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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Metalldetektor auf Transistoren mit Quarz. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Metalldetektoren Metalldetektoren, deren Funktionsweise auf der Beurteilung der Schwebungsfrequenzabweichung (BFO) basiert, weisen eine relativ geringe Empfindlichkeit bei der Suche nach Metallen mit schwachen ferromagnetischen Eigenschaften (Kupfer, Zinn, Silber usw.) auf. Da der Frequenzunterschied (Schwebung) mit herkömmlichen Anzeigemethoden kaum wahrnehmbar ist, ist es ziemlich schwierig, die Empfindlichkeit von BFO-Metalldetektoren zu erhöhen. Natürlich war diese Situation ein guter Anreiz, nach anderen Schaltungslösungen zu suchen. Vor vielen Jahren fertigte der Autor ein Gerät basierend auf dem Schaltplan des Originalgeräts an, veröffentlicht in der Zeitschrift „Radio-Electronics“ (1967, Nr. 11). Das Hauptelement zur Analyse des Vorhandenseins von Metallobjekten war Quarz. In diesem Fall wurden die Ergebnisse der Analyse visuell beurteilt. Schematische Darstellung Das den Lesern angebotene Design ist eine der Varianten von Metalldetektoren vom Typ FM (Frequency Meter), das heißt, es handelt sich um ein Gerät, das auf dem Prinzip der Analyse der Frequenzabweichung des Referenzoszillators unter dem Einfluss von Metall basiert Objekte, die in die Reichweite der Suchspule fallen. Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieses Geräts sind das interessante Schaltungsdesign des Analysators, das auf dem Q1-Quarzelement basiert, sowie die Verwendung eines Zeigergeräts als Anzeige. Die Schaltung des betreffenden Metalldetektors (Abb. 2.15) basiert auf einem Messgenerator, einer Pufferkaskade, einem Analysator, einem Detektor für hochfrequente Schwingungen und einem Anzeigegerät.
Der Schwingkreis des Hochfrequenzgenerators, der auf dem Transistor T1 basiert, besteht aus der Spule L1 und den Kondensatoren C1-C4. Die Betriebsfrequenz des HF-Generators hängt von der Abweichung der Induktivität der L1-Spule, die auch eine Suchspule ist, sowie von Änderungen der Kapazitäten der Abstimm- (C2) und Regelkondensatoren (C1) ab. Wenn sich im Bereich der L1-Spule keine Metallgegenstände befinden, sollte die Frequenz der im HF-Generator angeregten Schwingungen gleich der Frequenz des Quarzelements Q1 sein, also in diesem Fall 1 MHz. Sobald sich ein Metallgegenstand in der Nähe der Spule L1 befindet, ändert sich seine Induktivität. Dies führt zu einer Abweichung der Schwingfrequenz des HF-Generators. Anschließend wird das HF-Signal einer Pufferstufe zugeführt, die die Anpassung des Generators an nachfolgende Schaltkreise gewährleistet. Als Pufferstufe wird ein auf dem Transistor T2 aufgebauter Emitterfolger verwendet. Vom Ausgang des Emitterfolgers wird das HF-Signal über den Einstellwiderstand R8 und den Quarz Q1 einem Detektor zugeführt, der auf der Diode D2 basiert. Aufgrund der hohen Güte von Quarz führen kleinste Änderungen der Frequenz des Messoszillators zu einer Verringerung der Impedanz des Quarzelements. Dadurch wird am Eingang des Gleichstromverstärkers (DCA) am Transistor T3 ein niederfrequentes (NF) Signal empfangen, dessen Amplitudenänderung für eine entsprechende Auslenkung der Nadel des Anzeigegeräts sorgt. Die Last des UPT am Transistor T3 ist ein Zeigergerät mit einem Gesamtabweichungsstrom von 1 mA. Der Metalldetektor wird von einer Quelle B1 mit einer Spannung von 9 V gespeist. Details und Design Wie bei einigen der zuvor besprochenen Designs kann jedes Steckbrett zur Herstellung eines Metalldetektors mit Quarzelement verwendet werden. Daher unterliegen die verwendeten Teile keinen Einschränkungen hinsichtlich der Gesamtabmessungen. Die Installation kann entweder montiert oder gedruckt sein. Die L1-Suchspule ist ein Ringrahmen aus einem Kabelstück mit einem Außendurchmesser von 8-10 mm (z. B. RK-50-Kabel). Der zentrale Kern des Kabels sollte entfernt