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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Un detector de metales subterráneo lo encontrará. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / detector de metales El detector de metales que desarrollé aún no se ha utilizado ni en operaciones de mantenimiento de la paz para identificar y neutralizar campos minados, ni en estudios geológicos o arqueológicos a gran escala. Diseñado no para profesionales, sino para aficionados, cuyo deseo de "mirar debajo del suelo" puede satisfacer el diseño con los parámetros dados en la tabla, es una versión mejorada del "detector de metales palpitante". La sensibilidad del dispositivo aumenta debido al uso beneficioso (fijación clara) de la dependencia de la duración del pulso de sondeo de la intensidad de los propios paquetes con la introducción del control automático de frecuencia (AFC) en el generador de búsqueda. Además, no se requirieron medidas adicionales para la estabilización de voltaje y la compensación de temperatura de las unidades electrónicas. Y las "contradicciones irreconciliables" predichas por los escépticos (dicen que un cambio en la frecuencia del circuito oscilatorio de búsqueda cuando el metal ingresa al área de trabajo es incompatible con el funcionamiento normal del sistema AFC) fueron resueltas por la práctica misma. Resultó que cuando el sensor se mueve sobre la superficie en estudio a una velocidad de 0,5-1 m/s, el circuito del dispositivo no entra en conflicto con el autoajuste de la frecuencia, que tiene una inercia significativa (gran constante de tiempo).
Ya del análisis del diagrama de bloques, está claro que obviamente es más difícil fabricar un dispositivo de este tipo que cualquiera de los análogos menos sensibles anteriores. Después de todo, el desarrollo que propongo, además del conjunto estándar de generadores ejemplares de cuarzo (1) y de medición (2), un inductor externo L (sensor de cuadro de búsqueda), un mezclador (3) y una grabadora de sonido VA (cápsula telefónica), tiene nuevos dispositivos que mejoran significativamente el rendimiento. Este es un integrador (4), que genera una señal de diente de sierra con una amplitud proporcional a la frecuencia de pulsación de control, y un modelador de pulsos de escritura (5), que, junto con una tecla (6) y un VT seguidor de fuente, es un dispositivo de almacenamiento analógico que fija el pico de tensión del integrador. Un detector de metales no puede prescindir de un comparador (7), que proporciona la transferencia automática de la electrónica desde la zona de máxima sensibilidad al área de registro de latido uno a uno (y viceversa), sin un generador VCO especial (8), que convierte el voltaje generado en el seguidor de fuente en oscilaciones eléctricas con una frecuencia de 200-8000 Hz. así como sin el sistema de control automático de frecuencia AFC (9) original mencionado anteriormente con una unidad especial que ralentiza la respuesta del dispositivo a un cambio excesivamente brusco en el voltaje de control Aquí hay una serie de otras soluciones técnicas, entre las cuales, por supuesto, uno no puede dejar de destacar el "opamp" y el mezclador especial (10). características técnicas
Como muestra la práctica, es esta composición de dispositivos con el método elegido para generar una señal de audio lo que le permite escuchar ambas frecuencias simultáneamente, lo que facilita enormemente la sintonización inicial del dispositivo a una cierta sensibilidad. Y la fiabilidad es bastante alta. Incluso en una situación extrema, cuando, por ejemplo, un sensor de marco de búsqueda se acerca a un objeto metálico masivo a una distancia en la que la diferencia de frecuencia se vuelve casi crítica (70 Hz), no hay fallas de funcionamiento, solo se escucha una frecuencia de latido cambiante en los auriculares. Ahora sobre los detalles que se reflejan en el diagrama del circuito. El generador ejemplar está hecho sobre el elemento DD1.1. Su frecuencia está estabilizada por un resonador de cuarzo ZQ1 incluido en un circuito de retroalimentación positiva. Para garantizar la excitación del generador cuando se enciende la alimentación, se utiliza la resistencia R1. El elemento de búfer DD1.2 disponible aquí descarga el generador y también genera una señal con niveles digitales. La resistencia R2 determina el grado de carga y la potencia máxima disipada en el resonador de cuarzo.
