Металлодетектор с использованием разностного резонатора

Описанная здесь простая схема, которая может обнаруживать металлические проводники в диапазоне от 25 до 30 миллиметров. С помощью этой схемы можно обнаружить скрытые металлические предметы, такие как металлическая фольга, заключенная в пластиковую крышку, например трубки зубной пасты, и мелкие предметы, такие как наконечники для заправки из магнитных материалов. Однако очень тонкая металлическая фольга может остаться незамеченной из-за большого сопротивления. Схема основана на принципе разностного резонатора и состоит из инверторов, детекторных катушек, конденсаторов и транзисторов, как показано на рис. 1.

рис. 1: Схема металлодетектора

Вы можете спроектировать более избирательную модель на аналогичных принципах, используя более высокую мощность и большие размеры детекторных катушек.

Работа схемы основана на обнаружении магнитного поля, создаваемого вихревыми токами, генерируемыми в проводнике, когда он помещен в переменное магнитное поле. Цепь детектора образована катушками L1, L2 и L3. Катушки L1 и L2, каждая из которых имеет 200 витков эмалированной медной проволоки 44SWG (0,08 мм), намотаны на гелевую ручку. Два маленьких ферритовых стержня вставляются в гелевую ручку и закрепляются с обоих концов клеем, как показано на рис. 2.

рис. 2: Сборка катушки детектора

Катушка L3, имеющая 200 витков 25SWG (диаметр 0,5 мм) эмалированной медной проволоки, наматывается на бобину (можно от проволочного припоя). Различное 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 резонирует, управляя ее квадратичным сигналом на частоте, приблизительно равной резонансной частоте LC-схемы, образованной внешней катушкой L3 и конденсатором C2. Квадратная волна генерируется генератором, сформированным затворами N1 и N2 (IC CD4069). N3-N6 действуют как буферы для управления внешней катушкой L3. Это создает синусоидальный ток в катушке L3, создавая синусоидальное магнитное поле, взаимно соединяющее внутренние две катушки. 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) вблизи катушки L1, как показано в схеме. Катушки L1 и L2 соединены таким образом, что разность индуцированной э.д.с. подается на транзистор T1 через конденсатор C4. Транзистор T1 сконфигурирован как небольшой усилитель сигнала. Усилитель смещен с использованием большого базового резистора 1 мегаоом. Сигнал AC-разности появляется непосредственно на стыке база-эмиттер транзистора T1, создавая изменения в токе эмиттера. Это приводит к изменению напряжения в коллекторе Т1, который управляет транзистором Т2, чтобы загорелся LED1. Небольшой сигнал, вызванный магнитным вихревым полем токов в маленьком кусочке металла, как винт или гайка, достаточен для запуска Т2 через Т1. Обычно ферритовые стержни в катушках L1 и L2 настраиваются таким образом, чтобы разностный сигнал от них был минимальным. В этой конкретной конструкции, можно настроить сигнал на напряжение до 5 мВ синусоидальной волны. Транзистор T2 играет роль электронного переключателя для управления LED1, который действует как визуальный индикатор при обнаружении металла. Таким образом, когда блок детекторов приближен к проводнику, светодиод светится. Вы можете менять конденсаторы C1 и C2 на основе проб и ошибок и фиксировать значение максимальной чувствительности для выбора резонансной частоты и управлять генератором (N1 и N2) на этой частоте. Здесь выбрана частота 55 кГц.

Убедитесь, что два резонатора (один из которых образован последовательно L1 и L2, а другой - L3) имеют приблизительно одну и ту же частоту резонанса.

Частота резонанса контура LC определяется по формуле:

Частота RC-генератора с использованием вентилей определяется по формуле:

Вы можете варьировать значения R5 и C3, используя переменные резисторы и конденсаторы для точной настройки частоты. Установите все четыре вывода катушек на основании печатной платы для подключения катушек к главной цепи (см. Рисунок 3). Даже небольшое непреднамеренное смещение может резко нарушить баланс резонатора. Поэтому рекомендуется использовать винтовой ферритовый стержень.

рис 3: Авторский прототип

Для сборки детекторной катушки сначала вставьте один из ферритовых стержней на переднем конце детектора так, чтобы он находился внутри трубки для заполнения геля. Теперь вставьте вторую ферритовую штангу в другой конец трубки. На этом этапе индикатор LED1 должен ярко светиться. Медленно продвигайте ферритовый стержень внутри трубки, наблюдая за LED1. Как только LED1 погаснет, прекратите нажимать стержень, отметьте положение стержня и закрепите его в трубке с помощью клея. Теперь детектор хорошо отрегулирован и готов к использованию.

Раджу Р. Бадди