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無線電子工学および電気工学の百科事典 地下の金属探知機で発見されます。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
私が開発した金属探知機は、地雷原を特定して除去するための平和維持活動にも、大規模な地質調査や考古学調査にもまだ使用されていません。 プロ向けではなく、「アンダーグラウンドを見たい」というアマチュア向けに、表のパラメータで設計すれば満足できる「ビート金属探知機」の改良版です。 探索生成器への自動周波数制御（AFC）の導入により、プローブパルスの持続時間がメッセージ自体の強度に依存することを有益に利用（明確な固定）することにより、デバイスの感度が向上します。 さらに、電子ユニットの電圧と温度補償を安定させるために追加の手段を講じる必要はありませんでした。 そして、懐疑論者によって予測された「和解できない矛盾」（金属が作業領域に入ったときの探索発振回路の周波数の変化は、AFCシステムの通常の機能と両立しないと言われています）は、実践自体によって解決されました。 センサーが研究対象の表面上を 0,5 ～ 1 m/s の速度で移動する場合、デバイス回路は大きな慣性 (大きな時定数) を持つ自動周波数制御とまったく競合しないことがわかりました。
ブロック図の分析から、このようなデバイスの作成は、これまでの感度の低い類似品のどれよりも明らかに困難であることが明らかです。 実際、私が提案する開発では、例示的な水晶発振器 (1) と測定発振器 (2) の標準セットに加えて、外部インダクタ L (サーチ フレーム センサー)、ミキサー (3)、およびサウンド レコーダー VA (電話カプセル) が追加されています。 ）、パフォーマンス特性を大幅に向上させる新しいデバイスがあります。 これは、制御ビート周波数に比例する振幅を持つ鋸歯状信号を生成する積分器 (4) と、スイッチ (5) およびソース フォロワ VT とともにアナログ回路を構成する書き込みパルス整形器 (6) です。積分器からのピーク電圧を記録する記憶装置。 金属探知機はコンパレータ (7) なしでは機能しません。これにより、特別な VCO 発生器 (8) がなければ、最大感度のゾーンから 200 対 8000 のビートを記録する領域 (またはその逆) への電子機器の自動転送が保証されます。ソースフォロワで生成された電圧を電気発振周波数 9 ～ 10 Hz に変換します。 また、制御電圧の過度に急峻な変化に対するデバイスの応答を遅くする特別なユニットを備えた AFC (XNUMX) の自動周波数制御の上記のオリジナル システムも使用しません。その中で、もちろん、「オペアンプ」と特別なミキサーを強調表示することを忘れることはできません (XNUMX)。 技術特性
実践が示すように、オーディオ信号を生成する選択された方法を備えたデバイスのこの構成により、両方の周波数を同時に聞くことができ、特定の感度へのデバイスの初期調整が大幅に容易になります。 そして信頼性もかなり高く確保されています。 たとえば、差周波数がほぼ臨界（70 Hz）になる距離で探索フレーム センサーが巨大な金属物体に近づいたような極端な状況でも、誤動作は発生せず、変化するビート周波数だけがヘッドフォンから聞こえます。 。 次に、電気回路図に反映される詳細についてです。 モデル ジェネレーターは DD1.1 要素に基づいて作成されています。 その周波数は、正帰還回路に接続された水晶振動子 ZQ1 によって安定化されます。 電源投入時に発電機を確実に励磁するために、抵抗 R1 が使用されます。 ここにある DD1.2 バッファ要素はジェネレータをアンロードし、デジタル レベルの信号も生成します。 抵抗 R2 は、負荷の程度と水晶共振器によって消費される最大電力を決定します。
この発生器は、500 ～ 800 µA の消費電流でほぼすべての共振器で動作します。 そして、それに続く 2.1 つの周波数分周器 (要素 DDXNUMX) は、ミキサーの通常の動作に必要な対称的な蛇行を持つ信号を生成します。 測定発生器は、非対称マルチバイブレータ回路 (トランジスタ VT1 および VT2) を使用して組み立てられます。 自励モードへの出口は、コンデンサ C7 の正帰還回路によって提供されます。 周波数設定要素は C3 ～ C5、VD1、サーチコイルセンサー L1 です。 また、既存の水晶振動子に応じて500kHzから700kHzの範囲で生成が行われます。 この発電機では、短期的な不安定性などの重要なパラメータは小さいです。 電源を入れた直後の最初の 10 秒間の周波数ドリフトは 0,7 Hz 以下 (および 30 分ごと - 最大 20 Hz) ですが、1 分間に 1 Hz (AFC なし) であっても、通常の動作では許容できると考えられます。デバイス。 測定ジェネレータによって生成された 1 ～ 1,2 V の振幅を持つ正弦波信号は、絶縁コンデンサ C9 を介してトリガ DD3.2 に供給され、トリガ DD2 はデジタル レベルおよびデューティ サイクル 5 の矩形パルスを生成します。 R6R3.3 は分周器です。回路のこのセクションの通常の動作に必要です。 そうですね、DD2.2 はバッファ カスケードとして機能します。 そこからの信号はミキサー (T トリガー DDXNUMX) に供給されます。 モデルジェネレーターの分周器からの周波数もそこに到着します。
