Wykrywacz metali o dużym zasięgu, Elektronika, Wykrywacze metali
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
PRojekty
o dużym zasięgu
Czyli coś dla poszukiwaczy
zaginionych pamiątek
przeszłości
Wykrywacze impulsowe posiadają
cały szereg zalet w porównaniu
z wykrywaczami pracującymi na
innej zasadzie. Można do nich
przede wszystkim zaliczyć duży
zasięg praktycznie taki sam
w powietrzu, jak i w ziemi,
bardzo dobrą czułość oraz
zupełną niewrażliwość na
zmiany mineralizacji gleby.
Wadą jest brak możliwości
rozróżniania metali ferro
i diamagnetycznych.
Rekomendacje:
znakomity
projekt do wykonania na
wakacje. Jest w stanie
zintegrować całą rodzinę wokół
poszukiwania skarbów.
Schemat ideowy wykrywacza przed-
stawiono na
rys.
1
. Wykrywacz działa na
zasadzie emisji impulsu elektromagnetycz-
nego w głąb gruntu. Obecność przedmio-
tu metalowego w pobliżu sondy, na skutek
zmiany indukcyjności cewki wykrywacza,
powoduje odkształcenie napięcia na cewce.
Sygnał z cewki poddawany jest wzmocnie-
niu i po wycięciu z niego interesującego nas
fragmentu zostaje on ponownie wzmocnio-
ny oraz scałkowany. Tak obrobiony steruje
generatorem VCO, którego sygnał słyszymy
w głośniku lub w słuchawkach.
Wykrywacz zbudowany jest z kilka pod-
stawowych bloków. Opis zasady działania
zaczniemy od układu wytwarzania i sta-
bilizacji napięć zasilających. Zastosowano
w nim nietypowy sposób zasilania części
analogowej: masę połączono z dodatnim bie-
gunem napięcia zasilania wykrywacza. Dla-
tego też uzyskanie dodatniego napięcia dla
części analogowej wiąże się z koniecznością
zastosowania przetwornicy podwyższającej
napięcie, którą w opisywanym układzie zre-
alizowano z zastosowaniem IC5 (NE555).
Z przetwornicy nie jest pobierany zbyt
duży prąd, więc pracuje ona w koni guracji
z pompą ładunku. W pierwszym cyklu po-
Dodatkowe
materiały na CD
AVT–5196
W ofercie AVT:
AVT–5196A – płytka drukowana
AVT–5196B – płytka drukowana + elementy
PODSTAWOWE PARAMETRY
• Płytka jednostronna o wymiarach 122×66 mm
• Zasilanie: akumulator żelowy 12 VDC/1,3 Ah, pobór prądu 100 mA, gniazdo zewnętrznego zasilacza 12 VDC
• Konstrukcja analogowo-cyfrowa, bez układów wymagających zaprogramowania
• Duży zasięg: praktycznie taki sam w powietrzu, jak w ziemi
• Duża czułość
PROJEKTY POKREWNE
wymienione artykuły są w całości dostępne na CD
Tytuł artykułu
Nr EP/EdW Kit
Mikroprocesorowy wykrywacz metali
EP 7/2001 AVT-5025
Impulsowy wykrywacz metali
EdW 8/2008 AVT-2874
Prosty wykrywacz metali
EP 10/1996 AVT-1104
24
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 7/2009
Wykrywacz metali
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 7/2009
Wykrywacz metali o dużym zasięgu
przez diodę D4 ładowany jest kondensator
C15 do wartości napięcia zasilania, a następ-
nie (w drugim cyklu) energia w nim zgroma-
dzona, poprzez diodę D2, przekazywana jest
do kondensatora C18. Powoduje to ładowanie
kondensatora C18 do wartości napięcia pra-
wie równej podwojonemu napięciu zasilania
wykrywacza. „Prawie”, ponieważ jest ono po-
mniejszone o spadki napięć na diodach D2, D4.
Układ z diodami D3, D5 i kondensatorem C19
działa analogicznie do opisywanego wcześniej
z tą tylko różnicą, że jego napięcie wejściowe
jest równe wartości napięcia na kondensatorze
C18. Cała przetwornica powiela wartość napię-
cia zasilania wykrywacza blisko trzykrotnie.
