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無線電子工学および電気工学の百科事典 トランジスタの感度を高めた金属探知機。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
このセクションでスキームと設計を説明する金属探知機の動作は、XNUMX つの発電機の振動のビートの変化を分析する原理に基づいています。一方の発電機の周波数は安定しており、もう一方の発電機の周波数は安定しています。検出器のカバーエリアに金属物体が現れると、秒が変化します。 この装置の開発にあたり、他の同様の設計に固有の多くの欠点のない金属探知機を作成する試みが行われました。 この装置のスキームは 20 年以上前に開発されたという事実にもかかわらず、その利点には、比較的高い感度、動作の安定性、および非鉄金属と鉄金属を区別する能力が含まれます。 適用された回路ソリューションにより、発電機の動作周波数の安定性が向上し、1 ～ 10 Hz の範囲でビート周波数を推定できるようになりました。 その結果、デバイスの感度が向上し、消費電流も減少しました。 概略図 すでに述べたように、提案された設計は、BFO（ビート周波数発振器）タイプの金属探知機の多くのオプションの2.10つであり、つまり、XNUMXつの周波数のビートを分析する原理に基づいたデバイスです（図XNUMX）。
このデバイスは、測定発振器と基準発振器、RF 発振検出器、前置増幅器、第 XNUMX 制限増幅器、微分回路、第 XNUMX 制限増幅器、および低周波増幅器に基づいています。 トランジスタ T1 および T2 に基づく 159 つの単純な LC 発振器が、測定発振器および基準発振器として使用されました。 これらのトランジスタは、K1NTXNUMXG マイクロ回路の一部であり、同じパラメータを持つ XNUMX 対のトランジスタが XNUMX つのパッケージ内に配置されています。 トランジスタアセンブリを使用すると、発電機周波数の温度安定性が大幅に向上します。 各発電機は容量性 1 点回路に従って組み立てられ、トランジスタ T2 と TXNUMX は共通ベース回路に従って接続されます。 振動の励起は、各トランジスタのコレクタとエミッタの間に正のフィードバックを導入することによって提供されます。 発電機の動作周波数は、トランジスタ T1 と T2 のコレクタとエミッタの間に接続された周波数設定回路のパラメータによって決まります。 この場合、測定用発生器の機能を実行する第１の発生器の周波数設定要素は、サーチコイルＬ１とコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３である。 1 番目の基準発電機の動作周波数は、インダクタ L1 とコンデンサ C2、C3、C2 のパラメータによって決まります。 この場合、両方の発電機は 6 kHz の動作周波数に調整されます。 抵抗器 R7 ～ R9 の助けにより、トランジスタ T40 と T1 の動作モードは直流に設定されます。 コンデンサ C6 の静電容量を変更してデバイスをセットアップするプロセスでは、ビート周波数の選択された高調波に対する基準発振器の大まかな調整が実行されます。 この場合、コンデンサ C6 の静電容量は 100 ～ 330 pF まで変化します。 ビート周波数の微調整は可変抵抗器 R7 によって実行され、この回路ではバリキャップとして機能するツェナー ダイオード D1 のバイアスが変化します。 チューナブル発電機の発振回路のサーチコイルL1を金属物に近づけると、そのインダクタンスが変化し、発電機の動作周波数が変化します。 この場合、コイルＬ１の近くに鉄系金属（強磁性体）でできた物体があると、そのインダクタンスが増加し、発電機の周波数が低下することになる。 非鉄金属はコイル L1 のインダクタンスを低減し、発電機の動作周波数を高めます。 測定発振器と基準発振器の信号を混合した結果生成される RF 信号は、負荷抵抗 R5 で分離されます。 この場合、信号振幅は、RF 信号の周波数差に等しいビート周波数に応じて変化します。 RF 信号の低周波エンベロープは、電圧倍加方式に従ってダイオード D2 および D3 上に作られた特別な検出器によって検出されます。 この場合、コンデンサ C11 は信号の高周波成分のフィルタリングを行います。 検出器の負荷である抵抗器Ｒ６から、低周波ビート信号がコンデンサＣ１２を介してトランジスタＴ３で構成される前置増幅器に供給される。 