微小回路の感度を高めた金属探知機。スキーム、説明

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マイクロ回路の感度が向上した金属探知機。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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すべての BFO タイプの金属探知機の特徴の XNUMX つは、これらのデバイスの基準および基準発生器が構造的に同じマイクロ回路の要素上に作られていることです。

このような設計には、特定の利点 (たとえば、回路の単純さ、温度の安定化) に加えて、多くの欠点もあることを認識する必要があります。主なものは、マイクロ回路結晶内の個々の要素間の寄生接続の発生であり、これを排除することはほとんど不可能です。そのため、このような金属探知機では 100 ～ 300 Hz を超えるビート周波数を選択する必要があり、必然的に感度の低下につながります。

ビート信号分析に基づいて動作する金属物体検出器から少なくともこれらの欠点を取り除く試みは、前世紀の 90 年代半ばに国内外の出版物に掲載された回路に基づいてデバイスを作成したときに行われました。

概略図

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 XNUMX つであり、周波数が近い XNUMX つの信号のビートを分析する原理に基づいたデバイスです。さらに、この設計では、ビート周波数の変化を耳で評価します。

このデバイスの回路の基礎（図 3.6）は、測定発振器と基準発振器、ミキサー、ローパスフィルター、アナライザー、音響表示回路で構成されています。

米。 3.6. 感度を高めた金属探知機の概略図（クリックで拡大）

測定発振器と基準発振器は、超小型回路 IC1 と IC2 の素子で作られた 1.1 つの単純な LC 発振器です。この場合、基準発振器は要素 IC2.1 に組み立てられ、測定発振器または調整可能な発振器は要素 ICXNUMX に組み立てられます。

基準発振器の発振周波数は、その回路要素のパラメータ、すなわちコイルL1のインダクタンスとコンデンサC1、C2の容量によって決定される。これらのパラメータの値は、基準発振器の動作周波数が約 100 kHz になるように選択されます。測定用発生器の発振回路は、サーチコイルL2とコンデンサC3〜C5によって形成されます。この発生器の動作周波数は基準発生器の周波数に近く、可変コンデンサ C3 を調整することでわずかに変更できます。要素 IC1.2 および IC2.2 は、発電機間の AC 電圧絶縁を提供するカスケードの機能を実行します。

両方の発生器の出力から、RF 信号が要素 IC3.1 で作られたミキサーに供給され、その出力で発生器の合計周波数と差周波数、およびその高調波で発振が形成され、ローパスに供給されます。フィルター回路。

他の多くの BFO タイプの金属探知機とは異なり、提案されたデバイスは、要素 R3 および C6 に組み込まれたローパスフィルターを使用して、差（音）周波数信号を分離します。次に、低周波信号がアナライザに供給されます。

知られているように、ビート信号の周波数を評価する金属物体検出器の感度は、この装置がどの最低周波数の信号を記録できるかに大きく依存します。数ヘルツの周波数でビート分析を行う金属探知機が最高の感度を持っています。ただし、電話カプセルの動作周波数範囲が限られているため、そのような信号をヘッドフォンで直接聞くことは不可能です。

多くの場合、開発者はこの問題に対する最も単純な解決策、つまり、さまざまな乗算器を使用してビート信号の周波数を単純に増加させることに頼ります。周波数倍増回路の変形の XNUMX つ (より正確には、正弦波信号を XNUMX 倍の周波数の一連のパルスに変換する) については、前の章で感度を高めたトランジスタ金属検出器を説明したときにすでに説明しました。

検討中の金属検出器の分析装置では、ビート信号の周波数を上げるために、正弦波 (ほぼ三角波) 信号を 3.2 倍の繰り返し率で短パルスに変換する回路が使用されています。このために、要素IC3.4〜IC7で作られた電圧比較器が使用されます。ビート周波数の 8 周期の間に、コンパレータは 7 つの論理状態から別の論理状態に 8 回切り替わります。その後、コンパレータが生成する方形パルスは回路 C1R2 によって微分され、コンデンサ CXNUMX を介してボリュームコントロール RXNUMX に供給されます。その結果、コネクタ XXNUMX に接続された BFXNUMX ヘッドフォンは XNUMX 倍の周波数の短い電圧パルスを受信します。

このデバイスは、電源 B1 から 9 V の電圧で電力を供給されます。この場合、金属検出器マイクロ回路 IC1 および IC2 は、デカップリングフィルター R6C8 および R7C9 を介して DC 電源から電力を供給されます。

詳細と構造

問題の金属探知機のすべての部品 (サーチコイル L2、抵抗器 R8、コンデンサ C3、コネクタ X1 および X2、およびスイッチ S1 を除く) は、80x60 mm の二重構造のプリント基板上に配置されています。両面ホイル getinax または textolite (図 3.7)。この場合、要素の取り付けは導体の側で実行され、反対側の箔がスクリーンの役割を果たします。

微小回路に高感度の金属探知機
米。 3.7. 感度を高めた金属検出器のプリント基板 (a) と素子の配置 (b)

