Prosty wykrywacz.pdf

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

PROJEKTY ZAGRANICZNE

Prosty detektor metali

Przedstawione w†artykule

urz¹dzenie cechuje bardzo

prosta konstrukcja i†ca³kiem

niez³e parametry. Przy jego

pomocy szukanie skarbÛw jest

raczej wykluczone, ale

moøliwoúÊ pierwszych

eksperymentÛw i†walory

praktyczne w†innych

zastosowaniach nie s¹ do

pominiÍcia.

Detektory metali wystÍpuj¹

w†dwÛch podstawowych wersjach:

ìdetektorÛw skarbÛwî ukrytych

w†ziemi oraz niewielkich urz¹-

dzeÒ s³uø¹cych do wykrywania

rur, przewodÛw i†innych przed-

miotÛw metalowych znajduj¹cych

siÍ w†úcianach.

Przedstawiony w†artykule bar-

dzo prosty detektor metali naleøy

do tej drugiej kategorii i†pozwoli

majsterkowiczom na zlokalizowa-

nie przewodÛw ulokowanych

w†úcianach w†sposÛb nie niszcz¹-

cy. Urz¹dzenie jest niezwykle

proste w†obs³udze, a†miernik wy-

chy³owy zapewnia wyraüne po-

twierdzenie obecnoúci przedmiotu

metalowego.

Zastosowanie ma³ej pÍtli jako

cewki detekcyjnej zapewnia w³aú-

ciw¹ reakcjÍ urz¹dzenia w†przy-

padku niewielkich przedmiotÛw

metalowych i†umoøliwi znalezie-

nie nawet ma³ej úrubki lub gwoü-

dzia w†drewnianych drzwiach.

Maksymalny zakres wykrywania

wynosi w†przypadku ma³ych

przedmiotÛw 40..50mm i†nie jest

duøo wiÍkszy w†przypadku obiek-

tÛw wiÍkszych.

Czu³oúÊ wykrywania duøych

przedmiotÛw moøna by³oby

zwiÍkszyÊ stosuj¹c pÍtlÍ detekcyj-

n¹ (cewkÍ) o†duøych rozmiarach,

to jednak utrudni³oby wykrywa-

nie i†okreúlanie po³oøenia przed-

miotÛw o†ma³ych rozmiarach.

W†przypadku takiego urz¹dzenia,

ma³a cewka detekcyjna stanowi

chyba najbardziej sensowny wy-

bÛr ze wzglÍdÛw praktycznych,

poniewaø rzadko kto zaintereso-

wany jest wykrywaniem przed-

miotÛw znajduj¹cych siÍ w†úcia-

nie na g³Íbokoúci wiÍkszej niø

oko³o 30mm.

zawiera generator LC. Wiele de-

tektorÛw wykorzystuje to, øe

umieszczenie metalu w†pobliøu

cewki generatora zmienia nieco

jej indukcyjnoúÊ, a†wiÍc i†czÍstot-

liwoúÊ rezonansu.

Wykrycie niewielkiej zmiany

czÍstotliwoúci wymaga bardzo

wraøliwego ucha. Z†tego powodu

przedstawiane urz¹dzenie wykry-

wa tÍ zmianÍ w†zupe³nie inny

sposÛb, a†do jej zasygnalizowania

wykorzystany zosta³ miernik wy-

chy³owy.

Zamiast detekowania zmiany

czÍstotliwoúci obwodu rezonanso-

wego, z³oøonego z†rÛwnolegle po-

³¹czonych indukcyjnoúci i†pojem-

noúci, s¹ wykrywane zmiany jego

dobroci.

DobroÊ obwodu rezonansowe-

go jest miar¹ jego selektywnoúci

i†wzmocnienia dla rezonansu,

a†ulokowanie w†pobliøu indukcyj-

noúci kawa³ka metalu powoduje

st³umienie obwodu (ograniczenie

wzmocnienia). W†przeciÍtnych

warunkach ta zmiana dobroci by-

³aby zbyt ma³a, by daÊ zauwaøal-

ny efekt. Generator urz¹dzenia

jest jednak zaprojektowany w†taki

sposÛb, øe sprzÍøenie zwrotne

zapewnia spe³nienie warunku ge-

neracji praktycznie bez zapasu

amplitudy, tj. tylko podtrzymuje

drgania. Znalezienie siÍ w†pobli-

øu cewki przedmiotu metalowego

spowoduje spadek poziomu syg-

na³u wyjúciowego generatora lub

nawet zerwanie oscylacji.

