Найбільш простий і практичний спосіб виготовити глибинний металошукач своїми руками, це зробити глибинний імпульсний металошукач. За основу можна взяти вже наявний імпульсний металошукач, або виготовити електронний блок імпульсного металошукача, і т.д. Як зробити ці металошукачі вже описано на нашому сайті. А далі потрібно зробити до нього глибинну котушку.
У цій статті ми розберемо з способи виготовлення глибинних котушок для імпульсних металошукачів. Такі котушки можна використовувати з металошукачами Пірат, Clone, Tracker, Кощій та іншими імпульсними металошукачами.
Але слід врахувати, що при однакових розмірах глибинної рамки, з різними металошукачами будить і різна глибина виявлення.TrackerPI-G) оскільки вони мають окрема глибинна прошивка!
Почнемо з механічних конструкцій глибинних рамок для металошукача.
Глибинні рамки невеликих розмірів, встановлюють на штангу як і звичайну котушку, але є обмеження за вагою та габаритами. Тому така конструкція підходить для рамок діаметром до 60-70см. Велика рамка стає надто важкою і її вже незручно носити в такий спосіб.
Каркас глибинної котушки для металошукачавиготовляють із пластикових труб, без використання металевих елементів. Трубу вибираєте в залежності від способу, яким ви її будите з'єднувати, і в залежності від розмірів вашої рамки, щоб труба забезпечувала достатню жорсткість конструкції!
Невеликі котушки зазвичай роблять нерозбірними у формі кільця чи квадрата.
Ось кілька фотографій таких рамок:
Для рамок великих розмірів нерозбірна конструкція вже незручна для транспортування, та й носити на штанзі таку рамку вже важко. Найбільш поширеним рішенням для великих рамок, це розбірний квадратний каркас з пошуковою накладною петлею або петлею пропущеної всередину трубного каркаса.
У такому випадку каркас рамки виготовляється з пластикових труб, а пошукова котушка мотається багатожильним проводом в ізоляції! Провід повинен бути обов'язково багатожильний, так як при розбиранні і транспортуванні глибинної котушки, провід буде гнутися і одножильний провід в результаті може переломитися!
Такі рамки носять зазвичай удвох:
Але є варіанти конструкцій глибинного металошукача для самостійного перенесення:
Ось ще кілька варіантів конструкцій глибинних металодетекторів та їх котушок:
Намотування глибинної рамки
Таблиця кількості витків для глибинних рамок різного розміру та їх максимальна глибина виявлення з металошукачами ПІРАТ та Кощій 5І:
| 40*40см | 60*60см | 90*90см | 120*120см | 150*150см | |
| Кількість витків | 19 | 16 | 13 | 11 | 10 |
| Дальність виявлення каски з МД ПІРАТ | 0,8м | 0,9м | 1м | 1,1м | 1,25м |
| Максимальна дальність ПІРАТ | 1,7м | 2,3м | 2,6м | 3м | 3,5м |
| Дальність виявлення каскиз металошукачем Кощій 5ІГ | 1м | 1,2м | 1,25м | 1,5м | 1,6м |
| Максимальна дальністьвиявлення з металошукачем Кощій 5ІГ | 2,3м | 3м | 3,5м | 4м | 5м |
Бажано після намотування рамки, витки стягнути між собою ізолентою або скотчем, це зменшить міжвиткову ємність і зробить петлю міцнішою. Провід від рамки до електронного блоку можна виготовити з того ж дроту, яким і намотана рамка, звив його з кроком 1 виток на 1 см. А потім обтиснути термозбіжною трубкою або замотати ізолентою.
Ось так можна легко виготовити глибинну рамку для імпульсного металошукача, і отримати повноцінний глибинний металошукач не поступається по глибині фірмовим металодетекторам.
Металошукач або металодетектор призначений для виявлення предметів, що за своїми електричними та/або магнітними властивостями відрізняються від середовища, в якому вони знаходяться. Простіше кажучи, він дозволяє знаходити метал у землі. Але не тільки метал, і не лише у ґрунті. Металодетекторами користуються служби огляду, криміналісти, військові, геологи, будівельники для пошуку профілів під обшивкою, арматури, звіряння планів-схем підземних комунікацій та люди багатьох інших спеціальностей.
Металошукачі своїми руками найчастіше роблять любителі: шукачі скарбів, краєзнавці, члени військово-історичних об'єднань. Їм, початківцям, і призначена насамперед ця стаття; описані в ній пристрої дозволяють знайти монету з радянський п'ятак на глибині до 20-30 см або залізяку з каналізаційним люком приблизно в 1-1,5 м під поверхнею. Однак цей саморобний прилад може стати в нагоді і на господарстві при ремонті або на будівництві. Нарешті, виявивши в землі центнер-другий кинутої труби або металоконструкцій і здавши знахідку в металобрухт, можна отримати пристойну суму. А подібних скарбів у землі російській точно більше, ніж піратських скриньок з дублонами чи боярсько-розбійницьких сорочок з єфимками.
Примітка: якщо ви не знаєте електротехніку з радіоелектронікою, не лякайтеся схем, формул і спеціальної термінології в тексті. Сама суть викладається просто, і в кінці буде опис приладу, який можна зробити за 5 хв на столі, не вміючи не те що паяти, а проводки скрутити. Але він дозволить «помацати» особливості пошуку металів, а виникне інтерес – прийдуть знання з навичками.
Трохи більше уваги, порівняно з іншими, буде приділено металошукачеві «Пірат», див. рис. Цей прилад досить простий для повторення початківцями, але за своїми якісними показниками не поступається багатьом фірмовим моделям ціною до $300-400. А головне – він показав чудову повторюваність, тобто. повну працездатність під час виготовлення за описами та специфікаціями. Схемотехніка та принцип дії «Пірату» цілком сучасні; за його налаштування та методикою використання є достатньо посібників.
Принцип дії
Металошукач діє за принципом електромагнітної індукції. Загалом схема металошукача складається з передавача електромагнітних коливань, що передає котушки, приймальної котушки, приймача, схеми виділення корисного сигналу (дискримінатора) та пристрою індикації. Окремі функціональні вузли часто поєднують схемотехнічно та конструктивно, напр., приймач і передавач можуть працювати на одну котушку, приймальна частина відразу виділяє корисний сигнал тощо.
Котушка створює у середовищі електромагнітне поле (ЕМП) певної структури. Якщо зоні його дії виявляється електропровідний предмет, поз. На рис., у ньому наводяться вихрові струми чи струми Фуко, які створюють його власне ЭМП. Через війну структура поля котушки спотворюється, поз. Б. Якщо ж предмет не електропровідний, але має феромагнітні властивості, то він спотворює вихідне поле за рахунок екранування. У тому й іншому випадку приймач вловлює відмінність ЕМП від вихідного та перетворює його на акустичний та/або оптичний сигнал.
Примітка: в принципі для металошукача не обов'язково, щоб предмет був електропровідним, ґрунт – ні. Головне, щоб їх електричні та/або магнітні властивості відрізнялися.
Детектор чи сканер?
У комерційних джерелах дорогі високочутливі металодетектори, напр. Терра-Н, часто називають геосканерами. Це не вірно. Геосканери діють за принципом вимірювання електропровідності ґрунту з різних напрямків на різній глибині, ця процедура називається бічним каротажем. За даними каротажу, комп'ютер будує на дисплеї картинку всього, що в землі, включаючи різні за властивостями геологічні шари.
Різновиди
Загальні параметри
Принцип дії металодетектора можна реалізувати технічно різними методами відповідно до призначення приладу. Металошукачі для пляжного золотошукання та будівельно-ремонтного пошуку зовні можуть бути схожі, але суттєво відрізнятись за схемою та технічними даними. Щоб правильно зробити металошукач, потрібно чітко уявляти собі, яким вимогам він повинен задовольняти для роботи. Виходячи з цього, можна виділити такі параметри пошукових детекторів металу:
- Проникнення або проникаюча здатність – максимальна глибина, на яку поширюється ЕМП котушки в грунті. Глибше прилад нічого не виявить за будь-якого розміру та властивостей об'єкта.
- Розмір і розміри зони пошуку – уявна область у землі, де об'єкт буде виявлено.
- Чутливість – здатність виявляти більш менш дрібні предмети.
- Вибірковість – здатність реагувати на бажані знахідки. Солодка мрія пляжних старателів – детектор, який харчує лише дорогоцінні метали.
- Перешкодостійкість – здатність не реагувати на ЕМП сторонніх джерел: радіостанцій, грозових розрядів, ЛЕП, електротранспорту та інших джерел перешкод.
- Мобільність та оперативність визначаються енергоспоживанням (на скільки батарей вистачить), масогабаритами приладу та розмірами зони пошуку (скільки можна «промацати» за 1 прохід).
- Дискримінація, або роздільна здатність - дає оператору або керуючому мікроконтролеру можливість реакції приладу судити про характер знайденого об'єкта.
Дискримінація, своєю чергою, параметр складової, т.к. на виході металошукача є 1, максимум 2 сигналу, а величин, що визначають властивості і розташування знахідки, більше. Проте, з урахуванням зміни реакції приладу під час наближення до об'єкта, у ньому виділяються 3 складові:
- Просторова – свідчить про розташування об'єкта в зоні пошуку та глибину його залягання.