DD2.2 の動作特徴は、近い周波数の 12 つのパルス シーケンスがこの論理要素の入力 C と D に到着すると、厳密に対称的な蛇行を持つ差周波信号が出力で生成されることです。 さらに、ミキサの出力１２から取り出されたものはすべて、図２ａに示す形状を有する。 直接信号と遅延信号（図 2b）の反転信号（R8C11 回路と素子 DD4.2 のおかげで）は、DD5.1 スイッチで加算され、ショート ポジティブの形成による論理 AND/OR として機能します。アナログ記憶装置 (DD2、C5.2、VT13) の動作用の書き込みパルス (図 3c)。 しかし、それだけではありません。 DD4.2 出力から取得された信号は、VD2、R10 ～ R11、DA1、C12 を使用する古典的な方式に従って作成された積分器に送られます。 抵抗 R11 はコンデンサ C12 の再充電電流を制限し、要素 DD4.2 の出力をアンロードします。 DD2 キーを介した統合信号 (図 5.2d)。 DD5.1からのパルスによって制御される電圧は蓄積容量C13に供給され、そこで積分器から来るもののピーク値に等しい電圧が形成され、新しい記録サイクルまで高精度に維持されます（図2e）。 コンデンサ C14 は、ビート周波数の急激な変化があるときに発生する可能性のある「ステップ」効果を平滑化します (図 2e)。 ソースフォロワから、信号はコンパレータ DD4.3、VCO (電圧制御発生器)、および AFC ループ回路に送られます。 分圧器 R21R22 は、フィードバック R23 および R24 とともに、制御電圧の範囲を 1,2 V の振幅に狭めます。オペアンプ DA2 は、得られた値と分圧器 R26R29 によって設定された値を比較し、バリキャップの制御電圧を生成します。 VD1。 抵抗 R26 を使用すると、AFC キャプチャ (感度) の開始点を大まかに設定でき、抵抗 R27 を使用すると正確に設定できます。 さらに、R26 スライダーを極端な位置（図に従って上または下）に移動すると、AFC キャプチャ ゾーン（±300 Hz）を簡単に離れることができ、XNUMX 対 XNUMX のビート周波数を持つモードが実装されます。デバイスの操作がより柔軟になります。 ビート周波数の急激な変化に対する自動周波数変換器の応答を遅くするユニットの機能の特殊性を理解するために、トランジスタ VT4 に基づいて、たとえば一定の Ub があると仮定します。 。 また、ある時点でビート周波数に急激な変化があり、それに応じて C14 の電圧も変化すると仮定します。 当社の金属探知機の動作回路は、そのような「入力」に対して、トランジスタ VT4 の以前の値からの適切な偏差 Ub で確実に応答します (R19、R20、および C16 の大きな定格のおかげで)。ビート周波数は、これらの電圧のゆっくりとした変化の形での反応であることは確かです。 金属物体がサーチ フレーム センサーの感度ゾーンに入り、比較的長時間そこに留まると、VT4 ベースに電圧が確立されます。これは通常、指定された周波数モードに戻るのに十分な電圧です。 しかし、センサーが突然横に移動されると状況は変わり、トランジスタ VT4 の Ub は以前のレベルにすぐに戻ることができなくなります。 つまり、「0」を通過するための条件が作成されます（正のフィードバックの出現）。 後者を排除するために、R19 はダイオード VD3 で分路され、それを通じて容量 C16 が急速に放電されます (Ub は設定レベルに戻ります)。 実際、AFC には (ビート周波数が変化する方向に応じて) 4.4 つの時定数があります。 また、センサーの特別な設計により、検出された物体の強磁性特性が探索発生器の f の増加に与える影響が実質的に排除されるため、AFC とデバイス全体の両方がすべてのモードで正確に動作します。 VCO(DD18、R15、C16)はビート周波数に応じて変化する電圧を周波数に変換します。 また、R17R4.3 分周器を使用して構成された DDXNUMX コンパレータにより、最大感度のゾーンでこれを行うことができます。 VCO 周波数はミキサー (スイッチ DD5.4) の入力 A に供給されます。 CO 入力は、論理要素 DD4.1 と差分 fbeats、および微分回路 C10R9 によって形成された短い負のパルスから来ます (ヘッドフォンの音質を向上させ、消費電力を削減するため)。 その結果、変調された VCO 周波数またはビート周波数のみがミキサー出力に存在します。 さらに、回路はあるモードから別のモードへの遷移を自動的に実行します。 可変抵抗器 R30 は負荷とボリュームの制御として機能し、SA1 と組み合わせて電源スイッチとして機能します。 CMOS シリーズの超小型回路と微小電流モードで動作するオペアンプの使用により、消費電流を 6 mA のレベルまで削減することができ、Krona バッテリーを電源として使用できるようになりました。 他の類似品と同様に、金属探知機のほぼ全体が片面フォイルグラスファイバー製のプリント基板に取り付けられています。 探索発生器はブリキ製のシールドボックス内に設置されます。