Rys. 1. Schemat ideowy wykrywacza
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 7/2009
25
PRojekty
Rys. 2. Schemat montażowy płytki wykrywacza
wane za pomocą potencjometrów zgrubnego
i dokładnego strojenia wykrywacza. W wyni-
ku sumowania tych dwóch napięć, na wyj-
ściu wzmacniacza IC3 otrzymujemy sygnał
piłokształtny o regulowanej składowej stałej,
której wartość dodatkowo informuje o obec-
ności przedmiotów metalowych w zasięgu
cewki L1. Sygnał z wyjścia wzmacniacza
całkującego IC3 podawany jest dalej za po-
średnictwem tranzystora T3 na generator
sterowany napięciem (VCO), zrealizowany
na bazie IC6. Ujemne impulsy z wyjścia 3
układu IC6 przez wtórnik napięciowy z tran-
zystorem T4 zasilają głośnik SP1. Dodatkowo
jest możliwość regulacji głośności za pomocą
potencjometru P3 umożliwiający regulację
wartości napięcia wejściowego wtórnika.
Wzmacniacze operacyjne zasilane są na-
pięciem symetrycznym o wartości ±5 V. Za
jego stabilizację względem masy analogowej
odpowiadają stabilizatory IC7 i IC8.
Kondensatory C4, C14, C24, C16, C19,
C20, C25 iltrują napięcia zasilające. Prze-
bieg prostokątny zasilający cewkę generowa-
ny jest przez drugi układ NE555 (IC4). Czę-
stotliwość sygnału ustalają elementy C2, R1,
PR2. Powinna ona być równa około 100 Hz,
a ujemny impuls na wyjściu IC4 powinien
mieć długość około 150 Ms.
Sygnał z wyjścia IC4 przez rezystor R4
steruje tranzystorem T2, który to odwraca
go w fazie. Następnie, przez rezystor R6 ste-
ruje tranzystorem T1 zasilającym cewkę L1
sondy. Rezystor R8 ma za zadanie ogranicze-
nie napięcia samoindukcji cewki L1. Sygnał
z sondy, przez rezystor R9 i kondensator C9,
traia na wejście odwracające wzmacniacza
operacyjnego IC1. Dioda Zenera D1 zabez-
piecza to wejscie przed przepięciami.
Aby umożliwić próbkowanie wzmoc-
nionego sygnału z cewki w momencie, gdy
przechodzi on przez zero, zastosowano
dwa generatory monostabilne zbudowane
na bramkach NAND zawartych w układzie
IC2 (CD4011). Oba generatory połączone są
kaskadowo. Pierwszy z nich, zbudowany
na bramkach IC2A i IC2B, generuje impuls
o długości 60 Ms i wyzwala drugi, zbudowa-
ny na bramkach IC2D i IC2E, a generujący
impuls o długości 85 Ms. Budowa obu gene-
ratorów monostabilnych, pomijając wartości
elementów R i C, jest identyczna, więc niżej
opisano zasadę działania tylko pierwszego.
W chwili początkowej kondensator C5
jest rozładowany. Opadające zbocze napięcia
na kolektorze tranzystora T2 powoduje na-
tychmiastową zmianę stanu wyjścia bramki
IC2A z logicznego „0” na „1”. Dotychczas
rozładowany kondensator C5 zaczyna łado-
wać się poprzez rezystor R11. Prąd ładowa-
nia kondensatora C5 wymusza na wejściach
bramki IC2B stan wysoki, co powoduje zmia-
nę stanu jej wyjścia na niski, a co za tym idzie
podtrzymanie stanu niskiego na wejściach
bramki IC2A do momentu naładowania kon-
densatora C5. Opadające zbocze na wyjściu
pierwszego przerzutnika powoduje wyzwo-
lenie drugiego przerzutnika. Dodatni impuls
z wyjścia drugiego przerzutnika ma za zada-
nie otwarcie tranzystora T5 i przekazanie za
pośrednictwem R17 i C10 użytecznej części
sygnału na wejście odwracające wzmacnia-
cza całkującego IC3.
Na wejście nieodwracające tego wzmac-
niacza podawane jest napięcie stałe regulo-
Montaż i uruchomienie
wykrywacza
Schemat montażowy przedstawiono na
rys.