- Геометрична – дає можливість судити про форму та розміри об'єкта.
- Якісна – дозволяє робити припущення про властивості матеріалу об'єкта.
Робоча частота
Усі параметри металошукача пов'язані складним чином і багато взаємозв'язків взаємовиключні. Так, наприклад, зниження частоти генератора дозволяє досягти більшого проникнення і зони пошуку, але ціною збільшення енергоспоживання, і погіршує чутливість і мобільність внаслідок зростання розмірів котушки. Загалом кожен параметр та його комплекси однак прив'язані до частоті генератора. Тому початкова класифікація металошукачів будується за діапазоном робочих частот:- Наднизькочастотні (СНЧ) – до перших сотень Гц. Абсолютно не аматорські прилади: енергоспоживання від десятків Вт, без комп'ютерної обробки за сигналом ні про що не можна судити, для переміщення потрібен автотранспорт.
- Низькочастотні (НЧ) – від сотень Гц до кількох кГц. Прості схемотехнічно та конструктивно, завадостійкі, але мало чутливі, дискримінація погана. Проникнення – до 4-5 м при енергоспоживання від 10 Вт (т. зв. глибинні металодетектори) або до 1-1,5 м при живленні від батарейок. Реагують найгостріше на феромагнітні матеріали (чорний метал) або великі маси діамагнітних (бетонні та кам'яні будівельні конструкції), тому іноді називаються магнітодетекторами. До властивостей ґрунту мало чутливі.
- Підвищеної частоти (ПЧ) – до кількох десятків кГц. Складніше НЧ, але вимоги до котушки невисокі. Проникнення – до 1-1,5 м, завадостійкість на трієчку, гарна чутливість, задовільна дискримінація. Можуть бути універсальними при використанні в імпульсному режимі, див. На обводнених або мінералізованих ґрунтах (з уламками або частинками скельних порід, що екранують ЕМП) працюють погано або зовсім нічого не чують.
- Високі, або радіочастоти (ВЧ або РЧ) – типові металошукачі «на золото»: відмінна дискримінація на глибину до 50-80 см у сухих непровідних та немагнітних ґрунтах (пляжний пісок тощо) Енергоспоживання – як у перед. п. Решта – на межі «невдача». Ефективність приладу багато в чому залежить від конструкції та якості виконання котушки (котушок).
Примітка: мобільність металошукачів за пп. 2-4 хороша: від одного комплекту сольових елементів («батарейок») АА і без перевтоми оператора можна працювати до 12 год.
Особняком стоять імпульсні металошукачі. У них первинний струм у котушку надходить імпульсами. Задавши частоту проходження імпульсів у межах НЧ, а їх тривалість, яка визначає спектральний склад сигналу, що відповідає діапазонам ПЧ-ВЧ, можна отримати металодетектор, що поєднує в собі позитивні властивості НЧ, ПЧ та ВЧ або перебудовується.
Метод пошуку
Налічується щонайменше 10 методів пошуку предметів з допомогою ЭМП. Але такі, як, скажімо, метод безпосереднього оцифрування сигналу у відповідь з комп'ютерною обробкою – доля професійного застосування.
Саморобний металошукач схемотехнічно будують найбільше наступними способами:
- Параметричним.
- Прийом-передаючим.
- З накопиченням фази.
- На биття.
Без приймача
Параметричні металошукачі певною мірою випадають із визначення принципу дії: у них немає ні приймача, ні приймальної котушки. Для детекції використовується безпосередньо вплив об'єкта параметри котушки генератора – індуктивність і добротність, а структура ЭМП значення немає. Зміна параметрів котушки веде до зміни частоти і амплітуди коливань, що виробляються, що фіксується різними способами: вимірюванням частоти і амплітуди, по зміні струму споживання генератора, вимірюванням напруги в петлі ФАПЧ (системи фазової автопідстроювання частоти, «підтягує» її до заданого значення) і ін.
Параметричні металошукачі прості, дешеві і стійкі до перешкод, але користування ними вимагає певних навичок, т.к. частота "пливе" під впливом зовнішніх умов. Чутливість у них слабка; Найбільше використовуються як магнітодетектори.
З приймачем та передавачем
Пристрій приймальнопередавального металошукача показано на рис. на початку, до пояснення принципу дії; там же описано і принцип роботи. Такі прилади дозволяють досягти найкращої ефективності у своєму діапазоні частот, але складні схемотехнічно, вимагають особливо якісної системи котушок. Приймачі металошукачі з однією котушкою називаються індукційними. Їх повторюваність краще, т.к. проблема правильного розташування котушок щодо один одного відпадає, але схемотехніка складніша – потрібно виділити слабкий вторинний сигнал на тлі сильного первинного.
Примітка: в імпульсних прийомопередаючих металошукачах проблеми виділення також вдається позбутися. Пояснюється це тим, що як вторинний сигнал «ловлять» т. зв. "хвіст" перевипромінюваного об'єктом імпульсу. Первинний імпульс внаслідок дисперсії при перевипромінюванні розпливається, і частина вторинного імпульсу виявляється у проміжку між первинними, звідки її нескладно виділити.
До клацання
Металошукачі з накопиченням фази, або фазочутливі, бувають або однокатушковими імпульсними, або з двома генераторами, що працюють кожен на свою котушку. У першому випадку використовується той факт, що імпульси при перевипромінюванні як розпливаються, а й затримуються. У часі зсув фаз наростає; коли він досягає певної величини, дискримінатор спрацьовує і в навушниках лунає клацання. У міру наближення до об'єкта клацання стає частіше і зливається в звук все більш високого тону. Саме на цьому принципі збудовано «Пірат».
У другому випадку техніка пошуку та ж, але працюють 2 строго симетричних електрично та геометрично генератора, кожен на свою котушку. При цьому внаслідок взаємодії їх ЕМП відбувається взаємна синхронізація: генератори працюють у такт. При спотворенні загального ЕМП починаються зриви синхронізації, що чуються як ті ж клацання, а потім тон. Двокотушкові металошукачі зі зривом синхронізації простіше імпульсні, але менш чутливі: проникнення їх у 1,5-2 рази менше. Дискримінація в обох випадках близька до відмінної.
Фазочутливі металодетектори - улюблені інструменти курортних старателів. Аси пошуку налаштовують свої прилади так, що точно над об'єктом звук знову пропадає: частота клацання переходить в ультразвукову область. Таким способом на черепашковому пляжі вдається знаходити золоті сережки розміром з ніготь на глибині до 40 см. Однак на ґрунті з дрібними неоднорідностями, обводненому та мінералізованому, металошукачі з накопиченням фази поступаються іншим, крім параметричних.
За писком
Биття 2-х електросигналів - сигнал з частотою, що дорівнює сумі або різниці основних частот вихідних сигналів або кратних їм - гармонік. Так, напр., якщо на входи спеціального пристрою - змішувача - подати сигнали з частотами 1 МГц і 1000500 Гц або 1,0005 МГц, а до виходу змішувача підключити навушники або динамік, то почуємо чистий тон 500 Гц. Якщо ж 2-й сигнал буде 200 100 Гц чи 200,1 кГц, станеться те саме, т.к. 200100 х 5 = 1000500; ми «зловили» 5 гармонію.
У металошукачі на биттях діють 2 генератори: опорний та робочий. Котушка коливального опорного контуру маленька, захищена від сторонніх впливів, або його частота стабілізована кварцовим резонатором (просто - кварцом). Контурна котушка робочого (пошукового) генератора – пошукова, та її частота залежить від наявності предметів у зоні пошуку. Перед пошуком робочий генератор налаштовують нульові биття, тобто. до збігу частот. Повного нуля звуку зазвичай не досягають, а налаштовують до дуже низького тону або хрипу, так зручніше шукати. За зміною тону биття судять про наявність, величину, властивості та розташування об'єкта.
Примітка: найчастіше частоту пошукового генератора беруть у кілька разів нижче за опорну і працюють на гармоніках. Це дозволяє, по-перше, уникнути шкідливого у разі взаємного впливу генераторів; по-друге, точніше налаштувати прилад, по-третє, вести пошук на оптимальній у разі частоті.
Металошукачі на гармоніках загалом складніші за імпульсні, проте працюють на будь-якому грунті. Правильно виготовлені та налаштовані, вони не поступаються імпульсним. Про це можна судити хоча б з того, що золотошукачі-пляжники ніяк не зійдуться в думках, що краще: імпульсник чи биття?
Котушка та інше
Найпоширеніша помилка радіоаматорів-початківців – абсолютизація схемотехніки. Мовляв, якщо схема "крута", то все буде тип-топ. Щодо металошукачів це вдвічі не так, т.к. їх експлуатаційні переваги найсильніше залежать від конструкції та якості виготовлення пошукової котушки. Як висловився якийсь курортний старатель: "Знахідність детектора повинна тягнути кишеню, а не ноги".
При розробці приладу його схему та параметри котушки підганяють один до одного до отримання оптимуму. Певна схема з «чужою» котушкою якщо й почне працювати, то до заявлених параметрів не дотягне. Тому, вибираючи прототип для повторення, дивіться передусім опис котушки. Якщо вона неповна або неточна – краще будувати інший прилад.