ボードの寸法には、調整抵抗 R26、R27、R30、電源とヘッドフォンを接続するためのソケット、およびセンサー フレームのみが含まれます。 DD1 K561LA8; DA1-DA2 KR140UD1208; DD2 K561TM2; VT1-VT3 KP303A; DD3 K176LP4; VT4 KT3102G; VD1 D902; VD2-VD3 KD522 センサーフレームの技術と慎重な製造は金属探知機全体の性能にとって非常に重要であるため、明らかにより詳細なプレゼンテーションが必要です。 ここで使用される基礎は、PEV1100-2 ワイヤーの 1,2 mm セクションで構成される束です。 それを絶縁テープの層でしっかりと包み、内径 10 mm、長さ 960 mm のアルミニウム管に押し込みます。 得られたワークピースは、角が丸い300x200 mmの長方形のフレームに成形されます。
アルミニウムケース（静電スクリーン）内に置かれた最初のワイヤの端は、11番目のワイヤの始点に順次はんだ付けされ、XNUMX巻きのインダクタのようなものが形成されるまで同様に行われます。 接着部は紙テープで相互に隔離され、エポキシ樹脂で充填されており、チューブ自体がフレーム内で曲がることによる短絡の外観が排除されます。 ここで、密閉型高周波コネクタと、折りたたみ式釣竿の 75 つまたは XNUMX つのセクションとして使用できるロッドハンドル用の適切な (非金属) マウントを提供することをお勧めします。 フレームとユニットを接続するには、RKXNUMX などの同軸テレビ ケーブルを使用することをお勧めします。 探索発生器のチョーク L2 (以下の名称は図 1 および雑誌の前号に掲載された金属探知機の回路図に従っています) には 450 ターンの PEL1-0,01 ワイヤが付いています。 巻線 - 強磁性コアM4NNを備えた直径15、長さ600 mmのフレームに大量に巻かれています（古いラジオの適切な輪郭コイルを使用できます）。 このようなチョークのインダクタンスは 1 ～ 1,2 mH です。 このデバイスは、コンデンサ KSO または KTK (C3、C4、C5)、KLS または KM (C1、C2、C6 ～ C13、C15)、K50-6 または K53-1 (C14、C16、C17) を使用します。 抵抗器の選択もあります。 特に、SP26-27 または SP-5 は「チューナー」R2、R3 に適しています。 変数 R30 についても同じことが言えますが、スイッチと組み合わせる必要があるだけです。 他のすべての抵抗器は MLT-0,125 (VS-0,125) です。 デジタル MS は、実績のある K176 シリーズのアナログに置き換えることができます。 DD1、DD3 - 必要な数のインバータが含まれている限り、同じシリーズのいずれか。 トランジスタの交換も可能です。 たとえば、VT1 および VT2 には KP303B (-Zh) が適しています。 VT3 の代わりに、KP303 または KP305 を使用できます (この場合、名前の末尾の文字インデックスは機能しません)。KT3102E は KT4G (VT3102) に置き換えられます。 クォーツは 1,0 ～ 1,4 MHz 用に設計されたものの 1 つです。 ヘッドフォンの選択も無制限です。 実践が示すように、TON-2 または TON-901 が非常に適しています。 バリキャップ D902 を D2 に置き換えることができます。 ダイオード VD3 および VD522 KD523 (KDXNUMX) の任意の文字インデックス。 組み立てられたデバイスを構成するには、オシロスコープと...作業の正確さが必要です。 設置全体を注意深く検査した後、回路に電力が供給されます。 次に、消費電流を確認します。適切に実行された動作設計では、消費電流は 5.5 ～ 6,5 mA になるはずです。 規定値を超えた場合は、はんだ付けミス等を探索し除去します。 モデル ジェネレーターの機能は、DD1 マイクロ回路のピン 2 に、デューティ サイクル 0,5 の水晶共振子の 2 f に等しい周波数が存在することによって検証されます。次に、「検索エンジン」に進みます。 