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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Metalldetektor nach dem Sende-Empfangs-Prinzip. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Metalldetektoren Der vorgeschlagene Metalldetektor ist für die „Fernsuche“ nach relativ großen Objekten konzipiert. Der Zusammenbau erfolgt nach dem einfachsten Schema ohne Unterscheidung nach Metallarten. Das Gerät ist einfach herzustellen. Die Detektionstiefe beträgt:
Strukturschema Das Blockdiagramm ist in Abb. dargestellt. 4. Es besteht aus mehreren Funktionsblöcken.
Der Generator ist eine Quelle von Rechteckimpulsen, aus denen anschließend ein Signal gebildet wird, das an der strahlenden Spule ankommt. Das gleiche Signal wird zur Erzeugung eines Tonanzeigesignals verwendet. Das Oszillatorsignal wird mithilfe eines Ringzählers auf Flip-Flops durch die Frequenz durch 4 geteilt. Nach dem Ringschema ist der Zähler so ausgelegt, dass an seinen Ausgängen zwei um 90° phasenverschobene Signale erzeugt werden können. Vom ersten Ausgang des Ringzählers wird ein Rechtecksignal (Mäander) dem Eingang des Leistungsverstärkers zugeführt, dessen Last ein Schwingkreis mit einer strahlenden Spule ist. Der Leistungsverstärker ist seiner Art nach ein Spannungs-Strom-Wandler, der eine Überlastung der Ausgangsstufe verhindert, wenn die Polarität des Eingangsrechtecksignals des Leistungsverstärkers umgekehrt wird. Der Empfangsspannungsverstärker verstärkt das von der Empfangsspule kommende Signal. Neben dem Nutzsignal dringt aufgrund der nicht idealen Auslegung des Metalldetektor-Spulensystems, der Erdleitfähigkeit und aus anderen Gründen auch ein Störsignal in die Empfangsspule ein. Um dies zu beseitigen, wurde ein Entschädigungssystem entwickelt. Der Sinn seiner Funktionsweise besteht darin, dass ein Teil des Signals des Ausgangsschwingkreises so in das Signal des Empfangsverstärkers gemischt wird, dass das Ausgangssignal des Synchrondetektors bei Abwesenheit minimiert (idealerweise auf Null gebracht) wird von Metallgegenständen in der Nähe des Sensors. Die Einstellung der Kompensationsschaltung erfolgt über das Einstellpotentiometer. Der Synchrondetektor wandelt das vom Ausgang des Empfangsverstärkers kommende Nutzwechselsignal in ein Konstantsignal um. Ein wichtiges Merkmal eines Synchrondetektors ist die Möglichkeit, das Nutzsignal vor dem Hintergrund von Rauschen und Störungen zu trennen, die die Amplitude des Nutzsignals deutlich überschreiten. Das Referenzsignal des Synchrondetektors wird vom zweiten Ausgang des Ringzählers abgegriffen, dessen Signal gegenüber dem ersten Ausgang eine Phasenverschiebung von 90° aufweist. Der Dynamikbereich der Nutzsignaländerungen sowohl am Ausgang der Empfangsspule als auch am Ausgang des Synchrondetektors ist sehr groß. Damit das Anzeigegerät – ein Zeigergerät oder ein Tonanzeiger – sowohl sehr schwache Signale als auch sehr (z. B. 100-mal) stärkere Signale gleichermaßen gut registrieren kann, ist ein Gerät erforderlich, das den Dynamikbereich als Teil des Geräts komprimiert Gerät. Ein solches Gerät ist ein nichtlinearer Verstärker, dessen Amplitudenkennlinie sich der logarithmischen annähert. An den Ausgang des nichtlinearen Verstärkers ist ein Zeigermessgerät angeschlossen. Die Bildung eines Anzeigetonsignals beginnt mit einem Mindestbegrenzer, d.h. Block mit einer Totzone für kleine Signale. Das bedeutet, dass die Tonanzeige nur bei Signalen eingeschaltet wird, deren Amplitude einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Somit verursachen schwache Signale, die hauptsächlich mit der Bewegung des Geräts und seinen mechanischen Verformungen verbunden sind, keine Reizung des Ohrs. Der Referenzsignalformer für die Tonanzeige erzeugt Bursts von Rechteckimpulsen mit einer Frequenz von 2 kHz und einer Burst-Wiederholungsrate von 8 Hz. Mit Hilfe eines symmetrischen Modulators wird dieses Referenzsignal mit dem Ausgangssignal des Begrenzers auf ein Minimum multipliziert und so ein Signal mit der gewünschten Form und Amplitude erzeugt. Der Piezo-Emitter-Verstärker erhöht die Amplitude des Signals, das dem akustischen Wandler – dem Piezo-Emitter – zugeführt wird. Schematische Darstellung Ein schematisches Diagramm eines vom Autor entwickelten Metalldetektors nach dem Prinzip „Sende-Empfang“ ist in Abb. 5 dargestellt. 6 - Eingabeblock und in Abb. XNUMX - Anzeigeblock. Die Einteilung in Blöcke ist bedingt und spiegelt nicht die Gestaltungsmerkmale wider.