Про розміри котушки
Велика (широка) котушка ефективніше випромінює ЕМП і глибше «просвітить» ґрунт. Її зона пошуку ширша, що дозволяє зменшити «знахідність ногами». Однак, якщо в зоні пошуку виявиться великий непотрібний предмет, його сигнал «заб'є» слабкий від дрібниці, що шукається. Тому бажано брати чи робити металодетектор, розрахований працювати з котушками різного розміру.
Примітка: типові діаметри котушок 20-90 мм для пошуку арматури та профілів, 130-150 мм «на пляжне золото» та 200-600 мм «на велике залізо».
Монопетля
Традиційний тип котушки детектора металу т. зв. тонка котушка або Mono Loop (одинарна петля): кільце з багатьох витків емальованого мідного дроту шириною і товщиною в 15-20 разів менше середнього діаметра кільця. Переваги котушки-монопетлі – слабка залежність параметрів від типу грунту, зона пошуку, що звужується донизу, що дозволяє, рухаючи детектор, точніше визначати глибину і розташування знахідки, і конструктивна простота. Недоліки - мала добротність, чому в процесі пошуку «пливе» налаштування, схильність до перешкод і розпливчаста реакція на об'єкт: робота з монопетлею вимагає значного досвіду користування даним конкретним екземпляром приладу. Саморобні металошукачі початківцям рекомендується робити з монопетлею, щоб без особливих проблем отримати працездатну конструкцію та набути з нею пошукового досвіду.
Індуктивність
При виборі схеми, щоб переконатися у достовірності обіцянок автора, і тим більше при самостійному конструюванні чи доопрацюванні, потрібно знати індуктивність котушки та вміти її розраховувати. Навіть якщо ви робите металошукач із покупного набору, індуктивність все одно потрібно перевірити вимірами або розрахунком, щоб не ламати потім голову: чому, все ось начебто справно, а не пищить.
Калькулятори для розрахунку індуктивності котушок є в інтернеті, але комп'ютерна програма всі випадки практики не може передбачити. Тож на рис. дана стара, десятиліттями перевірена номограма для розрахунку багатошарових котушок; тонка котушка - окремий випадок багатошарової.
Для розрахунку пошукової монопетлі номограмою користуються так:
- Беремо величину індуктивності L з опису приладу та розміри петлі D, l і t звідти або за своїм вибором; Типові значення: L = 10 мГн, D = 20 см, l = t = 1 см.
- За номограмою визначаємо кількість витків w.
- Задаємося коефіцієнтом укладання k = 0,5, за розмірами l (висота котушки) і t (ширина її) визначаємо площу перерізу петлі та знаходимо площу чистої міді в ній як S = klt.
- Поділивши S на w, отримаємо переріз обмотувального дроту, а по ньому – діаметр дроту d.
- Якщо вийшло d = (0,5 ... 0,8) мм, все ОК. В іншому випадку збільшуємо l і t при d>0,8 мм або зменшуємо при d<0,5 мм.
Перешкодостійкість
Монопетля добре «ловить» перешкоди, т.к. влаштована так само, як рамкова антена. Збільшити її стійкість до перешкод можна, по-перше, помістивши обмотку в т. зв. екран Фарадея (Faraday shield): металеву трубку, обплетення або обмотку з фольги з розривом, щоб не утворився короткозамкнутий виток, який з'їсть всі ЕМП котушки, див. рис. праворуч. Якщо на вихідній схемі біля позначення пошукової котушки є пунктирна лінія (див. схеми далі), це означає, що котушка даного приладу обов'язково повинна бути поміщена в екран Фарадея.
Також обов'язково екран з'єднується із загальним дротом схеми. Тут таїться каверза для новачків: заземлюючий провідник потрібно підключати до екрану строго симетрично розрізу (див. той же рис.) і підводити його до схеми також симетрично щодо сигнальних проводів, інакше перешкоди все-таки «пролізуть» в котушку.
Екран поглинає деяку частку пошукового ЕМП, що знижує чутливість приладу. Особливо цей ефект помітний у імпульсних металошукачах; їх котушки взагалі не можна екранувати. У такому разі збільшення перешкодозахищеності можна досягти, симетруючи обмотку. Суть у цьому, що з віддаленого джерела ЭМП котушка – точковий об'єкт, та е.д.с. перешкод у її половинах подавлять одне одного. Симетрична котушка може знадобитися і схемно, якщо двотактний генератор або індуктивна триточка.
Однак симетрувати котушку звичним радіоаматорам біфілярним способом (див. рис.) в даному випадку не можна: при знаходженні в полі біфілярної котушки провідних та/або феромагнітних предметів її симетрія порушується. Тобто перешкодостійкість металошукача пропаде саме тоді, коли вона найбільше потрібна. Тому симетрувати котушку-монопетлю потрібно перехресним намотуванням, див. той же рис. Її симетрія не порушується за жодних обставин, але мотати тонку котушку з великою кількістю витків перехресним способом – пекельна праця, і тоді краще зробити козинку.
Кошик
Кошикові котушки мають всі переваги монопетель ще більшою мірою. До того ж, котушки-кошики стабільніші, їхня добротність вища, а те, що котушка плоска – подвійний плюс: чутливість та дискримінація зростуть. До перешкод корзинкові котушки менш сприйнятливі: шкідливі е.р.с. в дротах, що перехрещуються, гасять один одного. Єдиний мінус – для котушок-кошиків потрібна точно зроблена жорстка та міцна оправка: загальна сила натягу багатьох витків досягає великих величин.
Кошикові котушки конструктивно бувають плоскими і об'ємними, але електрично об'ємний «кошик» еквівалентний плоскій, тобто. створює таку ж ЕМП. Об'ємна корзинкова котушка ще менш чутлива до перешкод і, що важливо для імпульсних металошукачів, дисперсія імпульсу в ній є мінімальною, тобто. легше зловити дисперсію, спричинену об'єктом. Переваги оригінального металошукача «Пірат» багато в чому обумовлені тим, що його «рідна» котушка – об'ємний кошик (див. рис.), проте його намотування складне і трудомістке.
Новачку самостійно краще мотати плоский кошик, див. рис. нижче. Для металошукачів «на золото» або, скажімо, для описаних далі металошукача-«метелика» і простого прийомопередаючого 2-котушкового гарною оправкою будуть непридатні комп'ютерні диски. Їхня металізація не зашкодить: вона дуже тонка і нікелева. Неодмінна умова: непарне, і ніяк інакше, кількість прорізів. Номограма для розрахунку плоского кошика не потрібна; розрахунок ведуть таким чином:
- Задаються діаметром D2, що дорівнює зовнішньому діаметру оправки мінус 2-3 мм, і беруть D1 = 0,5D2, це оптимальне співвідношення для пошукових котушок.
- За формулою (2) на рис. обчислюють кількість витків.
- По різниці D2 - D1 з урахуванням коефіцієнта плоского укладання 0,85 обчислюють діаметр дроту в ізоляції.
Як не треба і треба мотати кошики
Деякі любителі беруться самостійно мотати об'ємні кошики способом, показаним на рис. нижче: роблять оправлення із ізольованих цвяхів (поз. 1) або саморізів, мотають за схемою, поз. 2 (в даному випадку, поз. 3, для кількості витків, кратного 8; через кожні 8 витків «візерунок» повторюється), потім запінюють, поз. 4 оправку витягують, а зайву піну обрізають. Але незабаром виявляється, що натягнуті витки порізали піну і вся робота пішла некруто. Тобто, щоб намотати надійно, потрібно відрізки міцного пластику вклеїти в отвори основи і тільки тоді мотати. І пам'ятайте: самостійний розрахунок об'ємної котушки кошика без відповідних комп'ютерних програм неможливий; методика для плоского кошика у разі неприменима.
ДД котушки
ДД у цьому випадку означає не дальнодія, а подвійний чи диференційний детектор; у оригіналі – DD (Double Detector). Це котушка з 2-х однакових половин (плеч), складених із деяким перетином. При точному електричному та геометричному балансі плечей ДД пошукове ЕМП стягується в зону перетину, праворуч на рис; ліворуч – котушка-монопетля та її поле. Найменша неоднорідність простору в зоні пошуку викликає розбаланс, і з'являється сильний різкий сигнал. ДД-котушка дозволяє недосвідченому шукачеві виявити дрібний глибокий предмет, що добре проводить, коли поруч з ним і вище залягла іржава банка.
Котушки ДД чітко орієнтовані "на золото"; всі металошукачі з маркуванням GOLD комплектуються ними. Однак на дрібно-неоднорідних та/або провідних ґрунтах вони або зовсім відмовляють, або часто дають неправдиві сигнали. Чутливість ДД котушки дуже висока, але дискримінація близька до нульової: сигнал або граничний або його зовсім немає. Тому металодетектори з ДД котушками віддають перевагу шукачам, яких цікавить лише «знахідність на кишеню».
Примітка: докладніше про ДД котушки можна буде дізнатися далі в описі відповідного металошукача. Мотають плечі ДД або внавал, як монопетлю, на спеціальній оправці, див. далі, або кошиками.
