Прибор для обнаружения металла - электронная схема

Прибор служит для определения местоположения таких предметов в толще немагнитных масс, обладающих незначительной электропроводимостью. Например, под слоем грунта, асфальта, снега можно найти чугунную крышку водопроводного люка на глубине до 0,6-0,8 м, обнаружить под деревянным или бетонным полом, а также в стенах, потолках место расположения металлических балок, труб или электрических кабелей с металлической бронёй на расстоянии до 0,2-0,4 м

При проведении различных работ - земляных, дорожных, строительстве зданий часто возникает необходимость отыскать под слоем земли, снега, льда крышки пожарных и кабельных колодцев или скрытые в стенах различные металлические изделия.

Прибор, описание которого приводится ниже, служит для определения местоположения таких предметов в толще немагнитных масс, обладающих незначительной электропроводимостью. Например, под слоем грунта, асфальта, снега можно найти чугунную крышку водопроводного люка на глубине до 0,6-0,8 м, обнаружить под деревянным или бетонным полом, а также в стенах, потолках место расположения металлических балок, труб или электрических кабелей с металлической бронёй на расстоянии до 0,2-0,4 м (в зависимости от размеров и формы последних). Можно также узнать направление распространения пучков арматуры в железобетонных конструкциях на глубине до 0,1-0,15 м и т. д.

Этот прибор невелик по размерам, прост по схеме и конструкции; его изготовление под силу радиолюбителю средней квалификации.

Принцип работы прибора основан на изменении собственной частоты колебательного контура при приближении его катушки индуктивности к металлическому предмету. Если контур включён в схему лампового генератора, то при изменении индуктивности будет меняться и частота генератора, и это изменение можно сравнительно просто зарегистрировать. Магнитное поле, возникающее от вихревых токов, наведённых в отыскиваемом предмете, взаимодействует с индуктивностью колебательного контура, уменьшает её и тем самым увеличивает частоту собственных колебаний контура. Максимум изменения частоты свидетельствует о минимальном расстоянии рамки до металлического тела.

Принципиальная схема прибора, который состоит из двух LC-генераторов и смесителя, собранных на кристаллических триодах, изображена на рис. 1.

Рис.1. Принципиальная схема прибора для поиска металла.

Первый генератор имеет колебательный контур L1C1. Катушка L1 выполнена в виде рамки, с помощью которой отыскивают местоположение металлического предмета.

Второй генератор с контуром L4C4 - вспомогательный, он служит в качестве источника опорной частоты для определения момента изменения частоты первого генератора.

Напряжение переменного тока от обоих генераторов с обмоток L3 и L6 поступает на основание смесительного триода ПП3. В его коллекторной цепи возникают токи с частотой первого и второго генераторов, а также токи разностных и суммарных частот и их гармоники.

Низкочастотные составляющие этих токов прослушиваются на телефонах, включённых в коллекторную цепь триода ПП3.

Предварительно частота второго генератора выравнивается с частотой первого, что контролируется при помощи телефонов на слух по «нулевым биениям». При приближении рамки прибора к металлическому предмету частота первого генератора увеличивается, и в телефонах начинает прослушиваться тон низкой частоты. Чем ближе рамка к металлическому предмету, тем выше частота первого генератора, больше разностная частота на выходе смесителя и высота тона, прослушиваемого в телефонах. При удалении рамки от металлического предмета частота колебаний сигнала, прослушиваемого в телефонах, уменьшается. По наивысшему тону определяется минимальное расстояние от рамки до отыскиваемого предмета.

Частота генераторов выбирается в пределах 80-120 кГц, а частота, прослушиваемая при обнаружении предмета, не должна превышать 3-4 кГц.

Общий вид прибора показан на рис. 2. Все элементы схемы прибора, включая и источник питания, размещаются в общем корпусе, закреплённом в верхней части рукоятки рамки. Питание осуществляется от батарейки для карманного фонаря.

Колебательный контур первого генератора выполнен в виде отдельной рамки, соединённой с прибором экранированным кабелем. Рамка закрепляется на деревянном каркасе (рис. 2), с которым шарнирно соединена рукоятка.

Рис.2. Каркас прибора для поиска металла.

В рабочем состоянии рамка удерживается в заданном по отношению к рукоятке положении при помощи шнура. При переноске рамка прикладывается к рукоятке и фиксируется задвижкой.

Весь монтаж выполняется на гетинаксовой плате, выключатель Вк1 и телефонные гнезда закрепляются на корпусе - рис. 3.

Рис.3. Корпус прибора для поиска металла.

Ручка настройки (подстроечный сердечник катушки LA) выводится наружу через отверстие в боковой стенке корпуса.

Шаблон для намотки катушки рамки выполняется в виде прямоугольника размерами 300x400 мм из досок или листа фанеры. В углах этого прямоугольника забиваются гвозди, на них наматываются обмотки L1, L2 и L3.