Sygna³ wyjúciowy generatora

podawany jest na prostownik

i†uk³ad wyg³adzaj¹cy, a†nastÍpnie

na miernik wychy³owy. Sta³e na-

piÍcie wyjúciowe uk³adu wyg³a-

dzaj¹cego jest proporcjonalne do

Zasada dzia³ania

urz¹dzenia jest na-

prawdÍ niezwykle

prosta, a†jej zrozumie-

nie u³atwi schemat

blokowy z† rys. 1 . Po-

dobnie jak w†przypad-

ku najprostszych de-

tektorÛw metali, uk³ad

Rys. 1. Schemat blokowy prostego detektora

metali. Urządzenie zawiera strojony układ

równoległy LC, którego indukcyjność

wykorzystana jest jako pętla detekcyjna.

Elektronika Praktyczna 6/98

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

Rys. 2. Schemat ideowy prostego detektora metali.

obniøa dobroÊ uk³adu rezonanso-

wego, a†wiÍc i†jego impedancjÍ.

To z†kolei sprawia, øe straty wpro-

wadzane przez rezystor R7 staj¹

siÍ wiÍksze, a†poziom amplitudy

generowanego sygna³u maleje.

Sygna³ wyjúciowy generatora

trafia przez elementy C5 i†R9 na

prosty uk³ad prostowania i†wyg³a-

dzania. Jako D1 i†D2 uøyto diod

germanowych, poniewaø cechuje

je niøsze napiÍcie przewodzenia

niø diody krzemowe, w†zwi¹zku

z†czym zapewniaj¹ nieco lepsze

w³asnoúci uk³adu.

Dodatnie napiÍcie wyjúciowe

prostownika jest w†przybliøeniu

proporcjonalne do amplitudy ge-

nerowanego sygna³u. NapiÍcie to

jest mierzone przez prosty wol-

tomierz z†elementami R10 i†ME1.

Oczywiúcie, w†przedstawianym

zastosowaniu wartoúÊ generowa-

nego napiÍcia nie jest istotna,

a†interesuj¹ce s¹ wy³¹cznie jego

wzglÍdne zmiany. Potencjometry

VR1 i†VR2 s³uø¹ wiÍc do uzys-

kania wychylenia do oko³o po³o-

wy skali przy czÍstotliwoúci re-

zonansowej, a†spadek wychylenia

oznacza obecnoúÊ elementu meta-

lowego w†pobliøu indukcyjnoúci.

Uk³ad zasila bateria PP3, a†po-

niewaø natÍøenie pobieranego pr¹-

du wynosi tylko oko³o 2mA, czas

øycia baterii jest bardzo d³ugi.

CzÍstotliwoúÊ rezonansowa uk³a-

du wynosi oko³o 50kHz, co mieú-

ci siÍ w†zakresie czÍstotliwoúci

dozwolonych dla tego rodzaju

urz¹dzeÒ. Sygna³ emitowany

przez urz¹dzenie jest bardzo s³a-

by i†mieúci siÍ w†granicach do-

puszczanych przez przepisy.

amplitudy drgaÒ generatora.

Umieszczenie w†pobliøu cewki

metalowego przedmiotu powoduje

wiÍc spadek wychylenia mierni-

ka, a†jeúli przedmiot ten znajdzie

siÍ bardzo blisko cewki, wskaza-

nie moøe spaúÊ do zera.

na tyle "silne", by podtrzymaÊ

drgania uk³adu. W†zwi¹zku z†tym

wspÛ³czynnik sprzÍøenia zwrot-

nego naleøy bardzo dok³adnie

ustawiÊ.

