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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Detector de metales con mayor sensibilidad en transistores. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / detector de metales El funcionamiento del detector de metales, cuyo esquema y diseño se analizan en esta sección, se basa en el principio de analizar los cambios en los latidos de las oscilaciones de dos generadores, la frecuencia de uno de los cuales es estable y la frecuencia del segundo cambia cuando aparece un objeto metálico en el área de cobertura del detector. Al trabajar en este dispositivo, se intentó crear un detector de metales libre de una serie de desventajas inherentes a otros diseños similares. A pesar de que el esquema de este dispositivo se desarrolló hace más de 20 años, sus ventajas incluyen una sensibilidad relativamente alta, estabilidad en el funcionamiento y la capacidad de distinguir entre metales ferrosos y no ferrosos. Las soluciones de circuito aplicadas aseguraron una mayor estabilidad de las frecuencias de operación de los generadores, lo que hizo posible estimar las frecuencias de batido en el rango de 1 a 10 Hz. Como resultado, la sensibilidad del dispositivo ha aumentado y la corriente que consume también ha disminuido. Diagrama esquemático Como ya se mencionó, el diseño propuesto es una de las muchas opciones para detectores de metales del tipo BFO (Beat Frequency Oscillator), es decir, es un dispositivo basado en el principio de analizar los latidos de dos frecuencias (Fig. 2.10).
El dispositivo se basa en osciladores de medida y referencia, detector de oscilaciones de RF, preamplificador, primer amplificador limitador, circuito diferenciador, segundo amplificador limitador y amplificador de baja frecuencia. Se utilizaron dos osciladores LC simples basados en los transistores T1 y T2 como osciladores de medición y referencia. Estos transistores son parte del microcircuito K159NT1G, que es un par de transistores con parámetros idénticos colocados en un paquete. El uso de un conjunto de transistores puede aumentar significativamente la estabilidad de la temperatura de las frecuencias del generador. Cada generador está ensamblado de acuerdo con un circuito capacitivo de tres puntos, mientras que los transistores T1 y T2 están conectados de acuerdo con un circuito de base común. La excitación de las oscilaciones se proporciona mediante la introducción de retroalimentación positiva entre el colector y el emisor de cada transistor. La frecuencia de operación de los generadores está determinada por los parámetros de los circuitos de ajuste de frecuencia conectados entre los colectores y emisores de los transistores T1 y T2. En este caso, los elementos de ajuste de frecuencia del primer generador, que realiza las funciones de un generador de medida, son la bobina de búsqueda L1 y los condensadores C1, C2 y C3. La frecuencia de funcionamiento del segundo generador de referencia está determinada por los parámetros del inductor L2, así como por los condensadores C6, C7 y C9. En este caso, ambos generadores están sintonizados a una frecuencia de operación de 40 kHz. Con la ayuda de las resistencias R1-R4, los modos de funcionamiento de los transistores T1 y T2 se configuran en corriente continua. En el proceso de configuración del dispositivo cambiando la capacitancia del capacitor C6, se lleva a cabo un ajuste aproximado del oscilador de referencia al armónico seleccionado de la frecuencia de batido. En este caso, la capacitancia del capacitor C6 puede variar de 100 a 330 pF. El ajuste fino de la frecuencia de batido se realiza mediante una resistencia variable R7, con la que cambia la polarización en el diodo zener D1, que en este circuito actúa como un varicap. Al acercar la bobina de búsqueda L1 del circuito oscilatorio del generador sintonizable a un objeto metálico, su inductancia cambia, lo que provoca un cambio en la frecuencia de operación del generador. En este caso, si hay un objeto de metal ferroso (ferromagnético) cerca de la bobina L1, su inductancia aumenta, lo que conduce a una disminución de la frecuencia del generador. El metal no ferroso reduce la inductancia de la bobina L1 y aumenta la frecuencia de funcionamiento del generador. La señal de RF generada como resultado de mezclar las señales de los osciladores de medición y de referencia se aísla en la resistencia de carga R5. En este caso, la amplitud de la señal cambia con la frecuencia de pulsación, que es igual a la diferencia de frecuencia de las señales de RF. La envolvente de baja frecuencia de la señal de RF es detectada por un detector especial hecho en los diodos D2 y D3 de acuerdo con el esquema de duplicación de voltaje. En este caso, el condensador C11 filtra el componente de alta frecuencia de la señal. Desde la carga del detector, que es la resistencia