Як кріпити котушку
Готові каркаси та оправки для пошукових котушок продаються в широкому асортименті, але з накрутками продавці не соромляться. Тому багато любителів роблять основу котушки з фанери, зліва на рис.
Декілька конструкцій
Параметричні
Найпростіший металошукач для пошуку арматури, проводки, профілів та комунікацій у стінах та перекриттях можна зібрати за рис. Стародавній транзистор МП40 без будь-якого змінюється на КТ361 або його аналоги; Щоб застосувати транзистори pnp, необхідно змінити полярність батареї.
Цей металошукач – магнітодетектор параметричного типу, що працює на НЧ. Тон звуку в навушниках можна змінювати, підбираючи ємність С1. Під впливом об'єкта тон знижується, на відміну всіх інших типів, тому спочатку потрібно домагатися «комариного писку», а чи не хрипу чи бурчання. Прилад відрізняє проводку під струмом від порожній, на тон накладається гул 50 Гц.
Схема – імпульсний генератор з індуктивним зворотним зв'язком та стабілізацією частоти LC-контуром. Контурна котушка – вихідний трансформатор від старого транзисторного приймача або малопотужний «базарно-китайський» силовий низьковольтний. Дуже добре підходить трансформатор від непридатного джерела живлення польської антени, в його корпусі, зрізавши мережеву вилку, можна зібрати і весь пристрій, тоді запитати його краще від літієвої батарейки-таблетки на 3 В. Обмотка II на рис. – первинна чи мережева; I – вторинна або знижувальна на 12 В. Саме так, генератор працює з насиченням транзистора, що забезпечує нікчемне енергоспоживання та широкий спектр імпульсів, що полегшує пошук.
Щоб перетворити трансформатор на датчик, його магнітопровід потрібно розімкнути: зняти каркас з обмотками, прибрати прямі перемички сердечника – ярма – а Ш-подібні пластини скласти в один бік, як праворуч на рис., потім надіти обмотки назад. При справних деталях пристрій починає працювати відразу; якщо ні - потрібно поміняти місцями кінці кожної з обмоток.
Параметрична схема складніша – на рис. праворуч. L з конденсаторами С4, С5 та С6 налаштовується на 5, 12,5 та 50 кГц, а кварц пропускає на вимірювач амплітуди 10-у, 4-у гармоніки та основний тон відповідно. Схемка більше на любителя попаяти на столі: метушні з налаштуванням багато, а «чуття», як то кажуть, ніяке. Наводиться лише для прикладу.
Приймальний
Набагато чутливіше прийомопередаючі металошукач з ДД котушкою, який можна без особливих труднощів зробити в домашніх умовах, див. рис. Зліва – передавач; праворуч – приймач. Саме там описані властивості різних типів ДД.
Цей металошукач – НЧ; пошукова частота близько 2 кгц. Глибина виявлення: радянський п'ятак – 9 см, консервна бляшанка – 25 см, каналізаційний люк – 0,6 м. Параметри «трійкові», але можна освоїти методику роботи з ДД, перш ніж переходити до складніших конструкцій.
Котушки містять по 80 витків дроту ПЕ 0,6-0,8 мм, намотаних внавал на оправлення товщиною 12 мм, креслення якої показано на рис. зліва. Взагалі прилад до параметрів котушок не критичний, були б однакові і розташовані строго симетрично. Загалом хороший і дешевий тренажер для тих, хто хоче освоїти будь-яку техніку пошуку, в т.ч. "на золото". Хоча чутливість цього металошукача і невисока, дискримінація дуже хороша незважаючи на використання ДД.
Для налагодження приладу спочатку замість L1 передавача включають навушники і тону в них переконуються, що генератор працює. Потім закорочують L1 приймача і підбором R1 і R3 встановлюють на колекторах VT1 і VT2 відповідно напруга, що дорівнює приблизно половині напруги живлення. Далі R5 виставляють струм колектора VT3 в межах 5..8 мА, розмикають приймача L1 і все, можна шукати.
З накопиченням фази
Конструкції у цьому розділі показують усі переваги методу накопичення фази. Перший металошукач переважно будівельного призначення обійдеться недорого, т.к. його найбільш трудомісткі частини зроблені з картону, див.
Налагодження прилад не вимагає; інтегральний таймер 555 - аналог вітчизняної ІМС (інтегральної мікросхеми) К1006ВІ1. Усі перетворення сигналу відбуваються у ній; Метод пошуку – імпульсний. Єдина умова - динамік потрібен п'єзоелектричний (кристалічний), звичайний динамік або навушники перевантажать ІМС і вона скоро вийде з ладу.
Індуктивність котушки – близько 10 мГн; робоча частота – не більше 100-200 кГц. При товщині оправки 4 мм (1 шар картону) котушка діаметром 90 мм містить 250 витків дроту ПЕ 0,25, а 70-мм – 290 витків.
Металошукач «Метелик», див. рис. праворуч, за своїми параметрами вже близький до професійних приладів: радянський п'ят знаходить на глибині 15-22 см залежно від ґрунту; каналізаційний люк – на глибині до 1 м. діє на зривах синхронізації; схема, плата та вид монтажу – на рис. нижче. Врахуйте, тут 2 окремі котушки діаметром 120-150 мм, а не ДД! Перетинатися вони не повинні! Обидва динаміки - п'єзоелектричні, як і в перед. випадку. Конденсатори – термостабільні, слюдяні чи високочастотні керамічні.
Властивості «Метелика» покращаться, а налаштувати її буде простіше, якщо, по-перше, намотати котушки плоскими кошиками; індуктивність визначається за заданою робочою частотою (до 200 кГц) та ємностями контурних конденсаторів (по 10 000 пФ на схемі). Діаметр дроту – від 0,1 до 1 мм, що більше, то краще. Відведення в кожній котушці робиться від третини витків рахуючи від холодного (нижнього за схемою) кінця. По-друге, якщо окремі транзистори замінити 2-х транзисторною збіркою для схем дифузивників К159НТ1 або її аналогами; вирощена на одному кристалі пара транзисторів має однакові параметри, що важливо для схем зі зривом синхронізації.
Для налагодження «Метелика» потрібно точно підігнати індуктивність котушок. Автор конструкції рекомендує розсувати-зрушувати витки або підлаштовувати котушки феритом, але з точки зору електромагнітної та геометричної симетрії краще буде підключити паралельно ємностям по 10 000 пФ підстроювальні конденсатори на 100-150 пФ і крутити їх при налаштуванні в різні.
Власне налагодження нескладно: щойно зібраний прилад пищить. По черзі підносимо до котушок алюмінієву каструльку чи пивну банку. До однієї – писк стає вищим і голоснішим; до іншої - нижче і тихіше або зовсім замовкає. Тут трохи додаємо ємності підстроєчника, а в протилежному плечі прибираємо. За 3-4 цикли можна досягти повної тиші в динаміках - прилад готовий до пошуку.
Ще про «Пірат»
Повернемося до уславленого «Пірату»; він імпульсний прийомопередавальний з накопиченням фази. Схема дуже прозора і може вважатися класикою для даного випадку.
Передавач складається з генератора (ЗГ), що задає, на тому ж 555-му таймері і потужного ключа на Т1 і Т2. Зліва – варіант ЗГ без ІМС; в ньому доведеться виставити по осцилограф частоту проходження імпульсів 120-150 Гц R1 і тривалість імпульсу 130-150 мкс R2. Котушка L – загальна. Обмежувач на діодах D1 та D2 на струм від 0,5 А рятує підсилювач приймача QP1 від навантаження. На QP2 зібраний дискримінатор; разом вони складають здвоєний операційний підсилювач К157УД2. Власне "хвостики" перевипромінюваних імпульсів накопичуються в ємності С5; коли "резервуар переповнюється", на виході QP2 проскакує імпульс, який посилюється Т3 і дає клацання динаміці. Резистор R13 регулює швидкість заповнення «резервуару» і, отже, чутливість приладу. Ще про «Пірат» можна дізнатися з відео:
Відео: металошукач "Пірат"
а про особливості його налаштування – з наступного ролика:
Відео: налаштування порога металошукача "Пірат"
На биттях
Бажаючі відчути всю красу процесу пошуку на биття зі змінними котушками можуть зібрати металошукач за схемою на рис. Його особливість, по-перше, економічність: вся схема зібрана на КМОП-логіці і без об'єкта споживає дуже маленький струм. Друге – прилад працює на гармоніках. Опорний генератор на DD2.1-DD2.3 стабілізовано кварцом ZQ1 на 1 МГц, а пошуковий на DD1.1-DD1.3 працює на частоті близько 200 кГц. При налаштуванні пристрою перед пошуком потрібну гармоніку «ловлять» варикапом VD1. Змішування робочого та опорного сигналів відбувається в DD1.4. Третє – цей металошукач придатний для роботи зі змінними котушками.
ІМС 176-ї серії краще замінити на такі ж 561-ї, струм споживання зменшиться, а чутливість приладу зросте. Замінювати старі радянські навушники ТОМ-1 (краще ТОН-2) на низькоомні від плеєра просто так не можна: вони перевантажать DD1.4. Потрібно або поставити підсилювач на кшталт "піратського" (C7, R16, R17, T3 і динамік на схемі "Пірата"), або використовувати п'єзодинамік.
Налаштування після збирання цей металошукач не вимагає. Котушки – монопетлі. Їхні дані на оправці товщиною 10 мм:
- Діаметр 25 мм - 150 витків ПЕВ-1 0,1 мм.
- Діаметр 75 мм - 80 витків ПЕВ-1 0,2 мм.
- Діаметр 200 мм – 50 витків ПЕВ-1 0,3 мм.
Простіше не буває
Тепер виконаємо цю спочатку обіцянку: розповімо, як зробити, нічого не тямлячи в радіотехніці, металодетектор, який шукає. Металошукач «простіше» збирається з радіоприймача, калькулятора, картонної або пластикової коробки з відкидною кришкою та відрізків двостороннього скотчу.
Металошукач «з радіо» імпульсний, проте для виявлення об'єктів використовується не дисперсія і не запізнення з накопиченням фази, а поворот вектора магнітного ЕМП при перевипромінюванні. На форумах про цей пристрій пишуть різне, від "супер" до "відстій", "розведення" і слів, які на листі вживати не прийнято. Так от, щоб вийшло якщо не "супер", але хоча б цілком працездатний пристрій, його складові - приймач і калькулятор - повинні задовольняти певним вимогам.
Калькуляторпотрібен найроздратованіший і найдешевший, «альтернативний». Роблять такі в офшорних підвальниках. Про норми на електромагнітну сумісність побутової техніки там уявлення не мають, а якщо про щось таке і чули, то чхати хотіли від душі та зверхньо. Тому тамтешні вироби є досить сильними джерелами імпульсних радіоперешкод; їх пропонує тактовий генератор калькулятора. У разі його строб-импульсы в ефірі використовуються для зондування простору.
Приймачпотрібен теж дешевий, від подібних виробників, без жодних засобів підвищення стійкості до перешкод. У ньому повинен бути діапазон АМ і, що абсолютно необхідно, магнітна антена. Оскільки приймачі з прийомом коротких хвиль (КВ, SW) на магнітну антену рідко продаються і коштують дорого, доведеться обмежитися середніми хвилями (СВ, MW), але це полегшить налаштування.
- Розгортаємо коробку з кришкою в книжку.
- На тильні сторони калькулятора та радіо наклеюємо смужки скотчу та закріплюємо обидва пристрої в коробці, див. рис. праворуч. Приймач – бажано у кришці, щоб був доступ до органів управління.
- Включаємо приймач, шукаємо налаштуванням на максимальній гучності вгорі АМ діапазону (діапазонів) ділянку, вільну від радіостанцій і якомога чистішу від ефірних шумів. Для СВ це буде близько 200 м або 1500 кГц (1,5 МГц).
- Включаємо калькулятор: приймач повинен загудіти, захрипіти, загарчати; загалом, дати тон. Гучність не прибираємо!
- Якщо тону немає, обережно і плавно підлаштовуємося, доки з'явиться; це ми зловили якусь із гармонік строб-генератора калькулятора.
- Потихеньку складаємо «книжку», поки тон не послабшає, не стане музичнішим чи зовсім не пропаде. Швидше за все, це станеться при розвороті кришки близько 90 градусів. Таким чином ми знайшли положення, в якому магнітний вектор первинних імпульсів орієнтований перпендикулярно до осі феритового стрижня магнітної антени і вона їх не приймає.
- Фіксуємо кришку у знайденому положенні пінопластовим вкладишем та гумкою або підпірками.
Примітка: Залежно від конструкції приймача можливий зворотний варіант – для налаштування на гармоніку приймач кладуть на включений калькулятор, а потім, розкладаючи «книжечку», домагаються пом'якшення або зникнення тону. У такому разі приймач ловитиме відбиті від об'єкта імпульси.
А що далі? Якщо поблизу розкриття «книжки» виявиться електропровідний або феромагнітний предмет, він перевипромінюватиме зондуючі імпульси, але їх магнітний вектор повернеться. Магнітна антена їх «відчує», приймач знову дасть тон. Тобто ми вже щось знайшли.
Щось дивне наостанок
Є повідомлення ще про одного металошукача «для повних чайників» з калькулятором, тільки замість радіо потрібні нібито 2 комп'ютерні диски, CD та DVD. Ще – п'єзонавушники (саме п'єзо, за запевненнями авторів) та батарейка «Крона». Відверто кажучи, виглядає цей витвір техноміфом, на кшталт пам'ятної ртутної антени. Але чим чорт не жартує. Ось вам відео:
спробуйте, якщо хочете, може щось там і знайдеться, і в предметному і в науково-технічному сенсі. Успіхів!
Як додаток
Схем та конструкцій металошукачів налічуються сотні, якщо не тисячі. Тому на додаток до матеріалу даємо ще список моделей, крім згаданих у тесті, що мають, як кажуть, ходіння в РФ, не надмірно дорогих і доступних для повторення або самоскладання:
- Клон. 8 оцінок, середня: 4,88 із 5)
Безперервна робота з максимальними налаштуваннями глибини може допомогти вилучити цілі, що глибоко залягають. В іншому випадку налаштовувати глибину недоцільно. Тестувати збільшення глибини виявлення найкраще у спеціально підготовленому для цього місці у полі чи на власній земельній ділянці.
Ось 9 порадпро те, як досягти максимальної продуктивності котушки металошукача по глибині.
1. Чутливість
Налаштування чутливості – найпопулярніший спосіб збільшити глибину. Зазвичай, коли чутливість підвищується, збільшується і глибина. Але майте на увазі, що є і побічний ефект, оскільки занадто високо чутливість може знизити ймовірність ідентифікації мети, а також звести вас з розуму постійними звуками, що хаотично видаються.
2. Баланс ґрунту
Кожен сучасний металошукач зазвичай має функцію балансу ґрунту. Правильно визначити його та встановити – це прямий шлях до збільшення глибини. Адже від мінералізації ґрунту багато залежить, у тому числі й те, на якій глибині ви будете виявляти цілі.
3. Проводьте котушкою якомога ближче до землі
Простий розрахунок: якщо ви зможете наблизити котушку до землі на 1,5 см, то і глибина виявлення збільшиться на ті самі 1,5 см. Іноді цього досить, щоб зловити слабкий сигнал від монети. Іноді трава заважає рухати котушку ближче до землі. У такому разі беріть котушку побільше і важче, їй простіше зім'яти рослинність. Однак подбайте про її додатковий захист.
4. Зниження дискримінації
Дуже глибоко залягають цілі часто визначаються металошукачем неправильно. Але ви ніколи не засічете ці численні помилкові спрацьовування, якщо рівень дискримінації занадто високий, наприклад, як за програмами «Монети». Зменшення дискриму до мінімуму може призвести до успіху. Можливо, ви відкопаєте стародавній артефакт, а не ще один цвях.
5. Усунення перешкод
Дуже багато перешкод йде у цивілізованих місцях, а також біля ліній електропередач та закопаних кабелів. Працюючі електроприлади теж досить сильно фонують. Зазвичай у разі знижують чутливість, але це зменшує глибину. Тому краще постарайтеся працювати подалі від перешкод. Також вимкніть мобільник і приберіть із кишень усі металеві предмети. Не носіть взуття із металевими елементами. Не складайте співали кабелю від котушки на саму котушку.
6. Спеціальні налаштування та девайси
Вивчіть інструкцію до свого металошукача вздовж і впоперек. Ваш прилад може мати якісь унікальні параметри, які можуть допомогти вам краще чути та бачити глибинні цілі. Деякі детектори бувають спеціально створені для того, щоб посилювати глибокі, але слабкі сигнали, наприклад, останнім часом було деяке пожвавлення серед вітчизняних пошукових систем з приводу глибинної прошивки металошукача Signum MFT. Або також добрий результат дає використання глибинних насадок. XP випустила таку нещодавно для Deus.
7. Велика котушка
Пошукові котушки великих розмірів дають більшу глибину виявлення та чіткіші показання від цілей. Обережно! Велика котушка може мати велику вагу. Тому до металошукача добре було б придбати спеціальне розвантаження, яке полегшує носіння приладу. Нагадаємо, що велика котушка не може бути ефективною на сильно засмічених залізом ділянках та на високомінералізованих ґрунтах.
8. Експериментуйте зі швидкістю проводки
Наприклад, швидке пересування з Fisher F75 дає більше шансів виявлення глибоких цілей, ніж повільне. Знову ж таки звертайтеся до посібника користувача і невпинно проводите тести - яка швидкість пересування для вашого металошукача дає більш глибоко проникаючий сигнал.
9. Носіть навушники
Якщо ви використовуєте звичайний динамік металошукача, то цілком закономірно можете банально не відрізняти сигнали від глибинних цілей. У навушниках ви відволікаєтеся від зовнішніх шумів і вловлюєте швидкі, слабкі сигнали. Якщо навушники ви використовувати з яких-небудь причин ви не хочете, спробуйте провести серію повітряних тестів і запам'ятати звуки для найбільш віддалених цілей. Іноді крихітні, непомітні зміни в аудіо-тоні не відображаються на дисплеї металошукача.