Este generador puede funcionar con casi cualquier resonador con un consumo de corriente de 500-800 μA. Y el divisor de frecuencia que lo sigue por dos (elemento DD2.1) genera una señal con un meandro simétrico, que es necesario para el funcionamiento normal del mezclador. El generador de medición se ensambla de acuerdo con el esquema de un multivibrador asimétrico (transistores VT1 y VT2). La salida al modo de autoexcitación proporciona un circuito de retroalimentación positiva en el capacitor C7. Los elementos de ajuste de frecuencia son C3 - C5, VD1 y el sensor de bobina de búsqueda L1. Además, la generación se realiza en el rango de 500 kHz a 700 kHz, dependiendo del resonador de cuarzo disponible. Un parámetro tan importante como la inestabilidad a corto plazo es pequeño para este generador. La deriva de frecuencia durante los primeros 10 s inmediatamente después de encender la alimentación no es más de 0,7 Hz (y cada 30 minutos, hasta 20 Hz), aunque incluso 1 Hz por 1 minuto se considera aceptable para el funcionamiento normal del dispositivo (sin AFC). La señal sinusoidal producida por el generador de medición, que tiene una amplitud de 1 - 1,2 V, se alimenta a través del condensador de separación C9 al disparador DD3.2, que genera pulsos rectangulares con niveles digitales y un ciclo de trabajo de 2. R5R6 es un divisor necesario para el funcionamiento normal de esta sección del circuito. Bueno, un DD3.3 actúa como etapa intermedia. Su señal se envía al mezclador (T-trigger DD2.2). La frecuencia del divisor del generador ejemplar también llega allí.
Las características de la operación DD2.2 son tales que si dos secuencias de pulsos que tienen una frecuencia cercana llegan a las entradas C y D de este elemento lógico, entonces se forma una señal de diferencia de frecuencia con un meandro estrictamente simétrico en las salidas. Además, todo lo que se retira de la salida 12 del mezclador tiene la forma que se muestra en la figura 2a. Las señales directas, así como retrasadas (Fig. 2b) invertidas (debido al circuito R8C11 y al elemento DD4.2) se suman en la tecla DD5.1 que actúa como un Y / O lógico con la formación de pulsos de escritura positivos cortos (Fig. 2c) para el funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento analógico (DD5.2, C13. VT3). Pero eso no es todo. La señal tomada de la salida de DD4.2 llega al integrador, realizada de acuerdo con el esquema clásico utilizando VD2, R10 - R11, DA1, C12. La resistencia R11 limita la corriente de recarga del condensador C12, descargando la salida del elemento DD4.2. Señal integrada (Fig. 2d) a través de la tecla DD5.2. que es controlado por pulsos de DD5.1, se alimenta a la capacidad de almacenamiento C13, donde se forma un voltaje igual al valor pico de lo que proviene del integrador y se mantiene con alta precisión hasta un nuevo ciclo de registro (Fig. 2e). El condensador C14 suaviza el efecto de tipo "paso", que puede ocurrir con un cambio brusco en las frecuencias de batido (Fig. 2f). Desde el seguidor de fuente, la señal va al comparador DD4.3, VCO (generador controlado por voltaje) y al circuito de bucle AFC. El divisor R21R22 junto con la realimentación R23 y R24 reducen el rango de tensión de control a una amplitud de 1,2 V. El amplificador operacional DA2 compara la recibida con la proporcionada por el divisor R26R29 y genera la tensión de control del varicap VD1. La resistencia R26 puede establecer el punto de captura inicial del AFC (sensibilidad) aproximadamente, y R27 exactamente. Además, al mover el control deslizante R26 hacia la posición extrema (superior o inferior según el esquema), es fácil salir de la zona de captura AFC (± 300 Hz), implementando el modo de frecuencia de pulso uno a uno, lo que hace que trabajar con el dispositivo sea más flexible. Para comprender las características del funcionamiento del nodo, que ralentiza la respuesta del AFC a un