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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Ein einfacher Metalldetektor mit hoher Empfindlichkeit. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Metalldetektoren Eigenschaften von Metalldetektoren Der vorgestellte Metalldetektor ist relativ einfach herzustellen, enthält keine seltenen Elemente, weist aber gleichzeitig eine recht hohe Empfindlichkeit auf. Damit können Sie eine im Boden vergrabene Münze bis zu einer Tiefe von 15-20 cm erkennen. Arbeitsprinzip Die Suche nach Metallgegenständen im Boden basiert hauptsächlich auf zwei physikalischen Phänomenen. Einer davon ist der Einfluss der magnetischen Eigenschaften eines Objekts auf die Induktivität einer Spule oder auf den Kopplungskoeffizienten zwischen zwei Spulen. Diese Werte können je nach relativer magnetischer Permeabilität des Materials steigen oder fallen. Alle bekannten Substanzen werden nach ihren magnetischen Eigenschaften in drei Gruppen eingeteilt:
Die Permeabilitätsunterschiede zwischen diamagnetischen und paramagnetischen Materialien sind sehr gering. Aber auf dieser Basis stechen ferromagnetische Werkstoffe sehr stark hervor. Das zweite Phänomen sind Wirbelströme, die in elektrisch leitenden Objekten entstehen, die sich in einem magnetischen Wechselfeld befinden. Die Stärke der Ströme hängt sowohl von der Größe und Form des Objekts als auch vom spezifischen elektrischen Widerstand seines Materials ab. In einer flachen Metallplatte sind Wirbelströme viel stärker als in einem Objekt mit komplexer Form und unebener Oberfläche. Auch die Position des Objekts im Magnetfeld (die Anzahl der es durchdringenden Kraftlinien) spielt eine Rolle. Berücksichtigt man zusätzlich die Abstandsabhängigkeit der Wirkung und den Einfluss des Bodens, wird deutlich, wie schwierig die Aufgabe ist. Der beschriebene einfache Metalldetektor funktioniert nach dem TR/IB-Prinzip. Diese Abkürzung steht für Transmit-Receive/Induction Balance – Sende-, Empfangs- und Induktionsbalance. Dabei sind im Sensor zwei Spulen verbaut, die senden und empfangen. Das Vorhandensein von Metall verändert die induktive Kopplung zwischen ihnen, was sich auf das empfangene Signal auswirkt. Sein Sensor besteht aus zwei Spulen. Das Gerät enthält nur zwei Transistoren und eine Mikroschaltung. Schematische Darstellung In Abb. dargestellt. 2.20 Die Schaltung ist recht einfach. Der Generator am Transistor VT1 arbeitet im intermittierenden Oszillationsmodus. Es erzeugt gleichzeitig zwei Frequenzen – hohe und niedrige – und hochfrequente Schwingungen werden zusätzlich durch niederfrequente moduliert. Mit Beginn der Erzeugung wird der Kondensator C2 über die Diode VD1 aufgeladen. Bei Erreichen einer bestimmten Spannung bei (2 werden die hochfrequenten Schwingungen unterbrochen und der Kondensator über den Widerstand R1 entladen. Nach einiger Zeit treten die Schwingungen erneut auf und der Zyklus wiederholt sich.
Zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors VT1 befinden sich Sendespulen L1-L3, die konstruktiv so ausgelegt sind, dass die kapazitiven Wirkungen umgebender Objekte auf sie gegenseitig zerstört werden. Der Kondensator C5, der sich in unmittelbarer Nähe der Spulen befindet, bestimmt die erzeugte Frequenz. Die Spulen L4 und L5 sind Empfangsspulen, sie liegen neben den Sendespulen. Die von den Windungen der Empfangs- und Sendespulen abgedeckten Zonen überlappen sich teilweise. Wenn keine Metallgegenstände vorhanden sind, wird das in den Empfangsspulen induzierte Signal kompensiert, indem es direkt vom Generator über den variablen Kondensator Sb kommt. Das Metall, das in der Nähe erscheint, bringt das Gleichgewicht durcheinander. Das Signal wird dem invertierenden Eingang des Komparators DA1 zugeführt, der es mit einer konstanten Spannung vergleicht. Letzterer wird mit den variablen Widerständen R5 (ROUGH) und R6 (FINE) eingestellt. Die Diode VD2 ist notwendig, damit dem Komparatoreingang nur positive Spannung zugeführt wird. Liegt das Signal über dem eingestellten Schwellenwert, erscheint am Ausgang des Komparators eine Spannung, die den Transistor VT2 öffnet. Da die Spitzen der Signalblitze den Komparator durchlaufen, ist im Akustikkopf BA1 ein Ton zu hören (Leistung - 0,1 W, Widerstand - mindestens 8 Ohm). Eine Änderung der Kopplung zwischen Sende- und Empfangsspule wirkt sich auf die Amplitude des Empfangssignals aus, was wiederum zu einer Änderung der Pulsweite am Ausgang des Komparators führt. Dies wird vom Gehör als Veränderung der Lautstärke und Klangfarbe des Klangs wahrgenommen. Die von der Diode VD3 gleichgerichtete Spannung negativer Polarität, proportional zum Signalpegel am Kollektor des Transistors VT2, wird zum Eingang des Komparators zurückgeführt. Dadurch wird eine automatische Schwellenwertanpassung erreicht, die langsame Änderungen des in den Empfangsspulen induzierten Signals ausgleicht. Am Ausgang des Geräts befindet sich ein PA1-Mikroamperemeter mit einem Gesamtabweichungsabfluss von 100-250 μA. Daher kann man anhand der Vibrationen der Nadel erkennen, ob sich Metallgegenstände in der Nähe der Spulen befinden. Wenn die Taste SB1 gedrückt wird, können Sie die Batteriespannung mit einem Mikroamperemeter überprüfen. Aufbau des Metalldetektors Eine gute Leistung eines Metalldetektors kann nur mit einer ordnungsgemäßen Herstellung des Sensors erreicht werden, dessen Zeichnung in Abb. dargestellt ist. 2.21. Die Spulenrahmen bestehen aus zwei Platten aus organischem Glas oder einem anderen haltbaren dielektrischen Material. Holz ist in diesem Fall aufgrund seiner Hygroskopizität nicht geeignet. Entlang des Umfangs jeder Platte in ihrer Kante müssen Sie mit einem Fräser oder einer Feile eine Nut zum Verlegen der Wicklungen anbringen.
Alle Spulen müssen mit Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,3 mm und einer Emaille-Isolierung umwickelt sein. Der Anfang des Drahtes sollte mit einem Tropfen Kleber an Punkt A des Rahmens befestigt werden, 22 Windungen der Spule L2 im Uhrzeigersinn aufwickeln. Das Ende der Wicklung muss ebenfalls an Punkt A auf die Platte geklebt werden. Ohne den Draht abzuschneiden, empfiehlt es sich, einen kleinen Abschnitt davon von der Isolierung zu befreien und den Anfang eines weiteren Drahtstücks anzulöten, das verwendet wird um vier Windungen gegen den Uhrzeigersinn zu wickeln - Spule L1. Danach müssen Sie mit dem Draht, der zum Wickeln der Spule L2 verwendet wurde, weitere 22 Windungen im Uhrzeigersinn ausführen – Spule L3. Die Anschlüsse aller Wicklungen sollten am Punkt A fest mit der Rahmenplatte verklebt werden. Es wird vorgeschlagen, die Spulen L4 und L5 auf der zweiten Platte zu platzieren. Jeder von ihnen beginnt und endet am Punkt B und enthält 36 Windungen, die