2
. Uruchomienie wykrywacza zaczy-
namy od sprawdzenia poprawności działa-
nia części zasilającej. W tym celu w płytkę
wlutowujemy tylko układy IC5, IC7, IC8,
kondensatory C4, C14, C24, C18, C19, C20,
C25, C16, C21, C22 oraz rezystory R31 i R30.
Następnie włączamy zasilanie wykrywa-
cza i sprawdzamy obecność napięć ±5 V
na nóżkach 7 i 4 układów IC1 i IC3. Pomiar
wykonujemy względem plusa zasilania wy-
krywacza.
Po stwierdzeniu poprawnych wartości
napięć montujemy elementy generatora sy-
gnału cewki (IC4, T1, T2, C1, C2, R1, R4, R5,
R6, R7, R8 oraz potencjometr montażowy
PR2). Podłączamy sondę do punktów ozna-
czonych na płytce drukowanej jako „COIL1,
COIL2” i włączamy zasilanie – powinniśmy
słyszeć ciche brzęczenie sondy. Jeżeli dyspo-
nujemy miernikiem częstotliwości lub oscy-
loskopem, to ustawiamy na nóżce 3 układu
IC4 częstotliwość 100...110 Hz. Po tych czyn-
nościach montujemy na płytce drukowanej
pozostałe elementy.
Do punktów oznaczonych na płytce jako
P3.1, P3.2, P3.3 za pomocą kawałka trójżyło-
wej tasiemki podłączamy potencjometr regu-
lacji głośności, natomiast do punktów P1.1,
P1.2, P1.3 potencjometry strojenia. Następną
czynnością będzie maksymalne skręcenie su-
waka potencjometru głośności w stronę wyj-
ścia układu IC6. Sondę wykrywacza umiesz-
czamy tak, aby była odsunięta od wszelkich
przedmiotów metalowych na odległość co
najmniej 1 m. Ustawiamy potencjometry
strojenia zgrubnego i dokładnego na panelu
wykrywacza w pozycję środkową i pokręca-
jąc delikatnie potencjometrem montażowym
PR1. Ustawiamy częstotliwość stuków gło-
śnika na około 0,5...2 Hz.
Po tych czynnościach sprawdzamy reak-
cję wykrywacza na zbliżanie przedmiotów
metalowych do cewki. Prawidłowo wykona-
ny wykrywacz wyraźnie sygnalizuje obec-
Rys. 3. Szkic obudowy wykrywacza
26
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 7/2009
Wykrywacz metali o dużym zasięgu
Rys. 4. Wkładka uchwytu drążka
WykAZ eLeMeNtÓW
Rezystory
P1, P3: 10 k
V
P2: 2,2 k
V
PR1: 220 k
V
PR2: 100 k
V
R1, R15, R20, R25: 1 k
V
R4: 1,2 k
V
R5, R17: 330
V
R6, R14: 100
V
R7: 150
V
R8, R23: 180
V
R9, R18: 220
V
/0,5 W
R10, R11: 33 k
V
R12, R13: 47 k
V
R16: 820 k
V
R19: 1 M
V
R21: 5,6 k
V
R22: 2,4 k
V
R27, R29: 10 k
V
R3: 18 k
V
R26: 3,3 k
V
R32: 36 k
V
kondensatory
C1, C4, C10, C13, C22, C25: 100 nF
C2, C11, C12: 220 nF
C3...C6, C23: 1 nF
C7: 10 pF
C8: 3,3 pF
C9: 10
M
F/16 V
C14: 1000
M
F/16 V
C15...C17, C20: 22
M
F/16 V
C18, C19, C26: 100
M
F/25 V
C21: 10 nF
C24: 1000
M
F/16 V
Półprzewodniki
D1: dioda Zenera 3,3 V
D2...D5: 1N4004
IC1: LF357
IC2: 4011
IC3:
M
A741
IC4...IC6: NE555
IC7: 78L05
IC8: 79L05
T1: BD911
T2, T3: BC327
T4: BD140
T5: BF245
Inne
L1: cewka wg. opisu
SP1: głośnik 8
V
/0,5 W
Rys. 5. Górna pokrywa sondy
ność puszki po paście do butów z odległości
około 0,4...0,5 m.
Do zasilania wykrywacza najlepiej użyć
akumulatora żelowego o napięciu 12 V.
Z uwagi na spory pobór prądu wykrywacza
(około 100 mA) należy zastosować akumula-
tor o pojemności co najmniej 1 VAh.
Ostateczne testy wykrywacza powinno
się przeprowadzać w terenie niezabudowa-
nym. Z uwagi na dużą czułość jest on po-
datny na zakłócenia i na obszarze gdzie wy-
stępują silne pola elektromagnetyczne traci
na stabilności. W celu poprawy stabilności
wykrywacza można próbować użyć elemen-
ty o lepszej niż standardowa tole-
rancji. Uwaga ta dotyczy przede
wszystkim rezystorów w torze
analogowym. Wzmacniacz LF357,
oraz MA741 mogą zostać zastąpio-
ne innymi, pojedynczymi wzmac-
niaczami operacyjnymi o lepszych
parametrach. Eksperymenty w tym
zakresie pozostawiam inwencji
Czytelników.
łożenie go na dwie części, a także – w razie
potrzeby – szybkie zdemontowanie sondy.
Rozłożony wykrywacz bez problemu zmie-
ści się do bagażnika samochodu, plecaka lub
torby.
Rys. 6. Kształtka uchwytu sondy
Konstrukcja mechaniczna
wykrywacza
Cały stelaż wykrywacza zbudo-
wano przy użyciu podstawowych
narzędzi, takich jak: wiertarka,
pilnik, piłka do metalu. Dlatego też
nie powinno być problemu z wyko-
naniem wykrywacza w warunkach
domowych. Jako podstawowego
budulca zastosowano plastikowe
rurki wodociągowe o średnicy 1/2”.
Konstrukcja stelaża umożliwia roz-
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 7/2009
27
PRojekty
Rys. 7. Montaż wkładki uchwytu w pokrywie sondy (przekrój
poprzeczny sondy)
służył do moco-
wania rurki, na
której umieszczo-
na będzie sonda
(
rys.
3-12
). Na
rurce podłokiet-
nika mocujemy
obudowę, w któ-
rej zamknięty bę-
dzie akumulator.
W prototypie za-
stosowano typo-
wą, plastikową
obudowę uni-
wersalną o ozna-
czeniu Z-VB
(
rys.
3-6
).
Do zasila-
nia wykrywacza
najlepiej zasto-
sować mały aku-
mulator żelowy
12 V/1,3 Ah. Akumulator należy trwale za-
montować w obudowie. Można go na przy-
kład przykleić do obudowy za pomocą kleju
na gorąco.
W jednej z bocznych ścianek obudo-
wy mocujemy gniazdo sondy. Proponuję
zastosować 3-pinowe gniazdo mikrofono-
we CANON. W drugiej ściance montujemy
gniazda ładowania, słuchawkowe i włącznik
zasilania wykrywacza (
rys.
3-9
). Całą obudo-
wę mocujemy do stelaża za pomocą dwóch
uchwytów. W przypadku prototypu są to
drewniane sześciany (
rys.
3-7
) o krawędzi
40 mm, z wywierconym przez środek otwo-
rem o średnicy 21 mm. Przez ten otwór prze-
chodzi rurka stelaża. Zamiast drewnianych
uchwytów można zastosować uchwyty słu-
żące do mocowania rurek wodociągowych
lub kabli do ściany.
Miejsce usytuowania akumulatora
w dolnej obudowie, jak również miejsce jej
umieszczenia na rurce podłokietnika trzeba
ustalić doświadczalnie, tak aby wykrywacz
w normalnej pozycji pracy miał swój środek
ciężkości pomiędzy rękojeścią a sondą. Spo-
woduje to przyciskanie podłokietnika do ręki
i poprawi komfort obsługi.
Trzeci otwór trójnika służy do zamoco-
wania rękojeści (
rys.
3-5
), którą wykonuje-
my z odcinka rurki o długości około 15 cm.
Rurkę wklejamy w trójnik, a następnie nasu-
wamy na nią wspomniana wcześniej osłonę
z gąbki.