cambio brusco en la frecuencia del pulso, asumimos que, sobre la base del transistor VT4, hay, por ejemplo, algo de Ub constante. También asumimos que en algún momento hay un cambio brusco en la frecuencia de pulsación y, en consecuencia, el voltaje en C14. Un circuito de trabajo de nuestro detector de metales definitivamente responderá a tal desviación adecuada "introductoria" del transistor Ub VT4 de su valor anterior (debido a las grandes clasificaciones de R19, R20 y C16). Pero la respuesta a un cambio suave en la frecuencia de batido será sin duda una reacción en forma de un cambio lento en los voltajes mencionados. Cuando un objeto de metal entra en la zona de sensibilidad del sensor de marco de búsqueda y permanece allí durante un tiempo relativamente largo, se establece un voltaje en base a VT4, que suele ser suficiente para volver al modo de frecuencia especificado. Pero con una eliminación brusca del sensor hacia un lado, la situación cambia, Ub del transistor VT4 no podrá volver rápidamente al nivel anterior. Es decir, se crean las condiciones para la transición a través de "0" (la ocurrencia de retroalimentación positiva). Para excluir este último, se introdujo la derivación de R19 con un diodo VD3, a través del cual la capacitancia C16 se descarga rápidamente (Ub vuelve al nivel establecido). De hecho, el AFC tiene (según la dirección en la que cambie la frecuencia de pulsación) dos constantes de tiempo. Y dado que el diseño especial del sensor elimina prácticamente la influencia de las propiedades ferromagnéticas de los objetos detectados en el aumento de f del generador de búsqueda, tanto el AFC como el dispositivo en su conjunto funcionan muy correctamente en todos los modos. VCO (DD4.4 y R18, C15) convierte el voltaje, que cambia con la frecuencia del pulso, en una frecuencia. Y el comparador DD16 configurado mediante el divisor R17R4.3 le permite hacerlo en la zona de máxima sensibilidad. La frecuencia del VCO se alimenta a la entrada A del mezclador (tecla DD5.4). La entrada CO proviene del elemento lógico DD4.1 y late la diferencia f, y un pulso negativo corto formado por el circuito diferenciador C10R9 (para un mejor sonido de los auriculares, reduciendo el consumo de energía). Como resultado, la frecuencia de VCO modulada o solo la frecuencia de pulsación está presente en la salida del mezclador. Además, el esquema realiza la transición de un modo a otro automáticamente. La resistencia variable R30 sirve como control de carga y volumen, y SA1 combinado con ella sirve como interruptor de encendido. El uso de microcircuitos de la serie CMOS, amplificadores operacionales que funcionan en el modo de microcorriente, permitió reducir el consumo de corriente al nivel de 6 mA, lo que hace aceptable el uso de la batería Krona como fuente de alimentación. Al igual que otros análogos, casi todo el detector de metales está montado en una placa de circuito impreso hecha de fibra de vidrio recubierta con lámina por un lado. El generador de búsqueda se coloca en una caja blindada hecha de estaño.
Solo las resistencias de control R26, R27, R30, los enchufes para conectar la fuente de alimentación y los auriculares, así como el marco del sensor se eliminan de las dimensiones de la placa. DD1 K561LA8; DA1-DA2 KR140UD1208; DD2 K561TM2; VT1-VT3 KP303A; DD3 K176LP4; VT4 KT3102G; VD1 D902; VD2-VD3 KD522 La tecnología y el cuidado en la fabricación del marco del sensor son tan importantes para el desempeño de todo el detector de metales que aparentemente requieren una presentación más detallada. Aquí se utiliza como base un haz formado por once piezas de alambre PEV1100-2 de 1,2 mm. Envuelto herméticamente con una capa de cinta aislante, se aprieta en un tubo de aluminio que tiene un diámetro interior de 10 mm y una longitud de 960 mm. El espacio en blanco resultante tiene la forma de un marco rectangular de 300x200 mm con esquinas redondeadas.
