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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Detector de metales aficionado. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Indicadores, detectores, detectores 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 estudiada a una velocidad de 0,5 - 1 m/s, el circuito del dispositivo no entra en conflicto con el autoajuste de frecuencia, que tiene una inercia significativa (constante de tiempo grande). Ya del análisis del diagrama de bloques, queda claro que obviamente es más difícil fabricar un dispositivo de este tipo que cualquiera de los análogos menos sensibles anteriores, incluidos los detectores de metales publicados en los números 8'85 y 4'96 de Modelist- Revista Konstruktor. Después de todo, el desarrollo que propongo, además del conjunto estándar de generadores ejemplares de cuarzo (1) y de medición (2), es un inductor externo I (sensor de marco de búsqueda), un mezclador (3) y un grabador de sonido VA ( cápsula telefónica), tiene nuevos dispositivos que mejoran significativamente el rendimiento. Se trata de un integrador (4), que genera una señal en diente de sierra con una amplitud proporcional a la frecuencia de batido de control, y un modelador de pulso de escritura (5), que, junto con una tecla (6) y un VT seguidor de fuente, es un analógico. Dispositivo de almacenamiento que fija el voltaje pico 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 latidos 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 autoajuste original AFC (9) mencionado anteriormente con un nodo especial que ralentiza la respuesta del dispositivo a un cambio excesivamente brusco en el voltaje de control. También existen otras soluciones técnicas, entre las que, por supuesto, no se puede dejar de destacar el "opamp" y el mezclador especial (10). Principales parámetros del detector de metales.
Profundidad de detección de objetos de acero en chernozem en clima seco y estable, mm
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 según el esquema de un multivibrador asimétrico (transistores VT1 y VT2). La salida al modo de autoexcitación proporciona un circuito de retroalimentación positiva en el condensador 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 supera los 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 emitida por el generador de medición, que tiene una amplitud de 1-1,2 V, se alimenta a través del condensador separador C9 al disparador DD3.2, que genera pulsos rectangulares con niveles digitales y un ciclo de trabajo de 2. R5R6 es un divisor necesarios para el normal funcionamiento de este tramo del circuito. Bueno, DD3.3 actúa como etapa intermedia. La señal procedente de él se envía al mezclador (T-trigger DD2.2). Allí también llega la frecuencia del divisor del generador ejemplar. 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 retardadas (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 cortos positivos. grabación de pulsos (Fig. 2c) para el funcionamiento de dispositivos de almacenamiento analógicos (DD5.2, C13, VT3). Pero eso no es todo. La señal tomada de la salida DD4.2 llega al integrador, realizado según 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. La señal integrada (Fig. 2d) a través de la tecla DD5.2, que es controlada por pulsos de DD5.1, se alimenta a la capacitancia de almacenamiento C13, donde se suministra un voltaje igual al valor pico de lo que proviene del integrador (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 retroalimentación R23 y R24 reducen el rango del voltaje de control a una amplitud de 1,2 V. El amplificador operacional DA2 compara el recibido con el dado por el divisor R26R29 y genera el voltaje de control del aaricap 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 batido, asumimos que sobre la base del transistor VT4 hay, por ejemplo, algo de Ub estable. También suponemos que en algún momento hay un cambio brusco en la frecuencia del batido y, en consecuencia, en el voltaje en C14. El circuito de trabajo de nuestro detector de metales definitivamente responderá a tal "introducción" con una desviación adecuada del transistor Ub VT4 de su valor anterior (debido a las altas clasificaciones de R19, R20 y C16). Pero la respuesta a un cambio suave en la frecuencia del batido será ciertamente una reacción en forma de un cambio lento en los voltajes nombrados. Cuando un objeto metálico ingresa a 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 generalmente es suficiente para volver al modo de frecuencia especificado. Pero con una retirada brusca del sensor hacia un lado, la situación cambia, el transistor U6 VT4 no podrá volver rápidamente al nivel anterior. Es decir, se crean las condiciones para la transición a través de "0" (la aparición de retroalimentación positiva). Para excluir este último, se introdujo la derivación de R19 con un diodo VD3, a través del cual se descarga rápidamente la capacitancia C16 (U6 vuelve al nivel establecido). De hecho, el AFC tiene (dependiendo de en qué dirección cambie la frecuencia del batido) dos constantes de tiempo. Y dado que el diseño especial del sensor prácticamente elimina 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 batido, en una frecuencia. Y el comparador DD16 configurado con el divisor R17R4.3 le permite hacer esto en la zona de máxima sensibilidad, cuando f late = 0-70 Hz. La frecuencia VCO se alimenta a la entrada A del mezclador (tecla DD5.4). La entrada CO proviene del elemento lógico DD4.1 y la diferencia f latidos, 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 salida del mezclador es la frecuencia fbeat modulada del VCO o solo la frecuencia de batido. Además, el esquema realiza la transición de un modo a otro de forma automática. La resistencia variable R30 sirve como control de carga y volumen, y SA1 combinada 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 una lámina de una cara. El generador de búsqueda está colocado en una caja protectora de hojalata. De las dimensiones de la placa solo se toman las resistencias de control R26, R27, R30, los enchufes para conectar la fuente de alimentación y los auriculares, así como el marco del sensor. 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 estrangulador 1_2 del generador de búsqueda (en adelante, la designación es según la Fig. 1 y de acuerdo con el diagrama del circuito eléctrico del detector de metales publicado en el número anterior de la revista) tiene 450 vueltas de cable PEL 1-0,01. Bobinado: 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 dicho estrangulador es de 1 a 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 las "recortadoras" son adecuados R26, R27, SP5-2 o SP-3. Lo mismo puede decirse de la variable R30, solo que hay que combinarla con el interruptor. Todas las demás resistencias son MLT-0,125 (VS-0,125).
