Основное назначение схемы на Рисунке 1 заключается в поиске монет, но ее можно использовать везде, где требуется найти металлические предметы. В схеме используется метод биения частот: всякий раз, когда поисковая катушка приближается к металлическому предмету, металл вызывает уменьшение индуктивности катушки. Хотя изменение индуктивности само по себе невелико (например, монета вызывает небольшой сдвиг частоты), смещение частоты относительно фиксированной частоты другого генератора, работающего почти на той же частоте, приводит к заметному сдвигу звуковой частоты.
 |
|
| Рисунок 1. | Биение двух частот приводит к слышимому сдвигу тона, когда поисковая катушка этого простого металлоискателя приближается к металлическому предмету. |
Индуктивность поисковой катушки и входная емкость (последовательное соединение трех входных конденсаторов, или приблизительно 2 нФ) генератора на транзисторе Q1 определяют частоту возбуждения поисковой катушки. В данной конструкции эта частота составляет примерно 370 кГц. В течение многих лет эта частота преобладала в металлоискателях, поскольку она обеспечивает наименьшую чувствительность к таким параметрам грунта, как влажность и плотность.
Индуктивность поисковой катушки можно изменить, изменив количество ее витков или диаметр. Катушка снабжена экраном Фарадея для уменьшения влияния емкостной связи. Простой экран Фарадея можно изготовить, используя клейкую медную ленту, подобную той, что используется для экранирования электромагнитных помех. Просто оберните готовую катушку фольговой лентой. Убедитесь, что в одной точке петли лента имеет зазор, иначе получится трансформатор с короткозамкнутыми витками. Для предотвращения микрофонного эффекта катушку следует механически закрепить на неметаллическом основании.
При указанном диаметре поисковой катушки 100 мм этот прибор позволяет обнаружить одноцентовую монету, зарытую в землю примерно на 5 см. Чтобы обнаруживать более крупные объекты на бóльших глубинах, можно сделать поисковую катушку большего размера. Чтобы частота генератора оставалась примерно одинаковой, при каждом удвоении диаметра катушки количество витков следует уменьшать вдвое. В опорном генераторе на транзисторе Q2 используется аналогичная схема Колпитца. Однако для его настройки вместо изменения индуктивности используется варакторный диод. В зависимости от фактической индуктивности поисковой катушки (а значит, и частоты колебаний) может потребоваться подбор индуктивности L1, чтобы получить подходящий диапазон перестройки в опорном генераторе.
Оба генератора имеют слабую связь с остальной аудиосекцией микросхемы LM389. Усилитель, коэффициент усиления которого составляет около 26 дБ, легко справляется с 8-омными наушниками. Если требуется большее усиление, между выводами 4 и 12 микросхемы можно добавить конденсатор емкостью 10 мкФ. В прототипе металлоискателя используются поливинилхлоридные спринклерные трубки и фитинги для орошения, которые служат удобной ручкой и шасси для электроники. Управление металлоискателем очень простое. Положите поисковую катушку на землю и отрегулируйте потенциометр настройки на тон примерно 100 Гц. Затем, стараясь держать поисковую катушку на постоянном расстоянии от земли, медленно проводите катушкой по интересующей вас области.
Металлические предметы вызывают изменение слышимого тона. Относительная величина смещения тона указывает на размер и глубину залегания объекта. Чем больше сдвиг тона, тем больше или ближе объект. Следует избегать «нулевых биений» двух генераторов, поскольку они будут синхронизироваться друг с другом, тем самым снижая чувствительность поискового генератора. Для визуального или автоматического контроля можно добавить выход измерителя, подключив фильтр верхних частот к выходу LM389. Амплитуда выходного сигнала этого фильтра верхних частот, работающего ниже граничной частоты, изменяется по мере увеличения частоты. Выпрямление выходного сигнала дает сигнал положительный полярности о близости металлического объекта к поисковой катушке. Оцифровав выходной сигнал и используя микропроцессор с ЦАП для управления опорным генератором, можно создать полноценную замкнутую систему управления для промышленных применений.