El extremo del primero de los hilos, colocado en una caja de aluminio -pantalla electrostática-, se suelda sucesivamente al principio del segundo, y así sucesivamente hasta formar una especie de inductor de 11 vueltas. Los picos se aíslan entre sí con cinta de papel y se rellenan con resina epoxi, al tiempo que excluyen la apariencia de una bobina en cortocircuito debido al propio tubo doblado en un marco. Es recomendable proporcionar aquí cualquier conector de alta frecuencia cerrado y un soporte adecuado (no metálico) para el manillar, que se puede usar como una o dos secciones de una barra plegable. El cable que conecta el marco al bloque es mejor usar coaxial, televisión, por ejemplo, PK75. El generador de búsqueda Choke L2 (designación en adelante, según la Fig. 1 y de acuerdo con el diagrama de circuito del detector de metales, publicado en el número anterior de la revista) tiene 450 vueltas de cable PEL1-0,01. Devanado: a granel en un marco con un diámetro de 4 y una longitud de 15 mm con un núcleo ferromagnético M600NN (puede usar una bobina de contorno adecuada de una radio antigua). La inductancia de tal estrangulador es de 1-1,2 mH. El dispositivo utiliza condensadores KSO o KTK (C3, C4, C5), KLS o KM (C1, C2, C6 - C13, C15), K50-6 o K53-1 (C14, C16, C17). También hay una selección de resistencias. En particular, para "recortadores" son adecuados R26, R27, SP5-2 o SP-3. Lo mismo puede decirse de la variable R30, solo que debe combinarse con el interruptor. Todas las demás resistencias son MLT-0,125 (VS-0,125). El MS digital se puede reemplazar con análogos de la serie K176 bien establecida. DD1, DD3: cualquiera de la misma serie, siempre que contengan la cantidad requerida de inversores. Los transistores también se pueden reemplazar. Como VT1 y VT2, por ejemplo, es adecuado KP303B (-Zh). En lugar de VT3, KP303 o KP305 son aceptables (el índice de letras al final del nombre no juega ningún papel en este caso), y KT3102G (VT4) reemplazará a KT3102E. Cuarzo: uno de los que están diseñados para 1,0-1,4 MHz. La elección de los auriculares también es ilimitada. Como muestra la práctica, TON-1 o TON-2 son bastante adecuados. Varicap D901 se puede reemplazar por D902. Diodos VD2 y VD3 KD522 (KD523) con cualquier índice de letras. Para configurar el dispositivo ensamblado, necesitará un osciloscopio y ... precisión en el trabajo. Habiendo examinado cuidadosamente toda la instalación, se suministra energía al circuito. Luego verifican el consumo de corriente, que para un diseño viable correctamente ejecutado debe ser de 5.5 a 6,5 mA. Al ir más allá de los valores especificados, buscan y eliminan errores en soldaduras, etc. El funcionamiento del generador ejemplar se verifica por la presencia en el pin 1 del microcircuito DD2 de una frecuencia igual a 0,5 f de un resonador de cuarzo con un ciclo de trabajo de 2. Luego pasan al "buscador". La mitad del voltaje de suministro se aplica al punto de control en la placa de circuito impreso, donde convergen R3 y C8, mientras se desconecta la salida del microcircuito DA2. Y con un osciloscopio conectado al drenaje del transistor VT2, verifican la amplitud del voltaje de salida. Debe ser de 1 V a 1,2 V. Si la desviación supera los 0,1 V, corrija el número de vueltas en el inductor L2. Con la ayuda de los condensadores C3 y C4, la frecuencia de señal óptima se establece en 0.5 fcuarzo Además, el sensor en sí debe ubicarse a no menos de dos metros de objetos metálicos. Si es necesario, seleccionando R5, buscan obtener una señal de salida simétrica en el pin 9 del microcircuito DD3 (en este caso, el mezclador debe emitir una señal de frecuencia de diferencia con un meandro igual a 2). Luego, al establecer la frecuencia de batido igual a 8-9 Hz cambiando el voltaje en el varicap, se mide la señal en el pin 6 del integrador DA1; debe estar "al borde de la limitación desde abajo". El ajuste correspondiente se realiza seleccionando el valor de la resistencia R10. Al conectar un osciloscopio a la fuente del