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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Metalldetektor mit erhöhter Empfindlichkeit gegenüber Mikroschaltungen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Metalldetektoren Eines der Merkmale aller Metalldetektoren des BFO-Typs besteht darin, dass die Referenz- und Beispielgeneratoren dieser Geräte strukturell auf den Elementen einer Mikroschaltung aufgebaut sind. Es sollte anerkannt werden, dass solche Konstruktionen neben bestimmten Vorteilen (z. B. Einfachheit der Schaltung, Temperaturstabilisierung) auch eine Reihe von Nachteilen aufweisen. Der Hauptgrund ist das Auftreten parasitärer Verbindungen zwischen einzelnen Elementen innerhalb des Mikroschaltungskristalls, die kaum zu beseitigen sind. Deshalb ist es bei solchen Metalldetektoren notwendig, eine Schlagfrequenz von mehr als 100-300 Hz zu wählen, was zwangsläufig zu einer Verringerung der Empfindlichkeit führt. Ein Versuch, Metallobjektdetektoren, die auf der Analyse des Schwebungssignals basieren, zumindest von den aufgezeigten Mängeln zu befreien, wurde unternommen, als ein Gerät entwickelt wurde, das auf einem Schema basiert, das Mitte der 90er Jahre des letzten Jahrhunderts in in- und ausländischen Publikationen veröffentlicht wurde. Schematische Darstellung Das vorgeschlagene Design ist eine der vielen Optionen für BFO-Metalldetektoren (Beat Frequency Oscillator), das heißt, es handelt sich um ein Gerät, das auf dem Prinzip der Analyse der Schwebungen zweier Signale mit ähnlicher Frequenz basiert. Gleichzeitig erfolgt bei dieser Konstruktion die Beurteilung der Änderung der Schlagfrequenz nach Gehör. Die Schaltung dieses Geräts (Abb. 3.6) basiert auf den Mess- und Referenzoszillatoren, dem Mischer, dem Tiefpassfilter, dem Analysator und der akustischen Anzeigeschaltung.
Bei den Mess- und Referenzoszillatoren handelt es sich um zwei einfache LC-Oszillatoren, die auf den Mikroschaltungselementen IC1 und IC2 basieren. In diesem Fall wird der Referenzoszillator auf dem IC1.1-Element und der Mess- oder abstimmbare Generator auf dem IC2.1-Element montiert. Die Schwingungsfrequenz des Referenzoszillators wird durch die Parameter der Elemente seiner Schaltung bestimmt, also durch die Induktivität der Spule L1 und die Kapazitäten der Kondensatoren C1, C2. Die Werte dieser Parameter werden so gewählt, dass die Betriebsfrequenz des Referenzoszillators etwa 100 kHz beträgt. Der Schwingkreis des Messgenerators wird durch die Suchspule L2 und die Kondensatoren C3-C5 gebildet. Die Betriebsfrequenz dieses Generators liegt nahe an der Frequenz des Referenzgenerators und kann durch Einstellen des variablen Kondensators C3 leicht geändert werden. Die Elemente IC1.2 und IC2.2 erfüllen die Funktion von Kaskaden, die für die Isolierung zwischen Generatoren durch Wechselspannung sorgen. Von den Ausgängen beider Generatoren werden die HF-Signale dem auf dem IC3.1-Element hergestellten Mischer zugeführt, an dessen Ausgang Schwingungen mit den Gesamt- und Differenzfrequenzen der Generatoren und deren Harmonischen entstehen, die dem zugeführt werden Tiefpassfilterschaltung. Im Gegensatz zu vielen anderen Metalldetektoren des BFO-Typs wird im vorgeschlagenen Gerät ein Tiefpassfilter zur Isolierung der Signale der Differenzfrequenz (Schallfrequenz) verwendet, der auf den Elementen R3 und C6 zusammengesetzt ist. Anschließend wird das niederfrequente Signal dem Analysator zugeführt. Bekanntlich hängt die Empfindlichkeit von Metallobjektdetektoren, die die Frequenz des Schwebungssignals schätzen, in hohem Maße vom Signal der niedrigsten Frequenz ab, die von diesem Gerät registriert werden kann. Die beste Empfindlichkeit haben die Metalldetektoren, die die Analyse von Schlägen mit einer Frequenz von mehreren Hertz ermöglichen. Aufgrund des begrenzten Betriebsfrequenzbereichs von Telefonkapseln ist es jedoch unmöglich, ein solches Signal direkt über Kopfhörer zu hören. Nicht selten greifen Entwickler für dieses Problem auf die einfachste Lösung zurück: Sie erhöhen einfach die