Принцип роботи
На пошукову головку-випромінювач (індуктивності 0.2-0.3 мкГн) імпульсного детектора металів подаються імпульси з частотою прямування 40 - 200 Гц великої сили струму (до 20 А) і напругою до 200 В. Якщо поряд з випромінювачем немає металевого предмета, то задній залишається коротким. У разі близького розташування труби, кабелю або чогось струмопровідного, задній фронт затягується.
Рис.1. Тимчасова діаграма імпульсного металодетектора
На основі аналізу перехідного процесу можна будувати висновки про наявність як металевого предмета, а й вид металу.
Структурна схема
В основу приладу покладено схему, розроблену Ю.Колоколовим, з обробкою параметрів імпульсу за допомогою мікроконтролера. Це дозволило спростити схемотехніку пристрою без зниження технічних характеристик.
Технічні характеристики металошукача:
Напруга живлення: 7,5 - 14 Ст.
Споживаний струм: 90 мА.
Глибина виявлення:
- Монета діаметром 25 мм: 0,23м;
- пістолет: 0,40 м;
- Каска: 0,60 м.
Рис.2. Структурна схема металошукача
"Родзинкою" цієї схеми є застосування диференціального підсилювача у вхідному каскаді. Він служить для посилення сигналу, напруга якого вища за напругу живлення. Подальше посилення забезпечує приймальний підсилювач. Для вимірювання корисного сигналу призначено перший інтегратор. Під час прямого інтегрування виробляється накопичення корисного сигналу, а під час зворотного інтегрування - перетворення результату цифрову форму. Другий інтегратор має велику постійну інтегрування (240 мс) і служить для балансування підсилювального тракту постійного струму.
Принципова схема
Принципова схема імпульсного металошукача наведено на рис. 3.
Рис.3. Принципова схема металошукача
Потужний ключ зібраний на польовому транзисторі VT1. Так як польовий транзистор IRF740 має ємність затвора більше 1000пФ, його швидкого закриття використовується попередній каскад на транзисторі VT2. Швидкість відкриття потужного ключа вже не така критична через те, що струм в індуктивному навантаженні наростає поступово. Резистори R1, R3 призначені для "гасіння" енергії самоіндукції. Захисні діоди VD1, VD2 обмежують перепади напруги на вході диференціального підсилювача.
Диференціальний підсилювач зібрано на D1.1. Мікросхема D1 являє собою чотиривірний операційний підсилювач TL074. Його відмінними властивостями є висока швидкодія, мале споживання, низький рівень шумів, високий вхідний опір, а також можливість роботи при напругах на входах, близьких до напруги живлення. Коефіцієнт посилення диференціального підсилювача становить близько 7 і визначається номіналами резисторів R3, R6, R9, R11. .1 що запобігає перевантаженню вхідного підсилювального тракту та забезпечує швидке входження в режим посилення слабкого сигналу. Транзистори VT3 і VT4 призначені для узгодження рівнів сигналів, що подаються з мікроконтролера на аналогові ключі.
За допомогою другого інтегратора D1.3 здійснюється автоматичне балансування вхідного підсилювального тракту по постійному струму. Постійна інтеграція 240 мс. обрана досить великий, щоб цей зворотний зв'язок не впливав на посилення корисного сигналу, що швидко змінюється. За допомогою цього інтегратора на виході підсилювача D1.2 за відсутності сигналу підтримується рівень +5.
Перший вимірювальний інтегратор виконаний на D1.4. На час інтегрування корисного сигналу відкривається ключ D2.2 відповідно закривається ключ D2.4. На ключі D2.3 реалізовано логічний інвертор. Після завершення інтегрування сигналу ключ D2.2 закривається та відкривається ключ D2.4. Накопичувальний конденсатор C6 починає розряджатися через резистор R21. Час розряду буде пропорційно напрузі, яка встановилася на конденсаторі C6 до кінця інтегрування корисного сигналу. Цей час вимірюється за допомогою мікроконтролера, який здійснює аналого-цифрове перетворення. Для вимірювання часу розряду конденсатора C6 використовуються аналоговий компаратор та таймери, які вбудовані в мікроконтролер D3.
Мікроконтролер AT90S2313 також має у своєму складі 8-бітний RISC процесор з швидкодією 10 MIPS, 32 робочих регістра, 2 кілобайти Flash ПЗУ, 128 байт ОЗУ, сторожовий таймер.
За допомогою світлодіодів VD3...VD8 проводиться світлова індикація. Кнопка S1 призначена для початкового скидання мікроконтролера. За допомогою перемикачів S2 та S3 задаються режими роботи пристрою. За допомогою змінного резистора R29 регулюється чутливість металошукача.
Алгоритм функціонування
Для роз'яснення принципу роботи описуваного імпульсного металошукача нижче наведені осцилограми сигналів у найважливіших точках приладу (рис.4)
Рис.4. Осцилограма приладу
Під час інтервалу A відкривається ключ VT1. Через котушку датчика починає протікати пилкоподібний струм. При досягненні величини струму близько 2 ключ закривається. На стоку транзистора VT1 з'являється викид напруги самоіндукції. Величина цього викиду понад 300В обмежується резисторами R1, R3. Для запобігання навантаженню підсилювального тракту служать обмежувальні діоди VD1, VD2. Також для цієї мети на час інтервалу A (накопичення енергії в котушці) та інтервалу B (викид самоіндукції) відкривається ключ D2.1. Це знижує наскрізний коефіцієнт посилення тракту з 400 до 7. На осцилограмі 3 показаний сигнал виході підсилювального тракту (висновок 8 D1.2). Починаючи з інтервалу C ключ D2.1 закривається і коефіцієнт посилення тракту стає більшим. Після завершення захисного інтервалу C, під час якого підсилювальний тракт входить у режим, відкривається ключ D2.2 і закривається ключ D2.4 - починається інтегрування корисного сигналу інтервал D. Після закінчення цього інтервалу ключ D2.2 закривається, а ключ D2.4 відкривається - Починається "зворотне" інтегрування. За цей час (інтервали E та F) конденсатор C6 повністю розряджається. За допомогою вбудованого аналогового компаратора мікроконтролер відмірює величину інтервалу E, яка виявляється пропорційною до рівня вхідного сигналу. Для версій V1.0 і V1.1 мікропрограмного забезпечення встановлені наступні значення інтервалів: A - 60...200 мкс, мкс, B - 12 мкс, C - 8 мкс, D - 50 мкс, А + В + С + D + E+F (період повторення).
Мікроконтролер обробляє отримані цифрові дані та індикує за допомогою світлодіодів VD3...VD8 та випромінювача звуку Y1 ступінь впливу мішені на датчик. Світлодіодна індикація є аналогом стрілочного індикатора - за відсутності мішені горить світлодіод VD8, далі в залежності від рівня впливу послідовно загоряються VD7,VD6 і т.д.
Налаштування приладу рекомендується проводити в наступній послідовності:
- переконатися у правильності монтажу;
Подати харчування і переконатися, що струм, що споживається, не перевищує 100 мА;
- замість резистора R7 встановити змінний резистор і обертаючи його ротор домогтися такого балансування підсилювального тракту, щоб осцилограма на виводі 7 D1.4 відповідала осцилограмі 4 (рис. 4). У цьому потрібно стежити, щоб сигнал наприкінці інтервалу D був постійним, тобто. Осцилограма в цьому місці має бути горизонтальною. Після цього змінний резистор необхідно виміряти та замінити на постійний найближчого номіналу.
Зібрати металодетектор можна з деталей набору NM8042, випущеного компанією МАЙСТЕР КІТ і включає друковану плату, корпус, повний комплект деталей та інструкцію зі збирання.
Рис.5. Зібраний металодетектор із набору NM8042 МАЙСТЕР КІТ
Пошукова головка
Пошукова головка для металодетектора – одна з найважливіших його частин. Від якості її виготовлення залежить, як працюватиме прилад.
Дані котушки - діаметр 19 см, кількість витків 27, провід ПЕВ, ПЕЛ 0,5 мм, кабель для котушки - двопровідний, багатожильний не екранований провід у гумовій ізоляції. Дана головка забезпечує чутливість виявлення монети 5 коп (СРСР) з відривом 19 -20 див в повітрі.
Рис.6. Одноконтурна головка
Одна контурна пошукова головка діаметром 19 мм не має достатньої чутливості до дрібних металевих об'єктів (наприклад ювелірних прикрас), а маленька має невелику глибину пошуку. Поєднати глибину пошуку з чутливістю до дрібних об'єктів можна виготовивши двоконтурну пошукову головку.
Рис.7. Двоконтурна головка
На шматочках ДВП розмічаємо контури майбутньої котушки (зовнішній діаметр 200 мм, внутрішній діаметр 90 мм, товщина стінок 18 мм). Намотуємо котушки. На відправленні діаметром 19,2 мм – 25 витків, на оправці діаметром 84 мм – 5 витків. Просочуємо котушки лаком і укладаємо в канавки, з'єднуючи послідовно. Заводимо кабель, розпаюємо кінці, вставляємо кабельне введення. Кладемо котушку вгору канавкою і заливаємо канавку епоксидною смолою. Після полімеризації перевертаємо котушку, вклеюємо вушка і покриваємо всю поверхню епоксидкою в 2 шари. Розпаюємо штекер, кабель обертаємо скотчем для захисту від фарби і 2-3 рази забарвлюємо котушку.