Generator Der Generator ist auf den logischen Elementen 2I-NOT D1.1-D1.4 aufgebaut. Die Frequenz des Generators wird durch einen Quarz- oder Piezokeramikresonator Q mit einer Resonanzfrequenz von 215 Hz „32 kHz („Uhrquarz“) stabilisiert. Die R1C1-Schaltung verhindert, dass der Generator bei höheren Harmonischen angeregt wird. Die OOS-Schaltung ist durchgeschlossen der Widerstand R2, und der POS-Kreis wird durch den Q-Resonator geschlossen. Der Generator ist einfach, hat einen geringen Stromverbrauch aus der Stromquelle, arbeitet zuverlässig bei einer Versorgungsspannung von 3 ... 15 V, enthält keine Trimmer und übermäßig hoch- Widerstandswiderstände. Die Ausgangsfrequenz des Generators beträgt etwa 32 kHz. Ringzähler Der Ringzähler hat zwei Funktionen. Zunächst wird die Oszillatorfrequenz durch 4 geteilt, bis eine Frequenz von 8 kHz erreicht ist. Zweitens erzeugt es zwei um 90° phasenverschobene Signale zueinander. Ein Signal dient zur Anregung eines Schwingkreises mit einer Strahlerspule, das andere dient als Referenzsignal eines Synchrondetektors. Der Ringzähler besteht aus zwei D-Flip-Flops D2.1 und D2.2, die zu einem Ring mit Signalumkehr um den Ring geschlossen sind. Das Taktsignal ist beiden Flip-Flops gemeinsam. Jedes Ausgangssignal des ersten Triggers D2.1 hat eine Phasenverschiebung von plus oder minus einer Viertelperiode (dh 90°) relativ zu jedem Ausgangssignal des zweiten Triggers D2.2. Verstärker Der Leistungsverstärker ist auf einem Operationsverstärker (Op-Amp) D3.1 aufgebaut. Ein Schwingkreis mit einer Strahlungsspule wird durch die Elemente L1C2 gebildet. Die Parameter des Induktors sind in der Tabelle angegeben. 2. Marke des Wickeldrahtes – PELSHO 0,44. Tabelle 2. Parameter der Sensorspulen
Der Ausgangsschwingkreis ist aufgrund der Anzapfung der Strahlungsspule L25 ab der 50. Windung nur zu 1 % in den OS-Kreis des Verstärkers eingebunden. Dadurch können Sie die Amplitude des Stroms in der Spule mit einem akzeptablen Wert der Kapazität des Präzisionskondensators C2 erhöhen. Der Wert des Wechselstroms in der Spule wird durch den Widerstand R3 eingestellt. Dieser Widerstand sollte einen Mindestwert haben, aber so, dass der Operationsverstärker des Leistungsverstärkers nicht in den Modus der Begrenzung des Ausgangssignals durch den Strom (nicht mehr als 40 mA) fällt, oder was am wahrscheinlichsten bei den empfohlenen Parametern der Induktivität der Fall ist L1, nach Spannung (nicht mehr als ±3,5 V bei Batteriespannung ±4,5 V). Um sicherzustellen, dass kein Limit-Modus vorliegt, genügt es, die Wellenform am Ausgang des Operationsverstärkers D3.1 mit einem Oszilloskop zu überprüfen. Im Normalbetrieb des Verstärkers sollte am Ausgang ein Signal vorliegen, das einer Sinusform ähnelt. Die Spitzen der Sinuswellen müssen eine glatte Form haben und dürfen nicht abgeschnitten sein. Die Korrekturschaltung des Operationsverstärkers D3.1 besteht aus einem Korrekturkondensator C3 mit einer Kapazität von 33 pF. Empfangsverstärker Der Empfangsverstärker ist zweistufig. Die erste Stufe erfolgt auf dem Operationsverstärker D5.1. Aufgrund der Reihenspannungsrückkopplung weist er eine hohe Eingangsimpedanz auf. Dadurch entfällt der Verlust des Nutzsignals durch Nebenschließen des L2C5-Schwingkreises mit der Eingangsimpedanz des Verstärkers. Die Spannungsverstärkung der ersten Stufe beträgt: Ku = (R9 / R8) + 1 = 34. Die Korrekturschaltung des Operationsverstärkers D5.1 besteht aus einem Korrekturkondensator C6 mit einer Kapazität von 33 pF. Die zweite Stufe des Empfangsverstärkers besteht aus dem D5.2-Operationsverstärker mit paralleler Spannungsrückkopplung. Die