Frequenz des Schwebungssignals mithilfe verschiedener Multiplikatoren. Eine der Möglichkeiten der Frequenzverdopplungsschaltung (genauer gesagt die Umwandlung eines Sinussignals in eine Folge von Impulsen mit doppelter Frequenz) wurde bereits im vorherigen Kapitel bei der Beschreibung eines Transistor-Metalldetektors mit erhöhter Empfindlichkeit berücksichtigt. Im Analysator des betrachteten Metalldetektors wird zur Erhöhung der Frequenz des Schwebungssignals eine Schaltung verwendet, die ein sinusförmiges (fast dreieckiges) Signal in kurze Impulse mit doppelter Wiederholungsrate umwandelt. Hierzu wird ein Spannungskomparator verwendet, der auf den Elementen IC3.2-IC3.4 basiert. Für eine Periode der Schwebungsfrequenz wechselt der Komparator zweimal von einem logischen Zustand in einen anderen, danach werden die von ihm erzeugten Rechteckimpulse von der Schaltung C7R8 differenziert und dann über den Kondensator C7 dem Lautstärkeregler R8 zugeführt. Dadurch erhält der am X1-Anschluss angeschlossene Kopfhörer BF2 kurze Spannungsimpulse mit doppelter Frequenz. Das Gerät wird von einer Quelle B1 mit einer Spannung von 9 V gespeist. Gleichzeitig werden die Mikroschaltungen IC1 und IC2 des Metalldetektors über die Entkopplungsfilter R6C8 und R7C9 von einer Gleichstromquelle gespeist. Details und Design Alle Teile des betreffenden Metalldetektors (mit Ausnahme der Suchspule L2, des Widerstands R8, des Kondensators C3, der Anschlüsse X1 und X2 sowie des Schalters S1) befinden sich auf einer 80 x 60 mm großen Leiterplatte aus doppeltem Material -seitig foliertes Getinax oder Textolith (Abb. 3.7). In diesem Fall werden die Elemente von der Seite der Leiter montiert und die Folie auf der anderen Seite übernimmt die Rolle einer Abschirmung.
Für die in diesem Gerät verwendeten Teile gelten keine besonderen Anforderungen. Es empfiehlt sich die Verwendung beliebig kleiner Kondensatoren und Widerstände, die sich problemlos auf einer Leiterplatte platzieren lassen. Der Kondensator C3 sollte eine maximale Kapazität von 180–240 pF haben. Sie können jeden Abstimmkondensator eines kleinen Funkempfängers (z. B. Typ KP-180) verwenden. Um die thermische Stabilität zu verbessern, ist es wünschenswert, dass die Kondensatoren C1, C2, C4 und C5 einen TKE haben, der nicht schlechter als M1500 ist. Festwiderstände können beispielsweise vom Typ MLT-0,125 sein. Mikroschaltungen vom Typ K561LE5 können durch Mikroschaltungen K176LE5, K176LA7 oder K561LA7 ersetzt werden. Spule L1 enthält 30 Windungen PEV-2-Draht mit einem Durchmesser von 0,08 mm. Zum Aufwickeln empfiehlt es sich, einen Rahmen aus der Spule der ZF-Schaltung eines Transistor-Funkempfängers (z. B. „Alpinist-407“ oder ähnlich) zu verwenden. Die Suchspule L2 enthält 100 Windungen PEV-2-Draht mit einem Durchmesser von 0,6 mm und ist in Form eines Torus mit einem Innendurchmesser von 240–250 mm gefertigt. Diese Spule lässt sich einfacher auf einem starren Rahmen herstellen, aber Sie können darauf verzichten. In diesem Fall kann jeder geeignete runde Gegenstand, beispielsweise ein Glas, als temporärer Rahmen verwendet werden. Die Windungen der Spule werden in großen Mengen gewickelt, anschließend vom Rahmen entfernt und mit einer elektrostatischen Abschirmung abgeschirmt, zu deren Herstellung ein Aluminiumfolienband über das Windungsbündel gewickelt wird. Der Abstand zwischen Anfang und Ende der Bandwicklung (der Abstand zwischen den Enden des Bildschirms) sollte etwa 10 mm betragen. Bei der Herstellung der Spule L2 ist insbesondere darauf zu achten, dass sich die Enden des Abschirmbandes nicht verschließen, da in diesem Fall eine kurzgeschlossene Spule entsteht. Um die mechanische Festigkeit zu erhöhen, kann die Spule vor der Abschirmung mit Epoxidkleber imprägniert werden. Löten Sie die Leiter eines zweiadrigen, etwa einen Meter langen, abgeschirmten Kabels an die Spulenanschlüsse, an dessen anderem Ende ein SSH-3-Stecker oder ein anderer geeigneter kleiner Stecker installiert ist. Der Kabelmantel muss mit dem Spulenschirm verbunden werden. In der Arbeitsposition