El MS digital se puede reemplazar con análogos de la ya establecida serie K176. DD1, DDZ: cualquiera de la misma serie, siempre que contengan el número requerido de inversores. Los transistores también se pueden reemplazar. Como VT1 y VT2, por ejemplo, es adecuado KPZ0ZB (-Zh). En lugar de \/TK, se aceptan KPZ0Z o KP305 (el índice de letras al final del nombre no influye 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 auriculares también es ilimitada. Como muestra la práctica, TON-1 o TON-2 son bastante adecuados. Varicap D901 se puede sustituir 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 ejecutado correctamente debe ser de 5,5 a 6,5 mA. Al exceder los valores especificados, buscan y eliminan errores de soldadura, etc. El funcionamiento del generador ejemplar se verifica mediante 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 van al "motor de búsqueda" en el punto de control de En la placa de circuito impreso, donde convergen R3 y C8, se aplica la mitad del voltaje de suministro, mientras se desconecta la salida del chip DA2. Y con un osciloscopio conectado al drenaje del transistor VT2, comprueban la amplitud de la tensión de salida. Debe ser de 1 V a 1,2 V. Si la desviación excede 0,1 V, corrija el número de vueltas en el inductor L2. Y con la ayuda de los condensadores C3 y C4, la frecuencia de señal óptima se establece en 0,5 fquartz. 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 generar una señal de frecuencia diferencial con un meandro igual a 2). Luego, después de haber establecido la frecuencia de batido en 8 - 9 Hz cambiando el voltaje en el varicap, la señal se mide en el pin 6 del integrador DA1; debería estar "a punto de limitarse 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 su funcionamiento, ya que la frecuencia mínima del VCO corresponderá a la configuración del detector de metales para máxima sensibilidad. Habiendo restaurado en la placa de circuito impreso las conexiones R3 y C8 previamente soldadas con DA2, se procede a la etapa final de depuración del dispositivo. El motor "trimmer" R26 se gira a la posición extrema ("más"), que corresponderá a la frecuencia de batido máxima (además, f generador de búsqueda> f ejemplar). Luego, girando lentamente el motor en la dirección opuesta, comienzan a controlar la señal en el pin 6 de DA1. Observan cómo (en una determinada posición del motor R26) aparece en la pantalla del osciloscopio el momento en que la señal llega a la zona de captura AFC. Al continuar girando la perilla de la resistencia de sintonización 1327, logran una frecuencia de batido de 10 Hz, al mismo tiempo que verifican el funcionamiento del AFC (ya que la señal tiende a volver a su estado original). Los motores de las resistencias 1326, 1327 deben moverse lentamente, dada la gran inercia del AFC. En este caso, en los auriculares se escucharán la frecuencia VCO mínima y clics débiles con f, latidos. En algunos 1 En algunos casos, puede producirse el efecto de "flotación" del sonido con respecto a algún estado fijo. En este caso, es necesario seleccionar con mayor precisión la relación de resistencias R23, R24 o reducir los valores de 1319, 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, instrumentos tan precisos necesitan ajustes. En nuestro caso particular, este es el giro del motor de la resistencia de sintonización R26 a la posición extrema ("más") y R27 a la posición media. Después de aplicar energía al equipo, gire la perilla de ajuste R26 en la dirección opuesta hasta que aparezca la señal VCO en los auriculares. Después de eso, la sensibilidad requerida se ajusta con una resistencia de sintonización R27. Y con la ayuda de R26, establecieron 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 realiza como de costumbre. Para determinar más claramente la ubicación de objetos pequeños, el marco-sensor se lleva al área de búsqueda horizontalmente (con una esquina redondeada hacia adelante) o con una inclinación de 45 a 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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