteuert. Die Dioden VD7-VD10 verhindern eine Überlastung des DA3-Verstärkers, wenn die Synchronisation der Generatoren beim Einrichten des Geräts gestört wird oder wenn große Metallgegenstände erkannt werden.

Wenn ein Metalldetektorsensor über ein Objekt aus Nichteisenmetall fährt, das keine ferromagnetischen Eigenschaften aufweist, erscheint am Ausgang des Operationsverstärkers DA3 ein Signalstoß zunächst positiver und dann negativer Polarität.

Die positive Halbwelle öffnet den Transistor VT2, der den Tongenerator an den Transistoren VT4 und VT5 einschaltet. Wenn das Objekt ferromagnetische Eigenschaften hat, hat der Ausbruch die entgegengesetzte Polarität. Seine erste (negative) Halbwelle öffnet den Transistor VT3, wodurch der Kondensator C21 aufgeladen wird. Der Transistor VT6 öffnet und überbrückt für die Zeit, die zum Entladen des Kondensators C21 über den Widerstand R31 erforderlich ist, den Widerstand R33 – die Kollektorlast des Transistors VT5 – und verhindert so die Zufuhr eines Audiosignals unter dem Einfluss der zweiten (positiven) Halbwelle von das Signal.

Dies geschieht, wenn die Kontakte des Schalters SA2 geöffnet sind (Position NICHTEISENMETALL). Wenn die Kontakte geschlossen sind (Position „SCHWARZES METALL“), funktioniert die akustische Anzeige auch, wenn ein Objekt aus Eisen oder Stahl erkannt wird, jedoch erst, nachdem die Sensorspule darüber hinweggefahren ist.

Das Mikroamperemeter PA1 mit einem zusätzlichen Widerstand R16 dient als Voltmeter, das den konstanten (Schalter SA1 in der Stellung „OPERATION“) oder wechselnden (in der Stellung „SETUP“) Spannungsanteil am Ausgang DA1 misst. Mit der ersten können Sie die Position des erkannten Objekts klären, mit der zweiten können Sie die Zeitpunkte der Synchronisierung von Generatoren und deren Ausfall aufzeichnen.

Schematische Darstellung des Stromknotens

In Abb. Abbildung 2.11 zeigt ein Diagramm des Netzteils des Metalldetektors. Die Spannung von +9 V zur Versorgung des akustischen Alarms wird direkt von der Batterie GB1 entnommen (bei geschlossenem Schalter SA3). Der +6-V-Spannungsstabilisator zur Versorgung der Hauptkomponenten des Metalldetektors ist aus den Transistoren VT7 und VT8 aufgebaut, von denen der erste als Zenerdiode dient. Mit dem Operationsverstärker DA3 wurde ein künstlicher „Mittelpunkt“ (+4 V-Schaltkreis) erstellt.

Reis. 2.10. Schematische Darstellung

Reis. 2.11. Schematische Darstellung des Netzteils eines Ultra-Niederfrequenz-Metalldetektors

Aufbau und Details

Grundlage für die Herstellung der L1-Sensorspule kann ein dünnwandiges Aluminiumrohr mit einem Außendurchmesser von 14 mm sein, das zu einem Ring mit einem Durchmesser von 250 mm gebogen ist und einen Abstand zwischen den Enden von 10 mm aufweist. Sie müssen mit einer Bügelsäge oder einem Fräser einen Schlitz um den Umfang an der Außenseite des Rings bohren. Dadurch werden die Windungen der Spule L1 (PELSHO-Draht 0,3) in das Rohr gelegt. Die Anzahl der Windungen beträgt 25 + 55 + 120, beginnend am Bodenende.

Während des Wickelvorgangs sollte der Draht alle 2-3 Windungen mit Epoxidharz geschmiert werden. Der Hohlraum des fertigen Rohrschlangens muss mit Silikondichtstoff gefüllt und die gesamte Struktur mit Nitrolack beschichtet werden.

In der Nähe des Spalts ist es notwendig, eine Glasfaserplatte mit Kontaktpads am Ring zu befestigen, an die Folgendes gelötet werden soll:

• Spulen führt;
• Kondensator C1;
• Kabeldrähte verbinden.

Unter einem der Rohrenden an der Befestigungsstelle an der Platine sollte ein Metallblütenblatt angebracht werden, an das die Ader des Abschirmgeflechts des Anschlusskabels angelötet werden soll.

Nach dem Aufstellen des Metalldetektors muss diese gesamte Baugruppe mit einer Plastikbox abgedeckt oder mit Silikondichtmittel gefüllt werden, um sie vor Feuchtigkeit zu schützen.

Am besten montieren Sie die Spule auf einem Holzkreuz, in dessen Mittelteil sich Kunststoffohren zum Anschluss an eine Teleskopstange aus dielektrischem Material befinden. Die Platine mit den Hauptteilen des Metalldetektors muss in einem Metallgehäuse untergebracht werden, das am Ende des Stabes gegenüber der Spule befestigt wird.

Der Schleifenkondensator C1 besteht aus mehreren parallel geschalteten K71-7-Kondensatoren mit einer Gesamtkapazität, die der im Diagramm angegebenen entspricht. Sie können auch andere thermostabile Kondensatoren (Gruppen TKE M47 oder M75) verwenden. Der Transistor VT7 sollte mit einer Durchbruchspannung des Emitterübergangs von 6,2–6,5 V ausgewählt werden. Für die übrigen Elemente der Schaltung gelten keine besonderen Anforderungen.

Variabler Kondensator C5 - von einem Transistorradio. Quarzresonator ZQ1 - Uhr. Mikroamperemeter RA1 – mit Null in der Mitte der Skala. Der Zusatzwiderstand R16 ist so gewählt, dass bei einer Spannung von +2,5 V und -2,5 V die Nadel des Mikroamperemeters zum entsprechenden Ende der Skala ausschlägt.

Als HA1 wurden verschiedene Schallgeber getestet. Am besten geeignet war die Telefonkapsel TEMK-311 mit einem Wicklungswiderstand von 250 Ohm. Wenn der Tongenerator nicht mehr als 3 mA Strom verbraucht, ist die Signallautstärke völlig ausreichend. Wenn Sie hochohmige Kopfhörer verwenden, kann der Stromverbrauch noch weiter reduziert werden.

Autor: Dzhuguryan L.

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