Eingangsimpedanz der zweiten Stufe: Rin = R10 = 10 kOhm – nicht so kritisch wie die erste, aufgrund des geringen Widerstands ihrer Signalquelle. Der Isolationskondensator C7 verhindert nicht nur die Anhäufung eines statischen Fehlers in den Stufen des Verstärkers, sondern korrigiert auch dessen Phasengang. Die Kapazität des Kondensators ist so gewählt, dass der von der C7R10-Schaltung bei einer Betriebsfrequenz von 8 kHz erzeugte Phasenvorlauf die Phasenverzögerung ausgleicht, die durch die endliche Geschwindigkeit der Operationsverstärker D5.1 und D5.2 verursacht wird. Die zweite Stufe des Empfangsverstärkers ermöglicht dank ihrer Schaltung eine einfache Summierung (Mischung) des Signals der Kompensationsschaltung über den Widerstand R11. Die Verstärkung der zweiten Stufe beträgt bezogen auf die Spannung des Nutzsignals: Ku = - R12 / R10 = -33, und bezogen auf die Spannung des Kompensationssignals: Kuk = - R12 / R11 = - 4. Die Korrektur Die Schaltung des OA D5.2 besteht aus einem Korrekturkondensator C8 mit einer Kapazität von 33 pF. Stabilisierungsschema Die Kompensationsschaltung erfolgt auf dem OA D3.2 und ist ein Wechselrichter mit Ku = - R7 / R5 = -1. Das Einstellpotentiometer R6 wird zwischen Ein- und Ausgang dieses Wechselrichters geschaltet und ermöglicht die Entfernung des Signals im Bereich [-1, +1] aus der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers D3.1. Das Ausgangssignal der Kompensationsschaltung vom Motor des Einstellpotentiometers R6 wird dem Kompensationseingang der zweiten Stufe des Empfangsverstärkers (dem Widerstand R11) zugeführt. Durch Verstellung des Potentiometers R6 wird am Ausgang des Synchrondetektors ein Nullwert erreicht, der in etwa der Kompensation eines unerwünschten Signals entspricht, das in die Empfangsspule gelangt ist. Die Korrekturschaltung des OU D3.2 besteht aus einem Korrekturkondensator C4 mit einer Kapazität von 33 pF. Synchroner Detektor Der Synchrondetektor besteht aus einem symmetrischen Modulator, einer Integrierschaltung und einem Konstantsignalverstärker (CCA). Der symmetrische Modulator wird auf Basis eines Multifunktionsschalters D4 implementiert, der nach integrierter Technologie mit komplementären Feldeffekttransistoren sowohl als diskrete Steuerventile als auch als analoge Schalter hergestellt wird. Der Schalter funktioniert als Analogschalter. Mit einer Frequenz von 8 kHz schließt es abwechselnd die Ausgänge des „Dreiecks“ der Integrierschaltung, bestehend aus den Widerständen R13 und R14 und dem Kondensator C10, an einen gemeinsamen Bus. Das Referenzfrequenzsignal wird dem symmetrischen Modulator von einem der Ringzählerausgänge zugeführt. Das Signal zum Eingang des „Dreiecks“ der Integrierschaltung wird über den Entkopplungskondensator C9 vom Ausgang des Empfangsverstärkers zugeführt. Zeitkonstante des Integrierkreises t = R13*C10 = R14*C10. Einerseits sollte es möglichst groß sein, um den Einfluss von Lärm und Störungen möglichst zu dämpfen. Andererseits sollte eine bestimmte Grenze nicht überschritten werden, wenn die Trägheit des Integrierkreises die Verfolgung schneller Änderungen der Amplitude des Nutzsignals verhindert. Die höchste Änderungsrate der Amplitude des Nutzsignals lässt sich durch eine bestimmte Mindestzeit charakterisieren, in der diese Änderung auftreten kann (von einem stabilen Wert bis zur maximalen Abweichung), wenn sich der Metalldetektorsensor relativ zu einem Metallgegenstand bewegt. Offensichtlich wird die maximale Änderungsgeschwindigkeit der Amplitude des Nutzsignals bei maximaler Geschwindigkeit des Sensors beobachtet. Sie kann bei der „Pendelbewegung“ des Sensors am Stab bis