transistor VT3, verifican el cambio en el nivel de voltaje según la frecuencia del pulso. Las resistencias R16 y R17 aseguran que aparezca un cero lógico en la salida del comparador (pin 10 del chip DD4) solo cuando f supera los 70 Hz. El VCO se ajusta con la resistencia R15 para que el oscilador comience a funcionar cuando la señal del integrador "sale del límite desde abajo". En el futuro, esto simplificará enormemente el ajuste del dispositivo antes de la operación, ya que la frecuencia mínima del VCO corresponderá a la configuración del detector de metales para la máxima sensibilidad. Habiendo restaurado en la placa de circuito impreso la conexión R3 y C8 previamente soldada con DA2, pasan a la etapa final de depuración del dispositivo. El motor "recortador" R26 se gira a la posición extrema ("más"), que corresponderá a la frecuencia de pulsación máxima (además, f generador de búsqueda > f ejemplar. Luego, girando lentamente el motor en sentido contrario, comienzan a controlar la señal en el pin 6 de DA1. Se dan cuenta de cómo (en una posición determinada del control deslizante R26) en el momento en que la señal llega a la zona de captura AFC aparece en la pantalla del osciloscopio. Al continuar girando la perilla de la resistencia de sintonización R27, logran una frecuencia de pulso de 10 Hz, mientras verifican simultáneamente el funcionamiento del AFC (ya que la señal tiende a volver a su estado original). Los motores de las resistencias R26, R27 deben moverse lentamente, dada la gran inercia del AFC. En este caso, se escucharán en los auriculares la frecuencia mínima de VCO y los clics débiles de los tiempos f. En algunos casos, puede haber un efecto de "flotación" del sonido en relación con algún estado fijo. En este caso, es necesario seleccionar con mayor precisión la relación de las resistencias R23, R24 o reducir los valores de R19, R20. Como ya se señaló, la parte electrónica del detector de metales (y esto es casi todo el dispositivo) se puede montar en cualquier caja adecuada montada en el mango. Se debe tener cuidado de que el marco de búsqueda-sensor, así como los cables de conexión, estén rígidamente fijados entre sí. Después de todo, incluso las vibraciones leves de estas partes que ocurren cuando el operador se mueve pueden generar una señal falsa (especialmente con la máxima sensibilidad del circuito y la experiencia insuficiente con el dispositivo). Por la misma razón, la espátula debe llevarse detrás de la espalda con la bayoneta hacia arriba (lejos del marco del sensor). Y las puntas de metal en los cordones de las botas del operador son generalmente inaceptables. La interferencia que traen amenaza con anular todos los esfuerzos del dispositivo ultrasensible para encontrar en la tierra aquello de lo que es tan reacio a separarse. Trabajar con un detector de metales no es muy diferente de trabajar con un detector de minas manual moderno. Por supuesto, tales instrumentos precisos necesitan ajustes. En nuestro caso particular, esta es la rotación de la resistencia de corte R26 a la posición extrema ("positiva") y R27 a la del medio. Después de aplicar energía al equipo, gire la perilla de ajuste R26 en la dirección opuesta hasta que aparezca la señal del VCO en los auriculares. Después de eso, la sensibilidad requerida se establece con una resistencia sintonizada R27. Y con la ayuda de R26, configuran arbitrariamente (cuando se trabaja con el dispositivo en el modo de latido uno a uno) f latidos en el rango de 200-300 Hz. AFC y VCO están esencialmente deshabilitados, por lo que la búsqueda se lleva a cabo como de costumbre. Para determinar más claramente la ubicación de objetos pequeños, el marco del sensor se lleva al área de búsqueda ya sea horizontalmente (con una esquina redondeada hacia adelante) o con una inclinación de 45-90 ° con respecto a la superficie en estudio (con una clara ventaja posicional de una de las paredes laterales del marco). Autor: Yu. Stafiychuk
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