R6, la señal de batido de baja frecuencia se alimenta a través del condensador C12 a un preamplificador hecho en el transistor T3. Desde el colector del transistor T3, la señal amplificada se alimenta a través del condensador C13 al primer amplificador limitador, realizado en el transistor T4 y que proporciona la formación de pulsos rectangulares. Con la ayuda de un divisor formado por las resistencias R11 y R12, se aplica una tensión de polarización en la base del transistor T4 en el que el transistor se encuentra en el umbral de apertura. La señal sinusoidal que llega a la base del transistor T4 está limitada por ambos lados. Como resultado, en la carga de la cascada, cuyo papel desempeña la resistencia R13, se forman pulsos rectangulares, que se diferencian aún más por el circuito C14, R14, R15 y se convierten en picos puntiagudos. En este caso, en el lugar del frente de cada pulso, se forma un pico de polaridad positiva, y en el lugar del declive, se forma un pico de polaridad negativa. Cabe señalar que la duración de estos picos no depende de la tasa de repetición de pulsos rectangulares y su duración. Los picos positivos se alimentan a la base del transistor T5 y los picos negativos son cortados por el diodo D4. El transistor T5, al igual que el transistor T4, opera en un modo clave y limita la señal de entrada para que se formen pulsos rectangulares cortos de duración fija en la carga del colector formada por las resistencias R16 y R17. El condensador C15 filtra la señal de salida y mejora el tono de la señal en los auriculares BF1. Desde la resistencia R16, que es el control de volumen, la señal pasa a la etapa de amplificación, realizada en los transistores T6 y T7, conectados de acuerdo con el llamado circuito de transistores compuestos. Con esta inclusión, se forma un equivalente a un transistor de conductividad pnp de alta potencia con un alto coeficiente de transferencia de corriente. Luego, la señal amplificada va a los auriculares BF1. El método utilizado en este diseño para generar una señal de pulso a partir de una sinusoidal permite reducir la potencia consumida por el amplificador, especialmente en la etapa de salida, ya que los transistores T5, T6 y T7 se cierran en las pausas entre pulsos. El detector de metales se alimenta de la fuente B1 con un voltaje de 4,5 V, mientras que el consumo de corriente no supera los 2 mA. Detalles y construcción No existen requisitos especiales para las piezas utilizadas al ensamblar un detector de metales con mayor sensibilidad. La única limitación está relacionada con las dimensiones generales, ya que la mayoría de las partes de este dispositivo están montadas en una placa de circuito impreso de 70x110 mm, hecha de fibra de vidrio o getinax recubierto de una cara. La placa de circuito impreso está diseñada para usar resistencias fijas MLT-0,125, capacitores KSO, PM, MBM, K50-6 o similares (Fig. 2.11). Al repetir este diseño, como conjunto de transistores (transistores T1 y T2), puede usar el chip K159NT1 con cualquier índice de letras. Sin embargo, en la actualidad no siempre es posible encontrarlo. Por lo tanto, si es necesario, en lugar de un conjunto de transistores, se recomienda utilizar dos transistores del tipo KT315G con parámetros iguales o posiblemente similares (coeficiente de transferencia de corriente estática y corriente de colector inicial).
En las etapas de amplificación (transistores T3, T4 y T5), en lugar de transistores del tipo KT342B, se pueden instalar transistores de los tipos KT315G, KT503E o KT3102A - KT3102E. Un transistor del tipo KT502E (T6) puede reemplazarse completamente por un KT361, y un transistor del tipo K503E (T7) por un KT315 con cualquier índice de letras. Pero en este caso, los auriculares deben ser de alta resistencia (como TON-2 o TEG-1). Cuando se usan teléfonos de baja resistencia, el transistor T7 debe ser más potente, por ejemplo, tipo KT603B o KT608B. Como diodo zener D1, también puede usar diodos zener del tipo D808-D813 o KS156A. Los diodos D2 y D3 pueden ser cualquiera de las series D1, D9 o D10. La bobina L2 contiene 250 vueltas de cable PEV-2 con un diámetro de 0,1 mm, enrolladas en el circuito magnético SB-23-11a. En su fabricación, puede utilizar otros núcleos. Lo principal es que la inductancia de la bobina terminada es de 4 mH. La bobina de medición L1 contiene 100 vueltas de cable PEV-1 con un diámetro de 0,3 mm y está hecha en forma de toro con un diámetro de 160 mm. Esta bobina es más fácil de hacer en un marco rígido, pero puede prescindir de ella. En este caso, cualquier objeto redondo adecuado, como un frasco, puede usarse como marco temporal. Las vueltas de la bobina se enrollan a granel, después de lo cual se retiran del marco y se protegen con una pantalla electrostática, que es una cinta de papel de aluminio abierta enrollada sobre un haz de vueltas. El