in die gleiche Richtung gewickelt sind. Die Kondensatoren C5 und C7 müssen gemäß Schema direkt an die Anschlüsse der Spulen angelötet und auf die Platten geklebt werden. Platten mit Wicklungen sollten übereinander gelegt und mit Schrauben aus Isoliermaterial (z. B. Nylon) befestigt werden, wie in Abb. 2.21. Durch einen bogenförmigen Einschnitt in einer der Platten können Sie die Platten beim Aufstellen des Gerätes in der optimalen Position fixieren. Befestigen Sie die gesamte Baugruppe am besten am Ende einer 1-1,5 m langen Holz- oder Kunststoffstange. Auf keinen Fall sollten Sie Metallschrauben, Schrauben oder Muttern zur Befestigung der Baugruppe verwenden. Am gegenüberliegenden (oberen) Ende der Stange müssen Sie ein Gehäuse (kann aus Metall sein) mit einer Leiterplatte des Geräts installieren. Es empfiehlt sich, die Bediengriffe (SA1, SB1, C6, R5 und R6) an der Frontplatte des Gehäuses zu platzieren. Die Spulen L1 – L5 müssen über abgeschirmte Drähte mit der Metalldetektorplatine verbunden werden. Aufbau des Metalldetektors Vor dem Aufstellen des Metalldetektors sollten beide Platten mit Spulen im maximalen Winkel gedreht werden, ohne sie zu fixieren. Installieren Sie die Überbrückungskabel A und B noch nicht. Nach dem Einschalten der Stromversorgung sollte bei einer bestimmten Position der variablen Widerstände R5 und R6 ein Ton im Kopf BA1 zu hören sein. Bewegen Sie die Spulen langsam (es sollte sich kein Metall in ihrer Nähe befinden), bis die Lautstärke nachlässt. Durch Drehen der Achsen variabler Widerstände und Bewegen der Spulen muss ein Mindestvolumen erreicht werden. Manchmal sind dafür mehrere Versuche nötig. Nachdem Sie das Minimum gefunden haben, bewegen Sie die Spulen etwas weiter (weniger als 1 mm) und befestigen Sie sie. Als nächstes können Sie den Metalldetektor ausschalten und Überbrückungskabel A installieren. Nach dem Einschalten der Stromversorgung müssen Sie versuchen, die Position des Rotors des Kondensators C6 zu finden, in der kein Ton zu hören ist. Wenn dies fehlschlägt, müssen Sie Jumper A entfernen, Jumper B installieren und es erneut versuchen. Wenn dies nicht hilft, wurde wahrscheinlich die Position der Spulen falsch ermittelt. Die letzte Möglichkeit, den Metalldetektor einzurichten, besteht darin, einen 470-pF-Kondensator parallel zu C6 anzuschließen und erneut zu versuchen, den Gleichgewichtspunkt zu finden. Im Fehlerfall müssen Sie andere Spulen herstellen und dabei alle Empfehlungen strikt befolgen. Wenn Sie mit der Anpassung der Versorgungsspannung des Steuergeräts beginnen, stellen Sie dieses auf 9 V ein. Stellen Sie mit R5 und R6 sicher, dass vom Kopf BA1 kein Ton zu hören ist und die Nadel des Mikroamperemeters PA1 nicht abweicht. Durch Drücken der Taste SB1 stellen Sie mit R14 den Pfeil auf den letzten Skalenteil ein. Nachdem Sie die Versorgungsspannung auf 7 V reduziert haben, markieren Sie die Position des Pfeils, der der minimal zulässigen Spannung entspricht. Es bleibt nur noch, die Empfindlichkeit des Gerätes mit dem variablen Widerstand R12 nach eigenem Ermessen anzupassen. Manchmal wird der im BA1-Kopf gehörte Ton von einem Brummen mit einer Frequenz von 100-150 Hz begleitet. Um das Brummen loszuwerden, sollten Sie einen angepassten Widerstand mit einem Widerstand von 1 kOhm in Reihe mit R50 schalten und die Position seines Schiebereglers auswählen. Erste Schritte Bevor Sie mit dem Metalldetektor arbeiten, müssen Sie sicherstellen, dass bei der geringsten Abweichung des Rotors des Kondensators C6 vom Gleichgewichtspunkt ein Geräusch im Kopf BA1 zu hören ist. Mit einiger Erfahrung ist es durch den Einbau von C6 in verschiedenen Positionen möglich, sogar diamagnetische von paramagnetischen Materialien zu unterscheiden. Литература:
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