W celu ułatwienia sobie założenia ręko-
jeści z gąbki na rurkę, można ją delikatnie
zwilżyć wodą. Kolejnym etapem budowy
wykrywacza jest osadzenie na końcu ręko-
jeści obudowy (
rys.
3-4
), zawierającej płytkę
drukowaną wykrywacza oraz potencjometry
strojenia i głośności (
rys.
3-11
). Takie usytu-
owanie obudowy umożliwia łatwy dostęp do
potencjometrów, a także tworzy podparcie
dla dłoni, dzięki czemu nie musimy mocno
zaciskać dłoni na rękojeści. Obudowa elek-
troniki wykrywacza to również obudowa
uniwersalna o oznaczeniu Z50 dostępna
w wielu sklepach elektronicznych. W celu
jej umocowania, w dolnej połówce obudowy
na samym środku wykonujemy otwór o śred-
nicy pasującej do średnicy zewnętrznej rurki
rękojeści.
Potrzebować będziemy również elemen-
tu, do którego przykleimy rurkę wewnątrz
obudowy. Elementem takim może być kwa-
drat wycięty z tekstolitu o grubości 7...10 mm
o boku 40 mm, w środku którego wiercimy
otwór odpowiadający średnicy zewnętrznej
rurki. W czterech narożnikach wykonujemy
otwory średnicy 3 mm umożliwiające pew-
ne przykręcenie tekstolitowego elementu do
wewnętrznej płaszczyzny obudowy.
Kolejnym krokiem jest sklejenie teksto-
litowej podkładki i rurki przez nią przecho-
dzącej. Żeby całość była wykonana solidnie
i nie rozpadła się w podczas pracy, do kleje-
nia proponuję użyć kleju dwuskładnikowe-
go o nazwie DISTAL. Przed sklejeniem po-
wierzchnie klejone należy dokładnie odtłu-
ścić i zmatowić gruboziarnistym papierem
ściernym. Dodatkowo można ponawiercać
w rurce w miejscu klejenia kilkanaście otwo-
rów o małej średnicy. Klej po wpłynięciu
w nie jeszcze bardziej usztywni całe połą-
czenie.
Płytkę drukowaną wykrywacza montu-
jemy do górnej części obudowy za pomocą
trzech śrubek średnicy 3 mm, których łby
przyklejamy. Tak przyklejone śrubki są nie-
widoczne z zewnątrz i zapewniają pewny
uchwyt płytki drukowanej.
W przednim panelu obudowy wykonuje-
my trzy symetrycznie rozmieszczone otwory
na potencjometry strojenia zgrubnego, do-
kładnego i regulacji głośności. Płytę czołową
z opisami regulatorów robimy w programie
graicznym takim (na przykład CorelDRAW).
Po wydrukowaniu, zalaminowaniu i wycię-
ciu otworów na potencjometry przyklejamy
ją na panel przedni obudowy.
Szczegółowy opis wykonania mechaniki
wykrywacza zacznijmy od części rękojeści
i podłokietnika. Sam podłokietnik (
rys.
3-3
)
można wykonać z odcinka o długości
7...10 cm rury kanalizacyjnej PCV o średnicy
10 cm lub większej, w zależności od potrzeb.
Rurę należy rozciąć wzdłuż osi tworzącej.
Jedną z powstałych po przecięciu części
przykręcamy kilkoma blachowkrętami do
stelaża. Dodatkowo można podłokietnik wy-
kleić od wewnętrznej strony cienką, twardą
gąbką, która zamaskuje wkręty oraz poprawi
komfort pracy z wykrywaczem.
Długość odcinka rurki, do której przykrę-
cony jest podłokietnik, powinna być równa
około 30 cm (
rys.
3-1
). Od strony podłokietni-
ka rurkę zaślepiamy zatyczką gumową, którą
można kupić – podobnie jak gąbkę na ręko-
jeść – w sklepie z akcesoriami rowerowymi
(
rys.
1-8
). Z drugiej strony rurkę z zamonto-
wanym podłokietnikiem wklejamy w jeden
ze współosiowych końców trójnika (
rys.
3-2
)
dedykowanego do użytej rurki. Drugi otwór
trójnika pozostawiamy wolny – będzie on
Rys. 8. Schemat montazowy wykrywacza
28
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 7/2009
[ Pobierz całość w formacie PDF ]