werden und stattdessen sollten sechs Adern aus PEL-Draht mit einem Durchmesser von 0,1–0,2 mm und einer Länge von 115 mm gedehnt werden. Das resultierende mehradrige Kabel muss auf einem geeigneten Dorn zu einem Ring gebogen werden, sodass zwischen Anfang und Ende der resultierenden Schleife ein Spalt von ca. 25–30 mm Breite entsteht. Das Ende des Drahtes, das den Anfang der ersten Windung darstellt, sollte mit der Kabelabschirmung verlötet werden, der Anfang der zweiten Windung mit dem Ende der ersten und so weiter. Das Ergebnis ist eine Spule mit sechs Drahtwindungen. Bei der Herstellung der Spule L1 ist besonders darauf zu achten, dass die Enden des Abschirmgeflechts nicht kurzgeschlossen werden, da in diesem Fall eine kurzgeschlossene Windung entsteht. Der Konstruktion der L1-Spule kann zusätzliche Steifigkeit verliehen werden, wenn sie zwischen zwei Sperrholz- oder Getinax-Scheiben mit einem Durchmesser von 400 mm und einer Dicke von 5–7 mm platziert wird. Anstelle der im Diagramm angegebenen Transistoren des Typs 2N2924 können Sie in diesem Design fast alle inländischen Siliziumtransistoren mit geringer Leistung verwenden, beispielsweise den Typ KT315B. Anstelle einer Diode vom Typ 1N4001 (D2) wird empfohlen, eine beliebige Germaniumdiode der Serie D2 oder D9 mit beliebigem Buchstabenindex zu verwenden, und eine Zenerdiode vom Typ 1N753 kann beispielsweise problemlos durch eine Zenerdiode 2S156A ersetzt werden . Als Q1-Element kann jedes Quarzelement mit einer Frequenz von 900 kHz bis 1,1 MHz verwendet werden. Als Stromquelle B1 können Sie beispielsweise eine Krona-Batterie oder zwei in Reihe geschaltete 3336L-Batterien verwenden. Die Platine mit den darauf befindlichen Elementen und das Netzteil werden in eine geeignete Kunststoff- oder Holzkiste gelegt. Auf dem Gehäusedeckel sind ein variabler Widerstand R8, ein Stecker X1 zum Anschluss der Suchspule L1, ein Schalter S1 und eine Anzeige PA1 angebracht. Die L1-Suchspule sollte am Ende eines geeigneten Griffs mit einer Länge von 100–120 cm installiert werden. Die Spule wird über ein mehradriges abgeschirmtes Kabel mit der Geräteplatine verbunden. Einrichtung Die Hauptvoraussetzung für die Gewährleistung einer qualitativ hochwertigen Einrichtung dieses Geräts ist das Fehlen großer Metallgegenstände in einem Abstand von mindestens 1,5 m von der L1-Suchspule. Die eigentliche Installation des Metalldetektors sollte mit der Einstellung der gewünschten Frequenz der vom HF-Generator erzeugten Schwingungen beginnen. Die HF-Schwingungsfrequenz muss gleich der Frequenz des Quarzelements Q1 sein. Um diese Einstellung vorzunehmen, empfiehlt sich die Verwendung eines digitalen Frequenzzählers. In diesem Fall wird der Frequenzwert zunächst grob durch Ändern der Kapazität des Kondensators C2 und dann durch Anpassen des Kondensators C1 genau eingestellt. Wenn kein Frequenzmesser vorhanden ist, kann der HF-Generator anhand der Messwerte des PA1-Indikators eingestellt werden. Da Quarz Q1 das Verbindungselement zwischen Such- und Anzeigeteil des Geräts ist, ist sein Widerstand im Resonanzmoment sehr hoch. Somit wird die genaue Abstimmung der HF-Generatorschwingungen auf die Quarzfrequenz durch den Minimalwert der Messuhr PA1 angezeigt. Die Empfindlichkeit dieses Geräts wird durch den Widerstand R8 geregelt. Ablauf der Arbeit Im praktischen Einsatz dieses Metalldetektors sollten Sie den variablen Widerstand R8 verwenden, um den Anzeigepfeil PA1 auf den Nullwert der Skala einzustellen. Gleichzeitig werden Änderungen der Betriebsmodi, die durch Batterieentladung, Änderungen der Umgebungstemperatur oder Abweichungen der magnetischen Eigenschaften des Bodens verursacht werden, bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen. Befindet sich während des Betriebs ein Metallgegenstand im Bereich der Suchspule L1, weicht der Anzeigepfeil PA1 ab. Autor: Adamenko M. V.
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