Конструкція котушки дозволяє локалізувати 1 коп (СРСР) з відривом 100 мм. Центр об'єкта дуже легко визначається, оскільки діаграма чутливості до невеликих предметів виходить конусною (у центрі на 1-2 см більше).
Верхня штанга
Для виготовлення верхньої штанги металодетектора знадобиться відрізок алюмінієвої, мідної або латунної труби діаметром 22 мм з товщиною стінок 2 мм. Його довжина - 120-140 см. З труби за допомогою трубогиб вигинається S-подібна штанга (див рис. 8).
Рис.8. Креслення штанги
З листового металу 1,5 - 2,5 мм вирізається та згинається підлокітник. Підлокітник кріпиться до штанги болтом М6. Під підлокітником знаходиться контейнер для живлення. Провід живлення пропущений усередині штанги та виведений через отвір діаметром 5 мм у районі електронного блоку. Пластикова затяжна муфта взята від щітки, що розсувається, для миття вікон. Внутрішній діаметр затяжного елемента муфти – 16 мм, зовнішній – 20 мм. Затяжний елемент вклеюється у штангу на епоксидній смолі. Неопренова ручка може бути замінена відрізком гумового шлангу або поролоновим валиком.
Нижня штанга
Нижня штанга намотана на оправці діаметром 14 мм із 6 шарів склотканини до отримання діаметра 16 мм. Довжина штанги – 500-750 мм. У моєму варіанті штанга зроблена розрізною з 2 частин по 370 мм кожна.
Загальний вигляд приладу наведено на рис. 9.
Рис.9. Загальний вигляд приладу
1.1. Принципи роботи
Металошукач за принципом "передача-прийом"
Терміни "передача-прийом" і "відбитий сигнал" у різних пошукових приладах зазвичай асоціюються з методами типу імпульсної ехо-і радіолокації, що є джерелом помилок, коли мова заходить про металошукачі. На відміну від різного роду локаторів, у металошукачах аналізованого типу як переданий (випромінюваний), так і прийнятий (відбитий) сигнали є безперервними, вони існують одночасно і збігаються за частотою.
Принцип дії металошукачів типу "передача-прийом" полягає в реєстрації сигналу, відбитого (або, як кажуть, перевипромінюваного) металевим предметом (мішенню), див., Стор. 225-228. Відбитий сигнал виникає внаслідок на мета змінного магнітного поля передавальної (випромінюючої) котушки металошукача. Таким чином, прилад даного типу має на увазі наявність як мінімум двох котушок, одна з яких є передавальної, а інша, приймальною.
Основна принципова проблема, яка вирішується в металошукачах даного типу, полягає в такому виборі взаємного розташування котушок, при якому магнітне поле випромінюючої котушки без сторонніх металевих предметів наводить нульовий сигнал у приймальній котушці (або в системі приймальних котушок). Таким чином, необхідно запобігти безпосередньому впливу випромінюючої котушки на приймальню. Поява поблизу котушок металевої мішені призведе до появи сигналу у вигляді змінної електрорушійної сили (е.д.с.) в приймальній котушці.
Спочатку може здатися, що в природі існують всього два варіанти взаємного розташування котушок, при якому не відбувається безпосередньої передачі сигналу з однієї котушки в іншу (див. рис. 1, а і б) - котушки з перпендикулярними і осями, що схрещуються.
Мал. 1. Варіанти взаємного розташування котушок датчика металошукача за принципом "передача-прийом"
Більш ретельне вивчення проблеми показує, що подібних різних систем датчиків металошукачів може бути скільки завгодно багато. Але це більш складні системи з кількістю котушок більше двох, відповідним чином включених електрично. Наприклад, на рис. 1, зображена система з однієї випромінюючої (в центрі) і двох приймальних котушок, включених зустрічно по сигналу, що наводиться випромінюючої котушкою. Таким чином, сигнал на виході системи приймальних котушок в ідеалі дорівнює нулю, тому що наводяться в котушках е.р. взаємно компенсуються.
Особливий інтерес становлять системи датчиків із компланарними котушками (тобто розташованими в одній площині). Це пояснюється тим, що за допомогою металошукачів зазвичай проводять пошук предметів, що знаходяться в землі, а наблизити датчик на мінімальну відстань до землі можна тільки в тому випадку, якщо його котушки компланарні. Крім того, такі датчики зазвичай компактні і добре вписуються в захисні корпуси типу "млинець" або "літаючої тарілки".
Основні варіанти взаємного розташування компланарних котушок наведено на рис. 2, а б. У схемі на рис. 2 а взаємне розташування котушок обрано таким, щоб сумарний потік вектора магнітної індукції через поверхню, обмежену приймальною котушкою, дорівнював нулю. У схемі рис. 2 б одна з котушок (приймальня) скручена у вигляді "вісімки", так що сумарна е.д.с, що наводиться на половинки витків приймальної котушки, розташовані в одному крилі "вісімки", компенсує аналогічну сумарну е.д.с, що наводиться в іншому крилі "вісімки". Можливі інші різноманітні конструкції датчиків з компланарними котушками, наприклад рис. 2, е.
Мал. 2. Компланарні варіанти взаємного розташування котушок металошукача за принципом "передача-прийом"
Приймальна котушка розташована всередині випромінюючої. Наведена в приймальні котушці е.р.с. компенсується спеціальним трансформаторним пристроєм, що відбирає частину сигналу випромінюючої котушки.
Металошукач на биттях
Назва "металошукач на биттях" є відлунням термінології, прийнятої в радіотехніці ще з часів перших супергетеродинних приймачів. Биттями називається явище, що найбільш помітно виявляється при складанні двох періодичних сигналів з близькими частотами і приблизно однаковими амплітудами і полягає в пульсації амплітуди сумарного сигналу. Частота пульсації дорівнює різниці частот двох сигналів, що складаються. Пропустивши такий пульсуючий сигнал через випрямляч (детектор) можна виділити сигнал різницевої частоти. Така схемотехніка довгий час була традиційною, проте нині вона вже не використовується ні в радіотехніці, ні в металошукачах. І там, і там – на зміну амплітудним детекторам прийшли синхронні детектори, але термін "на биттях" залишився досі.
Принцип дії металошукача на биттях дуже простий і полягає в реєстрації різниці частот від двох генераторів, один з яких є стабільним за частотою, а інший містить датчик - котушку індуктивності у своєму ланцюгу. Прилад налаштовується таким чином, щоб відсутність металу поблизу датчика частоти двох генераторів збігалися або були дуже близькі за значенням. Наявність металу поблизу датчика призводить до зміни його параметрів і, як наслідок, зміни частоти відповідного генератора. Ця зміна, як правило, дуже мала, проте зміна різниці частот двох генераторів вже суттєво і може бути легко зареєстрована.
Різниця частот може реєструватися різними шляхами, починаючи від найпростішого, коли сигнал різницевої частоти прослуховується на головні телефони або через гучномовець, і закінчуючи цифровими способами вимірювання частоти. Чутливість металошукача на биття залежить, крім іншого, від параметрів перетворення зміни повного опору датчика в частоту.
Зазвичай перетворення полягає в отриманні різницевої частоти стабільного генератора і генератора з котушкою датчика в ланцюгу, що частотозадає. Тому, чим вищі будуть частоти цих генераторів, тим більше буде різниця частот у відгук на появу металевої мішені поблизу датчика. Реєстрація невеликих відхилень частоти представляє певну складність. Так, на слух можна впевнено зареєструвати догляд частоти тонального сигналу щонайменше 10 Гц. Візуально, з миготіння світлодіода, можна зареєструвати догляд частоти не менше 1 Гц. Іншими способами можна домогтися реєстрації та меншої різниці частот, однак, ця реєстрація вимагатиме значного часу, що неприйнятно для металошукачів, які завжди працюють у реальному масштабі часу.
Селективність по металах таких частотах, дуже далеких від оптимальної, проявляється дуже слабко. Крім того, зсуву частоти генератора визначити фазу відбитого сигналу практично неможливо. Тому селективність у металошукача на биття відсутня.
Металошукач за принципом електронного частотоміра
Позитивною для практики стороною є простота конструкції датчика та електронної частини металошукачів на биттях та за принципом частотоміра. Такий пристрій може бути дуже компактним. Їм зручно користуватися, коли щось вже виявлено більш чутливим приладом. Якщо виявлений предмет невеликий і досить глибоко у землі, він може " загубитися " , переміститися під час розкопок. Щоб багато разів не "переглядати" громіздким чутливим металошукачем місце розкопок, бажано на завершальній стадії контролювати їх хід компактним приладом малого радіусу дії, яким можна більш точно дізнатися місцезнаходження предмета.
Однокатушковий металошукач індукційного типу
Слово "індукційний" у назві металошукачів даного типу повністю розкриває принцип їхньої роботи, якщо згадати зміст слова "inductio" (лат.) - наведення. Прилад даного типу має у складі датчика одну котушку будь-якої зручної форми, що збуджується змінним сигналом. Поява поблизу датчика металевого предмета викликає появу відбитого (перевипромінюваного сигналу), який "наводить" у котушці додатковий сигнал -електричний. Залишається цей додатковий сигнал лише виділити.
Металошукач індукційного типу отримав право на життя, головним чином через основну нестачу приладів за принципом "передача-прийом" - складності конструкції датчиків. Ця складність призводить або до високої вартості і трудомісткості виготовлення датчика, або його недостатньої механічної жорсткості, що обумовлює появу помилкових сигналів при русі і знижує чутливість приладу.
Мал. 3. Структурна схема вхідного вузла індукційного металошукача
Якщо поставити собі за мету виключити у приладів за принципом "передача-прийом" цей недолік шляхом усунення самої його причини, то можна дійти незвичайного висновку - випромінююча і приймальна котушки у металошукача повинні бути об'єднані в одну! Справді, вельми небажані переміщення та вигини однієї котушки щодо іншої в даному випадку відсутні, так як котушка тільки одна і вона одночасно і випромінююча, і приймальна. В наявності також гранична простота датчика. Платою за ці переваги є необхідність виділення корисного відбитого сигналу на тлі значно більшого сигналу збудження випромінюючої/прийомної котушки.
Виділити відбитий сигнал можна, якщо відняти з електричного сигналу, що є у котушці датчика, сигнал тієї ж форми, частоти, фази і амплітуди, як і сигнал у котушці за відсутності металу поблизу. *Як це можна реалізувати одним із способів, показано на рис. 3.
Генератор виробляє змінну напругу синусоїдальної форми з постійною амплітудою та частотою. Перетворювач "напруга-струм" (ПНТ) перетворює напругу генератора Ur струм Iг, який задається в коливальний контур датчика. Коливальний контур складається з конденсатора і котушки L датчика. Його резонансна частота дорівнює частоті генератора. Коефіцієнт перетворення ПНТ вибирається таким, щоб напруга коливального контуру ід дорівнювала напруги генератора Ur (без металу поблизу датчика). Таким чином, на суматорі відбувається віднімання двох сигналів однакової амплітуди, а вихідний сигнал - результат віднімання дорівнює нулю. При появі металу поблизу датчика виникає відбитий сигнал (іншими словами змінюються параметри котушки датчика), і це призводить до зміни напруги коливального контуру 11д. На виході з'являється сигнал, відмінний від нуля.
На рис. 3 наведено лише найпростіший варіант однієї зі схем вхідної частини металошукачів даного типу. Замість ПНТ в даній схемі в принципі можливе використання резистора струмозадавчого. Можуть бути використані різні мостові схеми для включення котушки датчика, суматори з різними коефіцієнтами передачі по входу, що інвертує і неінвертує, часткове включення коливального контуру і т.д.
У схемі на рис. 3 як датчик використовується коливальний контур. Це зроблено для простоти, щоб отримати нульовий зсув фаз між сигналами Ur та 11д (контур налаштований на резонанс). Можна відмовитися від коливального контуру з необхідністю точного налаштування його на резонанс і використовувати як навантаження ПНТ тільки котушку датчика. Однак коефіцієнт передачі ПНТ для цього випадку повинен бути комплексним, щоб скоригувати зсув фази на 90°, що виникає через індуктивний характер навантаження ПНТ.
Імпульсний металошукач
У розглянутих раніше типах електронних металошукачів відбитий сигнал відокремлюється від випромінюваного або геометрично - за рахунок взаємного розташування приймальної та випромінюючої котушки, або за допомогою спеціальних схем компенсації. Очевидно, що може існувати і тимчасовий спосіб поділу випромінюваного та відбитого сигналів. Такий спосіб широко використовується, наприклад, в імпульсній луні та радіолокації. При локації механізм затримки відбитого сигналу обумовлений значним часом поширення сигналу об'єкта і назад.
Що стосується металошукачів, таким механізмом може бути і явище самоіндукції в об'єкті, що проводить. Як використовувати це практично? Після впливу імпульсу магнітної індукції в об'єкті, що проводить, і деякий час підтримується (внаслідок явища самоіндукції) загасаючий імпульс струму, що обумовлює затриманий за часом відбитий сигнал. Він і несе корисну інформацію, його треба реєструвати.
Таким чином, може бути запропонована інша схема побудови металошукача, яка принципово відрізняється від розглянутих раніше за способом поділу сигналів. Такий металошукач отримав назву імпульсного. Він складається з генератора імпульсів струму, приймальної та випромінюючої котушок, які можуть бути поєднані в одну, пристрої комутації та блоку обробки сигналу.
Генератор імпульсів струму формує короткі імпульси струму мілісекундного діапазону, що надходять у випромінювальну котушку, де вони перетворюються на імпульси магнітної індукції. Так як випромінююча котушка - навантаження генератора імпульсів - має яскраво виражений індуктивний характер, на фронтах імпульсів у генератора виникають навантаження у вигляді сплесків напруги. Такі сплески можуть досягати по амплітуді десятків-сотень (!) вольт, проте використання захисних обмежувачів неприпустимо, оскільки воно призвело б до затягування фронту імпульсу струму та магнітної індукції та, зрештою, до ускладнення відділення відбитого сигналу.
Приймальна і випромінююча котушки можуть розташовуватися один відносно одного досить довільно, так як пряме проникнення сигналу, що випромінюється, в приймальну котушку і дію на неї відбитого сигналу рознесені за часом. В принципі, одна котушка може виконувати роль як приймальної, так і випромінюючої, проте в цьому випадку набагато складніше розв'язати високовольтні вихідні ланцюги генератора імпульсів струму і чутливі вхідні ланцюги.
Пристрій комутації покликаний зробити згадане вище поділ випромінюваного та відбитого сигналів. Воно блокує вхідні ланцюги приладу на певний час, який визначається часом дії імпульсу струму в випромінюючої котушці, часом розрядки котушки і часом, протягом якого можлива поява коротких відгуків приладу від масивних об'єктів, що слабо проводять, типу грунту. Після закінчення цього часу пристрій комутації повинен забезпечити передачу сигналу приймальної котушки на блок обробки сигналу.
Блок обробки сигналу призначений перетворення вхідного електричного сигналу в зручну сприйняття людиною форму. Він може бути сконструйований на основі рішень, які використовуються в металошукачах інших типів. До недоліків імпульсних металошукачів слід віднести складність реалізації на практиці дискримінації об'єктів на кшталт металу, складність апаратури генерації та комутації імпульсів струму та напруги великої амплітуди, високий рівень радіоперешкод.
Магнітометри
Магнітометрами називається велика група приладів, призначених зміни параметрів магнітного поля (наприклад, модуля чи складових вектора магнітної індукції). Використання магнітометрів як металошукачів засноване на явищі локального спотворення природного магнітного поля Землі феромагнітними матеріалами, наприклад, залізом. Виявивши за допомогою магнітометра відхилення від звичайного для даної місцевості модуля або напрямку вектора магнітної індукції поля Землі, можна з упевненістю говорити про наявність деякої магнітної неоднорідності (аномалії), яка може бути викликана залізним предметом.
Порівняно з розглянутими раніше металошукачами, магнітометри мають набагато більшу дальність виявлення залізних предметів. Дуже вражає інформація про те, що за допомогою магнітометра можна зареєструвати дрібні цвяхи взуттєві від черевика на відстані 1 м, а легковий автомобіль - на відстані 10 м! Така велика дальність виявлення пояснюється такою. Аналогом випромінюваного поля стандартних металошукачів для магнітометрів є однорідне (у масштабах пошуку) магнітне поле Землі. Тому відгук приладу на залізний предмет обернено пропорційний не шостий, а лише третього ступеня відстані.
Принциповим недоліком магнітометрів є неможливість виявлення з допомогою предметів з кольорових металів. Крім того, навіть якщо нас цікавить тільки залізо, застосування магнітометрів для пошуку важко - у природі існує велика різноманітність природних магнітних аномалій різного масштабу (окремі мінерали, поклади мінералів тощо). Однак при пошуку затонулих танків та кораблів такі прилади поза конкуренцією!
Радіолокатори
Загальновідомий факт, що за допомогою сучасних радіолокаторів можна знайти літак на відстані кількох сотень кілометрів. Виникає питання: невже сучасна електроніка не дозволяє створити компактний пристрій, що дозволяє виявляти предмети, що цікавлять нас хоча б на відстані декількох метрів9 Відповіддю є ряд публікацій, в яких такі пристрої описані.
Типовим їм є застосування досягнень сучасної мікроелектроніки НВЧ, комп'ютерної обробки отриманого сигналу. Використання сучасних високих технологій практично унеможливлює самостійне виготовлення цих пристроїв. Крім того, великі габаритні розміри поки що не дозволяють їх широко застосовувати у польових умовах.
До переваг радіолокаторів слід віднести принципово вищу дальність виявлення -відбитий сигнал у грубому наближенні вважатимуться підпорядкованим законам геометричної оптики та її ослаблення пропорційно не шостої і навіть третьої, а лише другого ступеня відстані.