供給電圧の半分は、DA3 チップの出力を切断しながら、R8 と C2 が接続されるプリント基板上のテスト ポイントに供給されます。 そして、トランジスタ VT2 のドレインに接続されたオシロスコープで、出力電圧の振幅をチェックします。 1 V ～ 1,2 V である必要があります。偏差が 0,1 V を超える場合は、インダクタ L2 の巻き数を調整します。 コンデンサ C3 と C4 を使用すると、最適な信号周波数は 0.5f クォーツに設定され、さらにセンサー自体は金属物体から 5 メートル以内に配置する必要があります。 必要に応じて R9 を選択し、DD3 マイクロ回路のピン 2 で対称的な出力信号を取得しようとします (この場合、ミキサーは蛇行が 8 に等しい差周波信号を生成する必要があります)。 次に、バリキャップの電圧を変更すると、ビート周波数が 9 ～ 6 Hz になり、DA1 積分器のピン 10 で信号を測定します。信号は「下から制限される寸前」になるはずです。 対応する調整は、抵抗 RXNUMX の値を選択することによって行われます。 トランジスタ VT3 のソースにオシロスコープを接続して、ビート周波数に応じた電圧レベルの変化を確認します。 抵抗 R16 および R17 により、fbeat が 10 Hz を超えた場合にのみコンパレータの出力 (DD4 チップのピン 70) に論理 XNUMX が現れるようになります。 VCO は抵抗 R15 を使用して調整され、積分器信号が「下限値を超えた」ときに発電機が動作し始めるようにします。 将来的には、VCO の最小周波数が金属探知機の最大感度の設定に対応するため、動作前のデバイスの調整が大幅に簡素化されます。 以前に特別にシールされた R3 と C8 間のプリント基板上の DA2 間の接続を復元したら、デバイスのデバッグの最終段階に進みます。 「チューナー」エンジン R26 は、最大ビート周波数 (および fsearch ジェネレーター > fmodel) に対応する極端な (「正」) 位置に回転されます。 次に、スライダーを反対方向にゆっくりと回転させ、DA6 のピン 1 で信号の監視を開始します。 （R26 スライダーの特定の位置で）信号が AFC キャプチャ ゾーンに入った瞬間がオシロスコープの画面にどのように表示されるかに注目してください。 同調抵抗器 R27 のノブを回し続け、10 Hz のビート周波数を達成すると同時に、自動周波数変換器の動作を (信号が元の状態に戻ろうとする傾向によって) チェックします。 抵抗器 R26、R27 のモーターは、AFC の大きな慣性を考慮して、ゆっくりと動かす必要があります。 この場合、VCO の最小周波数と fbeat による弱いクリック音がヘッドフォンで聞こえます。 場合によっては、音が固定された状態に対して「浮いている」ような効果が発生することがあります。 この場合、抵抗器R23、R24の比をより正確に選択するか、R19、R20の値を減らす必要があります。 すでに述べたように、金属探知機の電子部分 (これはほぼ装置全体) は、ハンドルに取り付けられた任意の適切なハウジングに取り付けることができます。 検索フレーム センサーと接続ワイヤが相互にしっかりと固定されていることを確認する必要があります。 結局のところ、オペレータが動いたときに発生するこれらの部品の小さな振動でも、誤った信号が生成される可能性があります（特に回路の感度が最大で、デバイスの経験が不十分な場合）。 同じ理由で、スパチュラは銃剣を上にして (センサー フレームから離して) 背中の後ろに着用する必要があります。 また、オペレーターの靴ひもに金属製の先端が付いていることは、通常は受け入れられません。 彼らが導入する干渉は、手放したくないものを地中に見つけようとする超高感度装置の努力をすべて無効にする恐れがあります。 金属探知機での作業は、最新の手持ち式地雷探知機での作業とそれほど変わりません。 もちろん精密機器なので調整は必要です。 私たちの特定のケースでは、これは調整抵抗器 R26 のスライダーを極端な (「正」) 位置に回し、R27 を中央に回すことです。 機器に電源を供給したら、ヘッドフォンに VCO 信号が現れるまで、調整ノブ R26 を逆方向に回します。 この後、抵抗 R27 を調整して必要な感度を設定します。 また、R26 の助けを借りて、fbeat は 200 ～ 300 Hz の範囲内で任意に設定されます (XNUMX 対 XNUMX ビート モードでデバイスを使用する場合)。 AFC と VCO は基本的に無効になっているため、検索は通常どおり実行されます。 小さな物体の位置をより明確に決定するには、センサー フレームを水平 (角が前方に丸くなる) または調査対象の表面に対して 45 ～ 90° の角度で (明確な位置的利点が XNUMX つある) 検索エリアに移動します。フレームの側面）。 著者：Yu.Stafiychuk
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