Схема металлоискателя с использованием разностного резонатора.
Здесь описана простая схема металлоискателя, которая может обнаруживать металлические проводники вблизи от 25 до 30 миллиметров. С помощью этой схемы можно обнаружить скрытые металлические предметы, такие как металлическая фольга, заключенная в пластиковую крышку, например, трубки с зубной пастой, и небольшие предметы, такие как наконечники для заправки, сделанные из магнитных материалов. Однако очень тонкая металлическая фольга может остаться незамеченной из-за большого сопротивления.
Схема металлоискателя
Схема основана на принципе разностного резонатора и состоит из инверторов, детекторных катушек, конденсаторов и транзисторов, как показано ниже.
Схема металлоискателя
Вы можете сконструировать модель более дальнего радиуса действия по аналогичным принципам, используя более высокую мощность и большие размеры катушек детектора.
Операционная теория
Работа этой схемы металлоискателя основана на обнаружении магнитного поля, создаваемого вихревыми токами, генерируемыми в проводнике, когда он находится в переменном магнитном поле. Схема детектора образована катушками L1, L2 и L3. Катушки L1 и L2, каждая из которых имеет 200 витков эмалированной медной проволоки 44SWG (диаметр 0,08 мм), наматываются на стержень для гелевой ручки. Два маленьких ферритовых стержня вставляются в стержень для гелевой ручки и фиксируются на обоих концах с помощью клея, как показано здесь.
Детекторная катушка в сборе
С помощью клея закрепите заправку на основании (опоре), например на небольшой печатной плате общего назначения. Закрепите плату для заполнения гелевой ручкой на одном конце катушки с припоем на 50 г таким образом, чтобы заправка находилась в центре катушки.
Катушка L3, имеющая 200 витков эмалированной медной проволоки диаметром 25 мм (0,5 мм), наматывается на катушку для проволоки припоя. Изменяющееся магнитное поле, создаваемое в катушке L3, индуцирует ток в катушках L1 и L2. Катушки L1 и L2 последовательно образуют разностный резонатор вместе с конденсатором C1. Сама катушка L3 приводится в резонанс путем возбуждения ее прямоугольным сигналом на частоте, приблизительно равной резонансной частоте LC-цепи, образованной внешней катушкой L3 и конденсатором C2.
Прямоугольная волна генерируется генератором, образованным затворами N1 и N2 (IC CD4069). Затворы с N3 по N6 действуют как буферы для возбуждения внешней катушки L3. Это создает синусоидальный ток в катушке L3, создавая синусоидальное магнитное поле, взаимно связывающее две внутренние катушки.
Схема работы
Когда металл (проводник) приближается к одной из внутренних катушек, скажем, L1, вихревые токи в проводнике уменьшают магнитный поток в катушке L1, уменьшая индуцированную электродвижущую силу (ЭДС). Это означает, что разностный сигнал создается двумя катушками из-за присутствия проводящего объекта (металла) рядом с катушкой L1, как показано на схеме. Катушки L1 и L2 соединены так, что разность индуцированной ЭДС подается на транзистор T1 через конденсатор C4. Транзистор Т1 выполнен в виде усилителя малого сигнала.
Усилитель смещен с использованием большого базового резистора в 1 мегаом. Разностный сигнал переменного тока непосредственно появляется на переходе база-эмиттер транзистора T1, вызывая изменения тока эмиттера. Это приводит к изменению напряжения в коллекторе T1, который приводит транзистор T2 к светящемуся LED1.
Небольшой сигнал, возникающий из-за магнитного поля вихревых токов в маленьком куске металла, такого как винт или гайка, достаточен для запуска Т2-Т1.
Обычно ферритовые стержни в катушках L1 и L2 регулируются таким образом, чтобы разностный сигнал от них был минимальным. В этой конкретной конструкции возможно регулировать сигнал до напряжения, равного 5 мВ синусоидальной волны. Транзистор T2 играет роль электронного переключателя для управления LED1, который служит визуальным индикатором при обнаружении металла.
Таким образом, когда детектор в сборе приближается к проводнику, LED1 светится. Вы можете заменить конденсаторы C1 и C2 методом проб и ошибок и зафиксировать значение максимальной чувствительности, чтобы выбрать резонансную частоту и управлять генератором (N1 и N2) на этой частоте. Здесь была выбрана частота 55 кГц.
Замечания:
Убедитесь, что два резонатора (один сформирован L1 и L2 последовательно, а другой L3) имеют примерно одинаковую частоту резонанса.
Частота резонанса LC-контура определяется как:
Частота генератора RC, использующего затворы, определяется как:
Вы можете изменять значения R5 и C3, используя переменные резисторы и конденсаторы для точной настройки частоты.
Сборка и тестирование
Соберите цепь металлоискателя на печатной плате общего назначения и поместите в подходящий маленький шкаф. Подсоедините все четыре клеммы катушек на основании печатной платы для подключения катушек к главной цепи. Заправка гелевой ручки должна быть достаточно прочной. Надежно закрепите его внутри шпульки с помощью немагнитных непроводящих материалов. Ферритовые стержни также должны быть надежно закреплены на своих местах с помощью синтетической эмали. Даже небольшое непреднамеренное смещение может резко нарушить баланс резонатора. Поэтому рекомендуется использовать ферритовый стержень винтового типа.
Авторский прототип
Для сборки катушки детектора сначала вставьте один из ферритовых стержней в передний конец детектора так, чтобы он находился только внутри трубки наполнения геля. Теперь вставьте второй ферритовый стержень в другой конец трубки. На этом этапе LED1 должен ярко светиться. Очень медленно вставьте ферритовый стержень внутрь трубки, наблюдая за LED1. Как только светодиод LED1 погаснет, прекратите толкать стержень, отметьте положение стержня и закрепите его в трубке с помощью клея. Теперь детектор хорошо отрегулирован и готов к использованию.
electronicsforu.com