ist der Spulenstecker mit dem Gegenstecker am Gerätekörper verbunden. Der Metalldetektor mit erhöhter Empfindlichkeit wird von einer Quelle B1 mit einer Spannung von 9 V gespeist. Als solche Quelle können Sie beispielsweise eine Krona-Batterie oder zwei in Reihe geschaltete 3336L-Batterien verwenden. Die Leiterplatte mit den darauf befindlichen Elementen und das Netzteil werden in einem geeigneten Metallgehäuse untergebracht. Auf dem Gehäusedeckel sind Kondensator C3, variabler Widerstand R8, Stecker X1 zum Anschluss der Suchspule L2, Schalter S1 und Stecker X2 zum Anschluss des Kopfhörers BF1 verbaut. Einrichtung Der betreffende Metalldetektor sollte unter Bedingungen abgestimmt werden, bei denen Metallgegenstände in einer Entfernung von mindestens 2 m von der Suchspule L1,5 entfernt werden. Die direkte Einrichtung des Geräts muss mit der Auswahl der gewünschten Schlagfrequenz beginnen. Hierzu empfiehlt sich die Verwendung eines Oszilloskops oder eines digitalen Frequenzmessers. Beim Arbeiten mit einem Oszilloskop muss dessen Tastkopf an den Eingang des Tiefpassfilters (Pin IC3/3) angeschlossen werden. Die Wellenform an diesem Punkt ähnelt der Wellenform eines modulierten HF-Signals. Darüber hinaus muss durch Anpassen der Spule L1 und gegebenenfalls durch Auswahl der Kapazitäten der Kondensatoren C1 und C2 sichergestellt werden, dass die Modulationsfrequenz (Schwebungsfrequenz) etwa 5–10 Hz beträgt. Wenn Sie einen digitalen Frequenzmesser zum Einrichten eines Metalldetektors verwenden, sollte der Frequenzmesser zuerst an Pin 1 von IC3 und dann an Pin 2 desselben Chips angeschlossen werden. Durch Ändern der Parameter der zuvor genannten Elemente (Induktivität der Spule L1, Kapazitäten der Kondensatoren C1 und C2) muss sichergestellt werden, dass der Unterschied in den Frequenzen der Signale an den angegebenen Punkten ebenfalls etwa 5 beträgt. 10 Hz. Sie können die gewünschte Schwebungsfrequenz ohne Oszilloskop und Frequenzmesser auswählen. In diesem Fall reicht es in der Regel aus, die Arbeitsfrequenz des Referenzoszillators anzupassen. Dazu müssen hochohmige Telefone (z. B. TON-3.1) an den Ausgang des IC3-Elements (Pin IC3/2) angeschlossen werden und dann durch Anpassen des Abstimmkerns der L1-Spule ein Audiosignal erzeugt werden Das Signal sollte im Kopfhörer erscheinen. In diesem Fall muss der Rotor des Kondensators C3 in die Mittelstellung gebracht werden. Anschließend muss durch Drehen des Abstimmkerns der L1-Spule der Modus eingestellt werden, in dem in den Telefonen Klickgeräusche mit einer Frequenz von mehreren Hertz zu hören sind. Nach dem Abstimmen des Generators empfiehlt es sich, den Abstimmkern der L1-Spule mit einem Tropfen Kleber zu fixieren. Als nächstes müssen Sie den Spannungskomparator einrichten. Dazu müssen Sie den in Abb. gezeigten Wert des Widerstands R9 wählen. 3.6 gestrichelte Linien. Sein Widerstand kann im Bereich von 300 kΩ bis 1 MΩ liegen. Es ist zu beachten, dass der Widerstand R9 zwischen den Pins 5, 6 von IC3.2 und der gemeinsamen Leitung angeschlossen werden sollte, wenn am Ausgang des Komparators (Pins IC3/10,11) eine hohe Spannung anliegt. Ablauf der Arbeit Im praktischen Einsatz dieses Geräts muss die erforderliche Frequenz des Schwebungssignals durch den variablen Kondensator C3 aufrechterhalten werden, der sich unter dem Einfluss verschiedener Faktoren ändern kann (z. B. wenn sich die magnetischen Eigenschaften des Bodens ändern, die Umgebungstemperatur usw.). der Akku ist entladen). Wenn während des Betriebs ein Metallgegenstand im Erfassungsbereich der Suchspule L2 erscheint, ändert sich die Klickfrequenz im Kopfhörer. Bei der Annäherung an einige Metalle nimmt der Wert zu, bei der Annäherung an andere nimmt er ab. Indem Sie die Klickfrequenz ändern und etwas Erfahrung haben, können Sie leicht feststellen, aus welchem Metall, ob magnetisch oder nicht magnetisch, das erkannte Objekt besteht. Die Lautstärke der Klicks wird durch einen variablen Widerstand R8 geregelt. Autor: Adamenko M. V.
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