増幅された信号は、トランジスタＴ３のコレクタから、コンデンサＣ１３を介して、トランジスタＴ４で作られ、方形パルスの形成を提供する第１の制限増幅器に供給される。 抵抗器 R3 と R13 で構成される分圧器の助けを借りて、トランジスタが開放しきい値にあるバイアス電圧がトランジスタ T4 のベースに印加されます。 トランジスタ T4 のベースに到達する正弦波信号は両側で制限されます。 その結果、抵抗器R13がその役割を果たすカスケードの負荷上に方形パルスが形成され、回路C14、R14、R15によってさらに微分され、尖ったピークに変換されます。 この場合、各パルスの先頭の箇所では正極性のピークが形成され、立下りの箇所では負極性のピークが形成される。 これらのピークの持続時間は、方形パルスの繰り返し率とその持続時間には依存しないことに注意してください。 正のピークはトランジスタ T5 のベースに供給され、負のピークはダイオード D4 によってカットオフされます。 トランジスタ T5 は、トランジスタ T4 と同様にキー モードで動作し、抵抗 R16 と R17 によって形成されるコレクタ負荷に一定期間の短い方形パルスが形成されるように入力信号を制限します。 コンデンサ C15 は出力信号をフィルタリングし、BF1 ヘッドフォンの信号のトーンを改善します。 信号は、ボリュームコントロールである抵抗器 R16 から、いわゆる複合トランジスタ回路に従って接続されたトランジスタ T6 と T7 で作られる増幅段に送られます。 これを含めると、高い電流伝達係数を備えた高出力 PNP 導電率トランジスタと同等のトランジスタが形成されます。 その後、増幅された信号が BF1 ヘッドフォンに送られます。 この設計で正弦波からパルス信号を生成する方法を使用すると、トランジスタ T5、T6、T7 がパルス間の休止期間中に閉じられるため、アンプ、特に出力段で消費される電力を削減できます。 金属検出器は電源 B1 から 4,5 V の電圧で電力を供給されますが、消費電流は 2 mA を超えません。 詳細と構造 感度を高めた金属探知機を組み立てる際に使用する部品に特別な要件はありません。 唯一の制限は全体の寸法に関するものです。このデバイスのほとんどの部品は、片面箔コーティングされた getinax またはグラスファイバー製の 70x110 mm のプリント基板に実装されているためです。 プリント基板は、固定抵抗器 MLT-0,125、コンデンサ KSO、PM、MBM、K50-6 などを使用するように設計されています (図 2.11)。 この設計を繰り返す場合、トランジスタ アセンブリ (トランジスタ T1 および T2) として、任意の文字インデックスを備えた K159NT1 チップを使用できます。 ただし、現時点では常にそれを見つけることができるわけではありません。 したがって、必要に応じて、トランジスタ アセンブリの代わりに、同じか近いパラメータ (静電流伝達係数と初期コレクタ電流) を持つ KT315G タイプの XNUMX つのトランジスタを使用することをお勧めします。
増幅段（トランジスタ T3、T4、T5）には、KT342B タイプのトランジスタの代わりに、KT315G、KT503E または KT3102A ～ KT3102E タイプのトランジスタを取り付けることができます。 KT502E (T6) タイプのトランジスタは KT361 に完全に置き換えることができ、K503E (T7) タイプのトランジスタは任意の文字インデックスを持つ KT315 に置き換えることができます。 ただし、この場合、ヘッドフォンは高抵抗のもの (TON-2 や TEG-1 など) でなければなりません。 低抵抗電話機を使用する場合、トランジスタ T7 はより強力である必要があります (たとえば、タイプ KT603B または KT608B)。 ツェナーダイオード D1 として、D808 ～ D813 または KS156A タイプのツェナーダイオードも使用できます。 ダイオード D2 および D3 には、D1、D9、または D10 シリーズのいずれかを使用できます。 コイル L2 には、磁気回路 SB-250-2a に巻かれた直径 0,1 mm のワイヤ PEV-23 が 11 回巻かれています。 製造時に他のコアを使用することもできます。 主なことは、完成したコイルのインダクタンスが4 mHであることです。 測定コイル L1 には、直径 100 mm の PEV-1 ワイヤが 0,3 回巻かれており、直径 160 mm のトーラスの形で作られています。 このコイルは剛体フレーム上で作成する方が簡単ですが、剛体フレームなしでも作成できます。 