espacio entre el principio y el final del bobinado de la cinta (el espacio entre los extremos de la pantalla) debe ser de al menos 10 mm. En la fabricación de la bobina L1 hay que tener cuidado de que los extremos de la cinta de blindaje no se cierren, ya que en este caso se forma una bobina en cortocircuito. Para aumentar la resistencia mecánica, la bobina se puede impregnar con cola epoxi. Suelde los conductores de un cable blindado de dos núcleos de aproximadamente un metro de largo a los terminales de la bobina, en el otro extremo del cual se instala un conector SSH-3 o cualquier otro conector de tamaño pequeño adecuado. La cubierta del cable debe estar conectada a la pantalla de la bobina. En la posición de trabajo, el conector de la bobina está conectado al conector correspondiente ubicado en el cuerpo del dispositivo. El detector de metales de alta sensibilidad se alimenta de una fuente B1 con un voltaje de 4,5 V. Como tal fuente, puede utilizar, por ejemplo, la llamada batería cuadrada 3336L o tres elementos del tipo 316, 343 conectados en serie. La placa de circuito impreso con los elementos ubicados en ella y la fuente de alimentación se colocan en cualquier caja de plástico o madera adecuada. Las resistencias variables R7 y R16, el conector X1 para conectar la bobina de búsqueda L1, el interruptor S1 y el conector X2 para conectar los auriculares BF1 están instalados en la cubierta de la carcasa. Establecimiento Al igual que con el ajuste de otros detectores de metales, el ajuste de este dispositivo debe realizarse en condiciones en las que los objetos metálicos se retiren de la bobina de búsqueda L1 a una distancia de al menos 1,5 m. El ajuste directo del detector de metales debe comenzar con la selección de la frecuencia de pulsación deseada. Para ello, se recomienda utilizar un osciloscopio o un frecuencímetro digital. Cuando se trabaja con un osciloscopio, su sonda debe estar conectada al punto de conexión de las resistencias R1, R4, R5 y el capacitor C8, es decir, a la entrada del detector. La forma de onda en este punto se asemeja a la forma de onda de una señal de RF modulada. Además, ajustando la bobina L2 y seleccionando las capacidades de los condensadores C2 y C6, es necesario asegurarse de que la frecuencia de modulación (frecuencia de pulsación) sea de aproximadamente 10 Hz. Cuando utilice un frecuencímetro digital para configurar un detector de metales, el frecuencímetro debe conectarse primero al circuito colector del transistor T1 y luego al colector del transistor T2. Al seleccionar los parámetros de los elementos mencionados anteriormente (la inductancia de la bobina L2, la capacitancia de los capacitores C2 y C6), es necesario asegurarse de que la diferencia en las frecuencias de las señales en los colectores de los transistores T1 y T2 sea aproximadamente 10 Hz. Además, al seleccionar la resistencia R8, se establece la ganancia máxima de la cascada, realizada en el transistor T3. En ausencia de un osciloscopio y un contador de frecuencia, la selección de la frecuencia de batido deseada se puede realizar sin ellos. En este caso, primero debe colocar el control deslizante de la resistencia R7 en la posición media y luego, girando el núcleo de sintonización de la bobina L2, haga que aparezcan clics en los teléfonos con una frecuencia de aproximadamente 1-5 Hz. Si no puede configurar la frecuencia deseada, debe seleccionar la capacitancia del capacitor C6. Para reducir la influencia del fondo del suelo, la selección final de la frecuencia de pulsación debe realizarse cuando la bobina de búsqueda L1 se acerque al suelo. Esto completa el proceso de configuración de un detector de metales con mayor sensibilidad. Procedimiento de trabajo En el uso práctico de este detector de metales, la frecuencia requerida de la señal de pulsación debe mantenerse mediante una resistencia variable R7, que cambia cuando la batería se descarga, cuando cambia la temperatura ambiente o cuando se desvían las propiedades magnéticas del suelo. También debe ajustar el volumen de los clics con la perilla R16. Si, durante la operación, aparece algún objeto metálico en el área de cobertura de la bobina de búsqueda L1, la frecuencia de la señal en los teléfonos cambiará. Al acercarse a algunos metales, la frecuencia de la señal de pulsación aumentará, y al acercarse a otros, disminuirá. Cambiando el tono de la señal de latido, teniendo algo de experiencia, uno puede determinar fácilmente de qué metal, magnético o no magnético, está hecho el objeto detectado. Con la ayuda de un detector de metales de este tipo, se pueden detectar objetos pequeños, como clavos, debajo de una capa de suelo a una profundidad de hasta 10-15 cm, y objetos grandes (por ejemplo, tapas de pozos), a una profundidad de hasta 50-60 cm. Autor: Adamenko M.V.
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