Potencjometr VR1 s³uøy do

zgrubnej, a†potencjometr VR2 (o

bardzo ograniczonym zakresie re-

gulacji) do precyzyjnej regulacji

poziomu sprzÍøenia. Elementy

VR2 i†R8 po³¹czone s¹ rÛwnolegle

z†rezystorem R6, co umoøliwia

uzyskanie rezystancji w†zakresie

od 1,8k

Dzia³anie uk³adu

Kompletny schemat elektrycz-

ny prostego detektora metali znaj-

duje siÍ na rys. 2 .

By uzyskaÊ drgania, trzeba

w†uk³adzie wzmacniacza zastoso-

waÊ dodatnie sprzÍøenie zwrotne.

Uk³ad bÍdzie generowa³ pod wa-

runkiem, øe straty w†pÍtli sprzÍ-

øenia bÍd¹ niøsze niø wzmocnie-

nie uk³adu. W†przedstawianym

przypadku mamy do czynienia

z†prostym wzmacniaczem nieod-

wracaj¹cym, zbudowanym na

wzmacniaczu operacyjnym IC1.

Rezystory R1 i†R2 okreúlaj¹ po-

ziom napiÍcia sta³ego na wejúciu

wzmacniacza oraz jego opornoúÊ

wejúciow¹, rÛwn¹ 50k

. Tak bardzo

ograniczony zakres zmian pozwa-

la na ³atwe ustawienie w³aúciwe-

go poziomu dodatniego sprzÍøe-

nia zwrotnego.

Wyjúcie dzielnika po³¹czone

jest przez rezystor R7 z†rÛwnoleg-

³ym uk³adem rezonansowym z†ele-

mentami L1 i†C6. Taki uk³ad

w†pobliøu czÍstotliwoúci rezonan-

sowej wykazuje wysok¹ impedan-

cjÍ oraz nisk¹ przy innych czÍs-

totliwoúciach. Wobec tego, przy

odstrojeniu rezystor R7 powoduje

jego znaczne t³umienie i†dlatego

uk³ad generuje wy³¹cznie sygna³

o†czÍstotliwoúci rezonansowej

uk³adu selektywnego (L1, C6),

kiedy to wystÍpuje najsilniejsze

dodatnie sprzÍøenie zwrotne.

Teoretycznie impedancja rÛw-

noleg³ego uk³adu selektywnego dla

czÍstotliwoúci rezonansowej jest

nieskoÒczenie duøa, ale rzeczy-

wiste indukcyjnoúci i†pojemnoúci

wykazuj¹ straty i†impedancja ta

jest tylko bardzo duøa. Jakikol-

wiek element metalowy umiesz-

czony w†pobliøu indukcyjnoúci L1

. Wzmoc-

nienie napiÍciowe uk³adu, wyno-

sz¹ce oko³o 3..5V/V, narzuca pÍt-

la ujemnego sprzÍøenia zwrotnego

z†rezystorami R3 i†R4.

PÍtla dodatniego sprzÍøenia

zwrotnego obejmuje doúÊ z³oøony

dzielnik napiÍciowy, ale jej dzia-

³anie jest ca³kiem proste. Znajdu-

j¹ siÍ w†niej regulowany t³umik

z†potencjometrami VR1 i†VR2, re-

zystor szeregowy R7 oraz uk³ad

rezonansowy.

Aby zapewniÊ dostateczn¹ czu-

³oúÊ urz¹dzenia, dodatnie sprzÍ-

øenie zwrotne powinno byÊ tylko

Wykonanie

Uk³ad moøna zmontowaÊ na

p³ytce uniwersalnej. W†egzempla-

rzu modelowym trzy rezystory

montowane s¹ bezpoúrednio do

potencjometrÛw reguluj¹cych

wspÛ³czynnik sprzÍøenia zwrot-

nego.

NiektÛre z†otworÛw w†p³ytce

uniwersalnej pozostan¹ niewyko-

rzystane, co u³atwia pope³nienie

pomy³ki i†wstawienie jednego z†ele-

mentÛw w†niew³aúciwe miejsce.

Montaø wymaga wiÍc nieco wiÍcej

uwagi, niø gdyby p³ytka by³a wy-

konana specjalnie do tego uk³adu.