このデバイスで使用される部品には特別な要件はありません。プリント基板上に問題なく配置できる小型のコンデンサと抵抗器を使用することをお勧めします。

コンデンサ C3 の最大容量は 180 ～ 240 pF である必要があります。小型ラジオ受信機 (たとえば、タイプ KP-180) の同調コンデンサを使用できます。熱安定性を高めるには、コンデンサ C1、C2、C4、および C5 の TKE が M1500 よりも悪くないことが望ましいです。固定抵抗器には、たとえば MLT-0,125 タイプがあります。

K561LE5 のようなチップは、マイクロ回路 K176LE5、K176LA7、または K561LA7 に置き換えることができます。

コイル L1 には、直径 30 mm の PEV-2 ワイヤが 0,08 回巻かれています。巻き方はトランジスタラジオ受信機（例えば「Alpinist-407」など）のIF回路のコイルのフレームを使用することをお勧めします。

L2 サーチコイルには、直径 100 mm の PEV-2 ワイヤーが 0,6 回巻かれており、内径 240 ～ 250 mm のトーラスの形で作られています。このコイルは剛性の高いフレーム上に作成する方が簡単ですが、それなしで行うこともできます。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て静電スクリーンでシールドされます。その製造のために、ターンの束の上にアルミ箔テープが巻き付けられます。テープの巻き始めと巻き終わりの隙間（スクリーンの端の隙間）は10mm程度にしてください。

コイル L2 を作成するときは、シールドテープの端が短絡しないように特別な注意を払う必要があります。この場合、短絡ターンが形成されるためです。機械的強度を高めるために、シールドの前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 タイプのコネクタなどの小型コネクタを取り付けます。ケーブル編組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、コイルコネクタは装置本体にあるコネクタの嵌合部分に接続されます。

感度が向上した金属探知機は、1 V 電圧源 B9 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、Krona バッテリーまたは直列に接続された 3336 つの XNUMXL バッテリーを使用できます。

要素が配置されたプリント回路基板と電源は、適切な金属ケース内に配置されます。筐体カバーには、コンデンサＣ３、可変抵抗Ｒ８、サーチコイルＬ２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が取り付けられている。

確率

問題の金属探知機は、サーチコイル L2 から 1,5 m 以上の距離で金属物体が取り除かれた状態で設置する必要があり、デバイスの直接セットアップは、希望のビート周波数を選択すること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カウン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、そのプローブをローパスフィルタの入力 (ピン IC3/3) 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。次に、コイル L1 を調整し、必要に応じてコンデンサ C1 と C2 の静電容量を選択することにより、変調周波数 (ビート周波数) が約 5 ～ 10 Hz に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探知機を設定する場合、周波数計を最初に IC1 チップのピン 3 に接続し、次に同じチップのピン 2 に接続する必要があります。前述の要素（コイル L1 のインダクタンス、コンデンサ C1 および C2 の静電容量）のパラメータを変更することにより、示された点での信号周波数の差も約 5 ～ 10 Hz になるようにする必要があります。

オシロスコープや周波数メーターを使わずに、希望のビート周波数を選択できます。この場合、通常は基準発振器の動作周波数を調整するだけで十分です。これを行うには、高インピーダンス電話機 (TON-3.1 など) を要素 IC3 (ピン IC3/2) の出力に接続し、コイル L1 の同調コアを調整して、次のような外観を実現する必要があります。ヘッドフォンのオーディオ信号。この場合、コンデンサ C3 の回転子は中間の位置に取り付ける必要があります。次に、コイル L1 の同調コアを回転させることにより、数ヘルツの周波数に続いて電話機でクリック音が聞こえるモードを設定する必要があります。発電機をセットアップした後、コイル L1 の同調コアを接着剤一滴で固定することをお勧めします。

次に、電圧コンパレータを設定する必要があります。これを行うには、図に示すように、抵抗 R9 の値を選択する必要があります。 3.6 点線付き。その抵抗の範囲は 300 kOhm ～ 1 MOhm です。コンパレータの出力 (ピン IC9/5、6) に高レベル電圧がある場合、抵抗 R3.2 を素子 IC3 のピン 10,11、XNUMX と共通線の間に接続する必要があることに注意してください。

仕事の手続き

この装置を実際に使用する場合、ビート信号の必要な周波数は可変コンデンサ C3 によって維持される必要がありますが、この周波数はさまざまな要因 (土壌の磁気特性の変化、周囲の温度、気温など) の影響で変化する可能性があります。バッテリーが放電しています）。

動作中にL2サーチコイルの範囲内に金属物があると、ヘッドホンのクリック音の周波数が変化します。ある金属に近づくと増加し、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、クリックの頻度を変更することで、検出されたオブジェクトが磁性または非磁性のどの金属でできているかを簡単に判断できます。

クリックの音量は、可変抵抗器 R8 によって調整されます。

著者：アダメンコM.V.

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