この場合、瓶などの適切な丸い物体を一時的なフレームとして使用できます。 コイルのターンはまとめて巻かれ、その後フレームから取り外され、ターンの束の上に巻かれた開いたアルミ箔テープである静電スクリーンでシールドされます。 テープの巻き始めと巻き終わりの隙間（スクリーンの端と端の隙間）は10mm以上必要です。 コイル L1 の製造では、シールド テープの端が閉じないように注意する必要があります。この場合、短絡したコイルが形成されるためです。 機械的強度を高めるために、コイルにエポキシ接着剤を含浸させることができます。 長さ約 3 メートルの XNUMX 芯シールド ケーブルの導体をコイル端子に半田付けし、もう一方の端には SSH-XNUMX コネクタまたはその他の適切な小型コネクタが取り付けられます。 ケーブルのシースはコイル スクリーンに接続する必要があります。 動作位置では、コイル コネクタはデバイス本体にある相手コネクタに接続されます。 高感度金属検出器は、電圧 1 V の電源 B4,5 から電力を供給されます。このような電源として、たとえば、いわゆる 3336L 角形電池、または直列に接続された 316、343 タイプの XNUMX つの要素を使用できます。 要素が配置されたプリント回路基板と電源は、適切なプラスチックまたは木製のケースに入れられます。 筐体カバーには、可変抵抗器Ｒ７、Ｒ１６、サーチコイルＬ１を接続するためのコネクタＸ１、スイッチＳ１、ヘッドホンＢＦ１を接続するためのコネクタＸ２が設けられている。 確率 他の金属探知機の調整と同様に、本装置の調整もL1サーチコイルから1,5m以上離れた位置で金属物を取り除いた状態で行ってください。 金属探知機の直接調整は、希望するビート周波数の選択から始める必要があります。 これを行うには、オシロスコープまたはデジタル周波数メーターを使用することをお勧めします。 オシロスコープを使用する場合、そのプローブを抵抗器 R1、R4、R5 とコンデンサ C8 の接続点、つまり検出器の入力に接続する必要があります。 この時点の波形は、変調された RF 信号の波形に似ています。 また、L2コイルの調整やコンデンサC2、C6の容量の選定により、変調周波数(ビート周波数)が10Hz程度となるようにする必要があります。 デジタル周波数計を使用して金属検出器を設定する場合、周波数計を最初にトランジスタ T1 のコレクタ回路に接続し、次にトランジスタ T2 のコレクタに接続する必要があります。 前述の要素（コイル L2 のインダクタンス、コンデンサ C2 および C6 の静電容量）のパラメータを選択することにより、トランジスタ T1 および T2 のコレクタ上の信号の周波数の差が確実に小さくなるようにする必要があります。約10Hz。 さらに、抵抗器Ｒ８を選択することによって、トランジスタＴ３上で行われるカスケードの最大利得が設定される。 オシロスコープや周波数カウンターがない場合は、それらを使用せずに希望のビート周波数の選択を実行できます。 この場合、最初に抵抗器 R8 のスライダーを中間の位置に設定し、次に L3 コイルの同調コアを回転させることによって、約 7 ～ 2 Hz の周波数でフォンにクリック音を発生させる必要があります。 希望の周波数を設定できない場合は、コンデンサ C1 の容量を選択する必要があります。 地面背景の影響を軽減するには、サーチコイル L5 が地面に近づいた時点でビート周波数の最終選択を行う必要があります。 これで、感度を高めた金属探知機のセットアッププロセスが完了しました。 仕事の手続き この金属探知機を実際に使用する場合、電池の放電や周囲温度の変化、土壌の磁気特性の変化などにより変化するビート信号の周波数を可変抵抗器R7によって一定に保つ必要があります。 また、R16 ノブを使用してクリックの音量を調整する必要があります。 動作中に、サーチコイル L1 のカバーエリアに金属物体が現れた場合、電話機の信号周波数が変化します。 一部の金属に近づくとビート信号の周波数は増加し、他の金属に近づくと減少します。 ある程度の経験があれば、ビート信号のトーンを変えることによって、検出された物体が磁性か非磁性かにかかわらず、どのような金属でできているかを簡単に判断することができます。 このような金属探知機の助けを借りて、釘などの小さな物体は土壌層の下で最大10〜15 cmの深さで検出でき、大きな物体（井戸の蓋など）は深さ50〜60 cmで検出できます。 XNUMX〜XNUMXcmまで。 著者：アダメンコM.V.
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