Schemat rozmieszczenia ele-

mentÛw oraz mozaika úcieøek

druku przedstawione s¹ na rys.

Elektronika Praktyczna 6/98

do 2,2k

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

kÍ moøna wkleiÊ w†przygotowany

otwÛr o†úrednicy 8mm, co da

pewne mocowanie cewki do obu-

dowy. P³ytka drukowana powinna

byÊ mocowana przy pomocy ko³-

kÛw dystansowych i†úrub M3 do

gÛrnej pokrywy obudowy, w†po-

bliøu indukcyjnoúci L1.

Miernik ME1 naleøy przymo-

cowaÊ do powierzchni gÛrnej po-

krywy obudowy, w†pobliøu jej

krawÍdzi, po przeciwnej stronie

niø znajduje siÍ cewka. U³atwi to

odczyt wskazania podczas eks-

ploatacji urz¹dzenia i†pozostawia

mnÛstwo wolnego miejsca na ulo-

kowanie potencjometrÛw i†w³¹cz-

nika.

Jako ME1 moøna uøyÊ zwyk-

³ego miernika wychy³owego lub

wskaünika dostrojenia, ktÛry bÍ-

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

(0,25W, 5%, węglowe warstwowe)

R1, R2: 100k

R4: 3,9k

Ω

R6: 2,2k

Rys. 3. Schemat rozmieszczenia elementów, okablowania i mozaika

ścieżek druku detektora metali.

Ω

R9: 3,3k

VR1: 1k

, węglowy, obrotowy,

liniowy

VR2: 100k

3 . Uk³ad IC1 nie jest wraøliwy

na dzia³anie ³adunkÛw elektrosta-

tycznych, niemniej jednak zaleca

siÍ uøycie w†jego przypadku pod-

stawki.

Germanowe diody D1 i†D2 s¹

bardziej wraøliwe na ciep³o wy-

dzielane przy lutowaniu niø dio-

dy krzemowe. Przy ich lutowaniu

nie jest niezbÍdne uøycie elemen-

tu odprowadzaj¹cego ciep³o, nie-

mniej jednak lutowanie to powin-

no trwaÊ stosunkowo krÛtko.

Diody te posiadaj¹ szklane

obudowy, w†zwi¹zku z†czym ich

wytrzyma³oúÊ mechaniczna takøe

nie naleøy do szczegÛlnie wyso-

kich i†naleøy obchodziÊ siÍ z†ni-

mi ostroønie.

PrzestrzeÒ na p³ytce pod kon-

densatory inne niø elektrolityczne

jest ograniczona i†trudno bÍdzie

umieúciÊ na niej inne elementy

niø przeznaczone do druku, z†roz-

stawem wyprowadzeÒ 5mm.

W†miejscach po³¹czeÒ z†ze-

wnÍtrznymi podzespo³ami (poten-

cjometry, bateria itp.) naleøy wlu-

towaÊ ko³ki. Naleøy je obficie

pocynowaÊ, co u³atwi pÛüniejsze

przylutowanie przewodÛw. W†ra-

zie potrzeby, ko³ki naleøy oczyú-

ciÊ noøem lub przy pomocy in-

nego ostrego przedmiotu.

Urz¹dzenie moøna z†powodze-

niem zamkn¹Ê w†obudowie z†two-

rzywa sztucznego, o†d³ugoúci oko-

³o 125..150mm. Z†elektrycznego

punktu widzenia po³oøenie pod-

zespo³Ûw urz¹dzenia nie jest is-

totne, jednak jego uøytkowanie

narzuca pewien sposÛb ich usy-

tuowania.

Jako L1 moøna uøyÊ wy³¹cznie

indukcyjnoúci posiadaj¹cej wypro-

wadzenia z†jednej strony. Urz¹-

dzenie testowano tylko z†nisko-

pr¹dow¹ cewk¹ RS oraz cewk¹

8RB Toko. Dzia³anie w†obu przy-

padkach by³o takie samo. Uk³ad

powinien pracowaÊ prawid³owo

z†innymi indukcyjnoúciami o†po-

dobnych wartoúciach, choÊ trud-

no to zagwarantowaÊ.