Для скрепления витков обмотку следует перевязать прочной ниткой, после этого рамку можно снять с гвоздей.

Чтобы предохранить обмотку рамки от влаги, её следует обернуть лентой из лакоткани или тонкого полиэтилена. Снаружи рамка обёртывается хлопчатобумажной лентой, пропитанной битумным лаком (Рамка покрывается лаком 6-8 раз. После каждого покрытия лак нужно хорошо просушить.).

Конденсатор C1 и конец соединительного кабеля также изолируют от влаги, причём особое внимание следует обратить на заделку места выхода кабеля.

После пропитки рамка закрепляется на каркасе при помощи полосок фанеры, как показано на рис. 4.

Рис.4. Закрепление рамки на каркасе.

Соединительный кабель делается из трёх гибких проводов в хлорвиниловой изоляции, заключённых в общий экран, на который снаружи одевается хлорвиниловая или резиновая трубка. Экран одновременно служит общим проводом для обмоток L1, L2, L3 и соединяется с минусовым зажимом прибора.

Катушки индуктивности L4, L5 и L6 наматывают на сердечнике СБ-4. Данные их обмоток приведены в таблице.

В качестве полупроводниковых триодов ПП1, ПП2 и ПП3 могут быть использованы любые триоды типа П-6, П-13, П-14, П-15 или им подобные.

Настройка прибора сводится к подбору величины ёмкости конденсатора С4 или числа витков индуктивности L4 с тем, чтобы в среднем положении подстроечного сердечника частота второго генератора равнялась частоте колебаний первого генератора.

Выравнивание частот производится при помощи электронного осциллографа и вспомогательного генератора по фигурам Лиссажу.

Если частота второго генератора ниже частоты первого генератора, то следует уменьшить ёмкость С4 или уменьшить число витков катушки L4, если же частота второго генератора выше - ёмкость конденсатора С4 нужно увеличить или добавить несколько витков на катушку L4.

Окончательная подгонка частоты второго генератора производится на слух по «нулевым биениям», либо наблюдая низкочастотный сигнал с выхода смесителя на осциллографе.

В случае отсутствия осциллографа и генератора настройку прибора можно произвести с помощью обычного радиовещательного приёмника, имеющего длинноволновый диапазон. Желательно, чтобы этот приёмник имел электронно-оптический индикатор настройки.

Сначала замеряется частота первого генератора. Для этого отключается от цепи питания эмиттер ПП2, а выход смесителя (при включённых телефонах или заменяющем их сопротивлении 4-5 ком) через ёмкость 15-20 пф соединяется с гнездом «Антенна» приёмника.

Изменяя настройку приёмника, по характерному шуму в громкоговорителе или по индикатору настройки, по шкале приёмника определяют частоту одной из гармоник первого генератора. Меняя настройку приёмника, определяют частоту следующей гармоники. Разность частот двух соседних гармоник и будет равняться собственной частоте первого генератора.

Подобные измерения производятся и для частоты второго генератора (при отключённом эмиттере ПП1).

Подбором величины ёмкости конденсатора С4 или изменением индуктивности L4 частота второго генератора выбирается такой, чтобы её гармоники прослушивались на тех же делениях шкалы приёмника, что и у первого генератора.

Окончательная подгонка частоты производится на слух по «нулевым биениям» в телефонах.

Настройку следует считать законченной, если можно добиться «нулевых биений» при среднем положении подстроечного сердечника в индуктивности L4.

Работа с прибором проста и не требует специальной подготовки. Перед началом поисков следует включить питание прибора и, прослушивая его работу на телефонах, вращением винта подстроечного сердечника нужно добиться «нулевых биений». Затем немного вывернуть сердечник, слегка расстроить второй генератор с тем» чтобы в телефонах прослушивался низкий тон. Прибор при этом будет обладать наивысшей чувствительностью, так как при точной настройке обоих генераторов они взаимно синхронизируются и при малых отклонениях частоты (при попадании в поле рамки малых или далеко расположенных предметов) второй генератор как бы «увлекается» первым и предмет обнаружить не удаётся. При незначительной расстройке даже небольшое отклонение частоты первого генератора при приближении к металлическому предмету вызывает изменение высоты тона, которое легко обнаруживается на слух.

Поиск осуществляется путём несения рамки на близком расстоянии от поверхности грунта, пола, потолка и т. д. в районе предполагаемого расположения металлического предмета.

Покачиванием рамки из стороны в сторону по изменениям тона легко определяется точное местоположение отыскиваемого предмета.

Одной батарейки для карманного фонаря достаточно для работы прибора в течение 100-150 часов, при питании от аккумуляторов типа Д-0,2 он может работать 45-50 часов.

Прибор непригоден для поиска мелких предметов: болтиков, шайбочек, гвоздей и т.п.

Д. Ильин