zu 5 m/s betragen. Die Änderungszeit der Nutzsignalamplitude lässt sich als Verhältnis der Sensorbasis zur Bewegungsgeschwindigkeit abschätzen. Indem wir den Mindestwert der Sensorbasis auf 0,2 m einstellen, erhalten wir die Mindestzeit für die Änderung der Nutzsignalamplitude von 40 ms. Dies ist um ein Vielfaches größer als die Zeitkonstante der Integrierschaltung für die gewählten Werte der Widerstände R13, R14 und des Kondensators C10. Folglich wird die Dynamik selbst der schnellsten aller möglichen Änderungen der Amplitude des Nutzsignals des Metalldetektorsensors durch die Trägheit des Integrierkreises nicht verzerrt. Das Ausgangssignal der Integrierschaltung wird dem Kondensator SU entnommen. Da bei letzterem beide Platten unter „schwebendem Potenzial“ liegen, handelt es sich bei der USV um einen Differenzverstärker, der auf dem D6-Operationsverstärker basiert. Zusätzlich zur Verstärkung des konstanten Signals übernimmt der OPA die Funktion eines Tiefpassfilters (LPF), der zusätzlich unerwünschte Hochfrequenzkomponenten am Ausgang des Synchrondetektors dämpft, die hauptsächlich mit der Unvollkommenheit des symmetrischen Modulators verbunden sind. Der Tiefpassfilter wird dank der Kondensatoren C11, C13 realisiert. Im Gegensatz zu den anderen Komponenten des Metalldetektors sollte der Operationsverstärker der USV in seinen Parametern an Präzisions-Operationsverstärker heranreichen. Dies betrifft zunächst den Wert des Eingangsstroms, den Wert der Vorspannung und den Wert der Temperaturdrift der Vorspannung. Eine gute Option, die gute Parameter und relative Zugänglichkeit kombiniert, ist eine Organisationseinheit vom Typ K140UD14 (oder KR140UD1408). Die Korrekturschaltung des Operationsverstärkers D6 besteht aus einem Korrekturkondensator C12 mit einer Kapazität von 33 pF. Nichtlinearer Verstärker Der nichtlineare Verstärker basiert auf dem Operationsverstärker D7.1 mit einer nichtlinearen Spannungsrückkopplung. Nichtlineares OOS wird durch ein Gerät mit zwei Anschlüssen implementiert, das aus den Dioden VD1–VD8 und den Widerständen R20–R24 besteht. Der Amplitudenverlauf eines nichtlinearen Verstärkers nähert sich dem logarithmischen an. Es handelt sich um eine stückweise lineare Näherung der logarithmischen Abhängigkeit mit vier Bruchpunkten für jede Polarität. Aufgrund der glatten Form der Strom-Spannungs-Kennlinien der Dioden wird die Amplitudenkennlinie des nichtlinearen Verstärkers an den Knickpunkten geglättet. Die Niedersignalspannungsverstärkung des nichtlinearen Verstärkers beträgt: Kuk = - (R23+R24)/R19 = -100. Mit zunehmender Amplitude des Eingangssignals nimmt die Verstärkung ab. Die Differenzverstärkung für ein großes Signal beträgt: dUout/dUin = - R24/R19 = = -1. An den Ausgang des nichtlinearen Verstärkers ist ein Zeigermessgerät angeschlossen – ein Mikroamperemeter mit einem zusätzlichen Widerstand R25 in Reihe geschaltet. Da die Spannung am Ausgang eines Synchrondetektors jede Polarität haben kann (abhängig von der Phasenverschiebung zwischen Referenz- und Eingangssignal), wird ein Mikroamperemeter mit Null in der Mitte der Skala verwendet. Somit verfügt das Zeigergerät über einen Anzeigebereich von -100 ... 0 ... +100 μA. Die Korrekturschaltung des Operationsverstärkers D7.1 besteht aus einem Korrekturkondensator C18 mit einer Kapazität von 33 pF. Minimalbegrenzer Der Minimalbegrenzer ist auf dem Operationsverstärker D7.2 mit einer nichtlinearen parallelen Spannungsrückkopplung implementiert. Die Nichtlinearität ist im Eingangs-Zweipolnetzwerk eingeschlossen und besteht aus zwei antiparallel geschalteten Dioden VD9, VD10 und dem Widerstand R26 .
Die Bildung eines Anzeigetonsignals aus dem Ausgangssignal eines nichtlinearen Verstärkers beginnt mit einer weiteren Anpassung der Amplitudencharakteristik des Verstärkungspfads. In diesem Fall entsteht im Bereich kleiner Signale eine Totzone. Das bedeutet, dass die Tonanzeige nur bei Signalen eingeschaltet wird, die einen bestimmten Schwellenwert überschreiten. Dieser Schwellenwert wird bestimmt Gleichspannungsdioden VD9, VD10 und beträgt etwa 0,5 V. Dadurch werden schwache Signale, die hauptsächlich mit der Bewegung des Geräts und seinen mechanischen Verformungen verbunden sind, abgeschnitten und reizen das Ohr nicht. Die Verstärkung des Kleinsignalbegrenzers liegt bei minimal Null. Die Differenzspannungsverstärkung für ein großes Signal beträgt: dUout / dUin = - R27 / R26 = -1. Die Korrekturschaltung des Operationsverstärkers D7.2 besteht aus einem Korrekturkondensator C19 mit einer Kapazität von 33 pF. Balance-Modulator Das Tonanzeigesignal wird wie folgt gebildet. Ein konstantes oder sich langsam änderndes Signal am Ausgang des Begrenzers wird mit dem Referenzsignal der akustischen Anzeige auf ein Minimum multipliziert. Das Referenzsignal legt die Form des Audiosignals fest und das Ausgangssignal des Minimalbegrenzers legt die Amplitude fest. Die Multiplikation zweier Signale erfolgt mit einem symmetrischen Modulator. Es ist auf einem D11-Multifunktionsschalter implementiert, der als Analogtaste fungiert, und einem D8.1-Operationsverstärker. Der Übertragungskoeffizient des Geräts beträgt +1 bei geöffnetem Schlüssel und -1 bei geschlossenem Schlüssel. Die Korrekturschaltung des Operationsverstärkers D8.1 besteht aus einem Korrekturkondensator C20 mit einer Kapazität von 33 pF. Referenzsignalkonditionierer Der Referenzsignalformer ist auf einem Binärzähler D9 und einem Zählerdecoder D10 implementiert. Der Zähler D9 teilt die 8-kHz-Frequenz vom Ringzählerausgang auf 2 kHz und 32 Hz. Dem niederwertigsten Bit der AO-Adresse des Multifunktionsschalters D2 wird ein Signal mit einer Frequenz von 11 kHz zugeführt und so das Tonsignal mit der für das menschliche Ohr empfindlichsten Frequenz eingestellt. Dieses Signal wirkt sich nur dann auf die analoge Taste des symmetrischen Modulators aus, wenn am höherwertigen Bit der Adresse A1 des Multifunktionsschalters D11 eine logische 1 anliegt. Bei einer logischen Null an A1 ist die analoge Taste des symmetrischen Modulators immer eingeschaltet offen. Das akustische Anzeigesignal wird intermittierend erzeugt, damit das Gehör weniger ermüdet. Hierzu wird ein Zählerdecoder D10 verwendet, der mit einer Taktfrequenz von 32 Hz vom Ausgang eines Binärzählers D9 gesteuert wird und an seinem Ausgang ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von 8 Hz und einem Verhältnis der Dauer von erzeugt eine logische Einheit und eine logische Null gleich 1/3. Das Ausgangssignal des Zählerdecoders D10 wird dem höherwertigen Bit der Adresse A1 des Multifunktionsschalters D11 zugeführt, wodurch die Bildung einer Tonnachricht im symmetrischen Modulator periodisch unterbrochen wird. Piezo-Summerverstärker Der piezoelektrische Verstärker ist auf dem Operationsverstärker D8.2 implementiert. Es handelt sich um einen Wechselrichter mit einer Spannungsverstärkung Ki = - 1. Die Verstärkerlast – ein piezoelektrischer Strahler – ist in einer Brückenschaltung zwischen den Ausgängen des Operationsverstärkers D8.1 und D8.2 geschaltet. Dadurch können Sie die Amplitude der Ausgangsspannung an der Last verdoppeln. Der Schalter S dient zum Ausschalten der Tonanzeige (z. B. beim Einrichten). Die Korrekturschaltung des OU D8.2 besteht aus einem Korrekturkondensator C21 mit einer Kapazität von 33 pF. Teiletypen und Design Die verwendeten Mikroschaltungstypen sind in der Tabelle aufgeführt. 3. Anstelle der Mikroschaltungen der Serie K561 können auch Mikroschaltungen der Serie K1561 verwendet werden. Sie können versuchen, einige Chips der K176-Serie und ausländische Analoga zu verwenden. Tabelle 3. Arten von verwendeten Mikroschaltungen
Doppelte Operationsverstärker (Operationsverstärker) der K157-Serie können durch beliebige einzelne Allzweck-Operationsverstärker mit ähnlichen Parametern ersetzt werden (mit entsprechenden Änderungen in der Pinbelegung und den Korrekturschaltungen), obwohl die Verwendung von doppelten Operationsverstärkern praktischer ist (die Einbaudichte nimmt zu). Der Operationsverstärker des Synchrondetektors D6 sollte, wie oben bereits erwähnt, in seinen Parametern an Präzisions-Operationsverstärker heranreichen. Zusätzlich zu dem in der Tabelle angegebenen Typ sind K140UD14, 140UD14 geeignet. Es ist möglich, OU K140UD12, 140UD12, KR140UD1208 im entsprechenden Schaltkreis zu verwenden. Für die im Metalldetektorkreis verwendeten Widerstände gelten keine besonderen Anforderungen. Sie müssen lediglich robust und einfach zu installieren sein. Die Verlustleistung beträgt 0,125 ... 0,25 W. Kompensationspotentiometer R6 ist vorzugsweise Multiturn-Typ SP5-44 oder mit Nonius-Einstellung Typ SP5-35. Sie kommen mit herkömmlichen Potentiometern aller Art aus. In diesem Fall ist es wünschenswert, zwei davon zu verwenden. Einer - zur Grobeinstellung, mit einem Nennwert von 10 kOhm, gemäß Diagramm enthalten. Der andere dient zur Feinabstimmung und wird entsprechend der Rheostatschaltung in die Lücke eines der äußersten Anschlüsse des ersten Potentiometers mit einem Nennwert von 0,5 ... 1 kOhm geschaltet. Kondensatoren C15, C17 - elektrolytisch. Empfohlene Typen – K50-29, K50-35, K53-1, K53-4 und andere kleine. Die übrigen Kondensatoren, mit Ausnahme der Kondensatoren der Schwingkreise der Empfangs- und Sendespulen, sind Keramiktyp K10-7 (bis 68 nF) und Metallfilmtyp K73-17 (Werte über 68 nF). Eine Besonderheit sind die Schaltungskondensatoren C2 und C5. An sie werden hohe Anforderungen an Genauigkeit und thermische Stabilität gestellt. Jeder Kondensator besteht aus mehreren (5 ... 10 Stk.) parallel geschalteten Kondensatoren. Die Abstimmung der Schaltkreise auf Resonanz erfolgt durch Auswahl der Anzahl der Kondensatoren und ihrer Nennleistung. Der empfohlene Kondensatortyp ist K10-43. Ihre thermische Stabilitätsgruppe ist MPO (d. h. ungefähr Null TKE). Es ist möglich, Präzisionskondensatoren und andere Typen wie K71-7 zu verwenden. Am Ende können Sie versuchen, altmodische thermostabile Glimmerkondensatoren mit Silberplatten wie KSO- oder Polystyrolkondensatoren zu verwenden. Dioden VD1-VD10 Typ KD521, KD522 oder ähnliches Low-Power-Silizium. Mikroamperemeter – jeder Typ, ausgelegt für einen Strom von 100 μA mit Null in der Mitte der Skala. Praktisch sind kleine Mikroamperemeter, zum Beispiel Typ M4247. Quarzresonator Q – jeder kleine Quarzresonator (ähnliche Quarzresonatoren werden in tragbaren elektronischen Spielen verwendet). Netzschalter – jede Art von kleiner Größe. Batterien - Typ 3R12 (gemäß der internationalen Bezeichnung) und „quadratisch“ (gemäß unserer). Piezo-Emitter Y1 – kann vom Typ ЗП1-ЗП18 sein. Gute Ergebnisse werden mit der Verwendung von Piezo-Emittern importierter Telefone erzielt (sie gehen bei der Herstellung von Telefonen mit Anruferkennung in großen Mengen „verschwendet“). Gerätedesign kann durchaus willkürlich sein. Bei der Entwicklung ist es wünschenswert, die unten aufgeführten Empfehlungen sowie die in den Abschnitten zu Sensoren und Gehäusedesign aufgeführten Empfehlungen zu berücksichtigen. Das Aussehen des Geräts ist in Abb. 7.
Der Sensor des vorgeschlagenen Metalldetektors bezieht sich seinem Typ nach auf Sensoren mit senkrechten Achsen. Die Sensorspulen sind aus Glasfaser mit Epoxidkleber verklebt. Die Wicklungen der Spulen sowie die Anschlüsse ihrer elektrischen Schirme werden mit dem gleichen Kleber gefüllt. Der Metalldetektorstab besteht aus einem Aluminiumlegierungsrohr (AMGZM, AMG6M oder D16T) mit einem Durchmesser von 48 mm und einer Wandstärke von 2...3 mm. Die Spulen werden mit Epoxidkleber auf den Stab geklebt: koaxial (strahlend) – mit Hilfe einer Übergangsverstärkungshülse; senkrecht zur Achse der Stange (Empfang) - unter Verwendung eines geeigneten Adapters. Auch diese Hilfsteile bestehen aus Fiberglas. Das Gehäuse der Elektronikeinheit besteht aus Folienfiberglas durch Löten. Die Verbindung der Sensorspulen mit der Elektronikeinheit erfolgt über einen abgeschirmten Draht mit Außenisolierung und wird im Inneren des Stabes verlegt. Die Abschirmungen dieses Kabels sind nur mit der gemeinsamen Aderschiene auf der Elektronikplatine des Geräts verbunden, wo auch die Abschirmung des Gehäuses in Form einer Folie und eines Stabes angeschlossen ist. Außen ist das Gerät mit Nitro-Email lackiert. Die Leiterplatte des elektronischen Teils des Metalldetektors kann mit jeder herkömmlichen Methode hergestellt werden; es ist auch praktisch, vorgefertigte Steckplatinen für das DIP-Paket der Mikroschaltungen (2,5 mm Rastermaß) zu verwenden. Einrichten des Geräts Es wird empfohlen, das Gerät in der folgenden Reihenfolge einzurichten. 1. Überprüfen Sie die korrekte Installation anhand des Schaltplans. Stellen Sie sicher, dass es keine Kurzschlüsse zwischen benachbarten Leiterplattenleitern, benachbarten Mikroschaltungsbeinen usw. gibt. 2. Schließen Sie Batterien oder ein bipolares Netzteil an und beachten Sie dabei unbedingt die Polarität. Schalten Sie das Gerät ein und messen Sie den verbrauchten Strom. Es sollte auf jeder Stromschiene etwa 20 mA betragen. Eine starke Abweichung der Messwerte vom angezeigten Wert weist auf eine fehlerhafte Installation oder Fehlfunktion der Mikroschaltungen hin. 3. Stellen Sie sicher, dass am Ausgang des Generators ein reiner Mäander mit einer Frequenz von etwa 32 kHz entsteht. 4. Stellen Sie sicher, dass an den Ausgängen der Trigger D2 ein Mäander mit einer Frequenz von etwa 8 kHz anliegt. 5. Stellen Sie durch Auswahl des Kondensators 02 den Ausgangskreis L1C2 auf Resonanz. Im einfachsten Fall - durch die maximale Amplitude der darüber liegenden Spannung (ca. 10 V) und genauer - durch die Nullphasenverschiebung der Schaltungsspannung relativ zum Mäander am Ausgang 12 des Triggers D2. 6. Stellen Sie sicher, dass der Empfangsverstärker funktioniert. Stellen Sie seinen Eingangsschwingkreis L2C5 auf Resonanz. Als Eingangssignal reicht ein von der Strahlungsspule ausgehendes Störsignal vollkommen aus. Die Abstimmung auf Resonanz erfolgt wie beim Ausgangskreis durch Löten oder Entfernen der erforderlichen Anzahl von Kondensatoren geeigneter Leistung. 7. Stellen Sie sicher, dass das Störsignal mit dem Potentiometer R6 kompensiert werden kann. Dazu wird zunächst der Ausgang des Operationsverstärkers D5.2 durch ein Oszilloskop gesteuert. Wenn die Achse des Potentiometers R6 gedreht wird, sollte sich die Amplitude des Signals mit einer Frequenz von 8 kHz am Ausgang des Operationsverstärkers D5.2 ändern und in einer der Mittelpositionen des R6-Schiebereglers wird diese Amplitude minimal sein. Als nächstes sollten Sie den Ausgang des Synchrondetektors überprüfen – den Ausgang des Operationsverstärkers D6. Wenn die Achse des Potentiometers R6 gedreht wird, muss sich der Pegel des konstanten Signals am Ausgang des Operationsverstärkers D6 vom Maximalwert von +3,5 V auf den Minimalwert von -3,5 V oder umgekehrt ändern. Dieser Übergang ist ziemlich scharf und um ihn zu „fangen“, ist es einfach praktisch, die oben erwähnte Feinabstimmung zu verwenden. Die Einstellung besteht darin, mit dem Potentiometer R6 die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers D6 auf Null einzustellen. Aufmerksamkeit! Die Einstellung mit Potentiometer R6 muss durchgeführt werden, wenn sich keine großen Metallgegenstände in der Nähe der Spulen des Metalldetektorsensors befinden, einschließlich Messgeräten! Andernfalls kommt es bei der Bewegung dieser Objekte oder der Bewegung des Sensors relativ zu ihnen zu einer Störung des Geräts und bei großen Metallobjekten in der Nähe des Sensors ist es nicht möglich, die Ausgangsspannung des Synchrondetektors auf Null zu setzen . Siehe auch den Abschnitt über mögliche Änderungen bei der Entschädigung. 8. Überprüfen Sie den Betrieb des nichtlinearen Verstärkers. Am einfachsten geht es optisch. Das Mikroamperemeter muss auf den Abstimmvorgang des Potentiometers R6 reagieren. Bei einer bestimmten Position des R6-Schiebers sollte die Nadel des Mikroamperemeters auf Null eingestellt sein. Je weiter der Pfeil des Mikroamperemeters von Null entfernt ist, desto schwächer sollte das Mikroamperemeter auf die Drehung des R6-Motors reagieren. Es kann sein, dass eine ungünstige elektromagnetische Umgebung die Einstellung des Geräts erschwert. In diesem Fall führt die Nadel des Mikroamperemeters chaotische oder periodische Schwingungen aus, wenn sich der Schieber des Potentiometers R6 der Position nähert, in der die Signalkompensation erfolgen soll. Das beschriebene unerwünschte Phänomen wird durch die Interferenz der höheren Harmonischen des 50-Hz-Netzes auf die Empfangsspule erklärt. In beträchtlicher Entfernung von den Drähten mit Strom sollten die Pfeile beim Stimmen nicht schwanken. 9. Stellen Sie sicher, dass die Knoten, die das Tonsignal erzeugen, funktionieren. Achten Sie auf das Vorhandensein einer kleinen Totzone im Tonsignal nahe Null auf der Skala des Mikroamperemeters. Bei Störungen und Abweichungen im Verhalten einzelner Komponenten des Metalldetektorkreises sollten Sie nach der allgemein anerkannten Methode vorgehen:
Mögliche Änderungen Der Aufbau des Gerätes ist recht einfach und daher können wir nur über weitere Verbesserungen sprechen. Diese beinhalten: 1. Hinzufügen eines zusätzlichen Kompensationspotentiometers R6 *, parallel zu R6 an den äußersten Anschlüssen angeschlossen. Der Motor dieses Potentiometers ist über einen Kondensator mit einer Kapazität von 510 pF (muss experimentell geklärt werden) mit dem invertierenden Eingang 5 des Operationsverstärkers D5.2 verbunden. In dieser Konfiguration gibt es zwei Freiheitsgrade bei der Kompensation eines parasitären Signals (durch Sinus und Cosinus), was bei der Abstimmung des Geräts beim Betrieb mit erheblichen Temperaturunterschieden im Sensor, bei hoher Bodenmineralisierung usw. hilfreich sein kann. 2. Hinzufügung eines zusätzlichen visuellen Anzeigekanals mit einem Synchrondetektor, einem nichtlinearen Verstärker und einem Mikroamperemeter. Das Referenzsignal des Synchrondetektors des Zusatzkanals wird mit einer Verschiebung um ein Viertel der Periode relativ zum Referenzsignal des Hauptkanals (von einem beliebigen Ausgang eines anderen Ringzählertriggers) entnommen. Mit etwas Sucherfahrung kann man lernen, die Art des gefundenen Objekts zu beurteilen, d. h. anhand der Messwerte zweier Zeigerinstrumente. funktionieren nicht schlechter als ein elektronischer Diskriminator. 3. Hinzufügung von Schutzdioden, die mit umgekehrter Polarität parallel zu den Netzteilen geschaltet sind. Im Falle eines Fehlers in der Polarität der Batterien ist in diesem Fall garantiert, dass der Metalldetektorkreis nicht beeinträchtigt wird (wenn Sie jedoch nicht rechtzeitig reagieren, wird die falsch angeschlossene Batterie vollständig entladen). Es wird nicht empfohlen, die Dioden in Reihe mit den Leistungsbussen einzuschalten, da in diesem Fall 0,3 ... 0,6 V der kostbaren Spannung der Stromquellen an sie verschwendet werden. Art der Schutzdioden - KD243, KD247, KD226 usw. Autor: Shchedrin A.I.
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