IndukcyjnoúÊ L1 naleøy przy-

mocowaÊ do jednej z†powierzchni

obudowy, ktÛra stanie siÍ aktyw-

n¹ ìkoÒcÛwk¹î urz¹dzenia. Cew-

, węglowy, obrotowy,

liniowy

Kondensatory

C1: 10

F/25V, wyprowadzenia

jednostronne

C2, C4: 10nF, poliestrowy, raster

5mm

C3: 0,47

F/50V, wyprowadzenia

jednostronne

C5, C7: 100nF, poliestrowy, raster

5mm

C6: 3,3nF, poliestrowy, raster 5mm

Półprzewodniki

D1, D2: OA91

IC1: TL071C

Różne

ME1: miernik wychyłowy (z

ruchomą cewką) 200

A (patrz

tekst)

S1: przełącznik jednobiegunowy,

jednopozycyjny

B1: bateria 9V (PP3) z łączówką

L1: indukcyjność 2,2mH (patrz

tekst)

niewielka obudowa z tworzywa

sztucznego (ok. 150mm x 100mm

x 60mm), łączówka do baterii,

pokrętło 2 szt., przewód plecionka,

cyna, kołki lutownicze itp.

Elektronika Praktyczna 6/98

Ω

R3, R8, R10: 10k

R5: 1k

R7: 22k

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

dzie taÒszy i†w†zupe³noúci wy-

starczaj¹cy. W†prototypie uøyto

wskaünika firmy Maplin, ale mo-

øe to byÊ dowolny inny miernik,

o†czu³oúci zakresowej 200..250

cy 15..16mm, a†nastÍpnie usun¹Ê

resztÍ materia³u przy pomocy pil-

nika. Miernik nie posiada otwo-

rÛw pod úruby i†naleøy przykleiÊ

go do obudowy.

Okablowanie jest bardzo proste,

moøe z†wyj¹tkiem etapu lutowania

rezystorÛw do potencjometrÛw

VR1. Przed lutowaniem naleøy od-

powiednio uformowaÊ, przyci¹Ê

i†pocynowaÊ wyprowadzenia tych

rezystorÛw, a†takøe pocynowaÊ koÒ-

cÛwki potencjometrÛw.

Po ostatecznym sprawdzeniu

prawid³owoúci montaøu i†okablowa-

nia, naleøy ustawiÊ oba potencjo-

metry w†úrodkowych po³oøeniach

i†w³¹czyÊ zasilanie. Przy potencjo-

metrze VR1 przesuniÍtym w†kierun-

ku zgodnym z†ruchem wskazÛwek

zegara wskazanie powinno byÊ

duøe. ObrÛt tego potencjometru

w†kierunku przeciwnym powinien

zaowocowaÊ spadkiem wychylenia

wskazÛwki do zera.

Przy VR1 ustawionym nieco

powyøej punktu spadku wskaza-

nia, reguluj¹c potencjometrem

VR2 uzyskaÊ wychylenie oko³o

po³owy maksimum. Umieszczenie

kawa³ka metalu obok cewki L1

powinno spowodowaÊ spadek wy-

chylenia.

Aby zapewniÊ prawid³owe

dzia³anie urz¹dzenia, po³oøenie

potencjometru VR2 wymagaÊ bÍ-

dzie okresowej regulacji. Przy

zbyt s³abym sprzÍøeniu uk³ad nie

bÍdzie generowa³, a†przy zbyt

silnym jego czu³oúÊ bÍdzie bardzo

ma³a.

EPE

a†wartoúÊ R10 trzeba wÛwczas

zwiÍkszyÊ do 18k

Wskaünik dostrojenia wymaga

wykonania w†obudowie otworu

prostok¹tnego z dwoma zaokr¹g-

lonymi rogami. Najproúciej jest go

wykonaÊ wierc¹c otwÛr o†úredni-

Artyku³ publikujemy na pod-

stawie umowy z redakcj¹ mie-

siÍcznika "Everyday Practical

Electronics".

Elektronika Praktyczna 6/98

Jeúli ktoú woli zastosowaÊ

miernik wychy³owy, powinien to

byÊ miernik o†czu³oúci 100

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: