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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Um detector de metais no subsolo encontrará. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / detectores de metal O detector de metais que desenvolvi ainda não foi utilizado em operações de manutenção da paz para identificar e limpar campos minados, nem em pesquisas geológicas ou arqueológicas em grande escala. Projetado não para profissionais, mas para amadores, cujo desejo de “olhar underground” pode ser satisfeito por um design com os parâmetros indicados na tabela, é uma versão melhorada do “detector de metais beat”. A sensibilidade do dispositivo é aumentada devido ao uso benéfico (fixação clara) da dependência da duração do pulso de sondagem da intensidade das próprias mensagens com a introdução do controle automático de frequência (AFC) no gerador de busca. Além disso, não foram necessárias medidas adicionais para estabilizar a compensação de tensão e temperatura das unidades eletrónicas. E as “contradições irreconciliáveis” previstas pelos céticos (dizem que uma mudança na frequência do circuito oscilatório de busca quando o metal entra na área de trabalho é incompatível com o funcionamento normal do sistema AFC) foram resolvidas pela própria prática. Descobriu-se que quando o sensor se move sobre a superfície em estudo a uma velocidade de 0,5-1 m/s, o circuito do dispositivo não entra em conflito com o controle automático de frequência, que possui uma inércia significativa (grande constante de tempo).
Já a partir da análise do diagrama de blocos fica claro que fabricar tal dispositivo é obviamente mais difícil do que qualquer um dos análogos menos sensíveis anteriores. Na verdade, o desenvolvimento que proponho, além do conjunto padrão de osciladores exemplares de quartzo (1) e de medição (2), um indutor externo L (sensor de quadro de busca), um mixer (3) e um gravador de som VA (cápsula telefônica ), existem novos dispositivos que melhoram significativamente as características de desempenho. Trata-se de um integrador (4), que produz um sinal dente de serra com amplitude proporcional à frequência de batimento de controle, e um modelador de pulso de escrita (5), que, juntamente com uma chave (6) e um seguidor de fonte VT, constituem um analógico dispositivo de armazenamento que registra a tensão de pico do integrador. Um detector de metais não pode prescindir de um comparador (7), que garante a transferência automática da eletrônica da zona de máxima sensibilidade para a região de registro de batimentos um a um (e vice-versa), sem um gerador VCO especial (8), que converte a tensão gerada no seguidor da fonte em oscilações elétricas com frequência de 200-8000 Hz. e também sem o sistema original acima mencionado de controle automático de frequência AFC (9) com uma unidade especial que retarda a resposta do dispositivo a uma mudança excessivamente brusca na tensão de controle. Existem também uma série de outras soluções técnicas , entre os quais, claro, não se pode deixar de destacar o “op-amp” e um mixer especial ( 10). características técnicas
Como mostra a prática, é justamente esta composição de aparelhos com o método escolhido de geração de sinal de áudio que permite ouvir as duas frequências simultaneamente, facilitando significativamente o ajuste inicial do aparelho a uma determinada sensibilidade. E a confiabilidade é garantida bastante alta. Mesmo em uma situação extrema, quando, digamos, o sensor de quadro de busca se aproxima de um objeto metálico maciço a uma distância na qual a diferença de frequência se torna quase crítica (70 Hz), nenhum mau funcionamento ocorre - apenas a mudança na frequência da batida é ouvida nos fones de ouvido . Agora, sobre os detalhes refletidos no diagrama do circuito elétrico. O gerador do modelo é feito no elemento DD1.1. Sua frequência é estabilizada por um ressonador de quartzo ZQ1 conectado a um circuito de realimentação positiva. Para garantir a excitação do gerador quando a energia é ligada, é utilizado o resistor R1. O elemento buffer DD1.2 localizado aqui descarrega o gerador e também gera um sinal com níveis digitais. O resistor R2 determina o grau de carga e a potência máxima dissipada pelo ressonador de quartzo.
Este gerador pode funcionar com quase todos os ressonadores com um consumo de corrente de 500-800 µA. E o divisor de frequência que o segue por dois (elemento DD2.1) gera um sinal com meandro simétrico, necessário para o funcionamento normal do mixer. O gerador de medição é montado por meio de um circuito multivibrador assimétrico (transistores VT1 e VT2). A saída para o modo de autoexcitação é fornecida por um circuito de feedback positivo no capacitor C7. Os elementos de ajuste de frequência são C3 - C5, VD1 e o sensor da bobina sensora L1. Além disso, a geração é realizada na faixa de 500 kHz a 700 kHz, dependendo do ressonador de quartzo existente. Um parâmetro tão importante como a instabilidade de curto prazo é pequeno para este gerador. O desvio de frequência nos primeiros 10 s imediatamente após ligar a energia não é superior a 0,7 Hz (e a cada 30 minutos - até 20 Hz), embora mesmo 1 Hz em 1 minuto (sem AFC) seja considerado aceitável para operação normal de o dispositivo. O sinal senoidal produzido pelo gerador de medição, com amplitude de 1 - 1,2 V, é fornecido através do capacitor de isolamento C9 ao gatilho DD3.2, que gera pulsos retangulares com níveis digitais e ciclo de trabalho de 2. R5R6 é um divisor necessário para o funcionamento normal desta seção do circuito. Bem, o DD3.3 atua como uma cascata de buffer. O sinal dele é enviado ao mixer (T-trigger DD2.2). A frequência do divisor do gerador modelo também chega lá.
As características operacionais do DD2.2 são tais que se duas sequências de pulsos de frequência próxima chegam às entradas C e D deste elemento lógico, então um sinal de diferença de frequência com um meandro estritamente simétrico é gerado nas saídas. Além disso, tudo o que é retirado da saída 12 do misturador tem o formato mostrado na Figura 2a. Sinais diretos e retardados (Fig. 2b) invertidos (graças ao circuito R8C11 e ao elemento DD4.2) são somados na chave DD5.1, que atua como um E/OU lógico com a formação de curto positivo pulsos de gravação (Fig. 2c) para operação de dispositivos de armazenamento analógicos (DD5.2, C13. VT3). Mas isso não é tudo. O sinal retirado da saída DD4.2 chega ao integrador, feito conforme o esquema clássico utilizando VD2, R10 - R11, DA1, C12. O resistor R11 limita a corrente de recarga do capacitor C12, descarregando a saída do elemento DD4.2. Sinal integrado (Fig. 2d) através da chave DD5.2. que é controlado por pulsos do DD5.1, é fornecido à capacitância de armazenamento C13, onde uma tensão igual ao valor de pico proveniente do integrador é formada e mantida com alta precisão até um novo ciclo de gravação (Fig. 2d). O capacitor C14 suaviza o efeito de “passo” que pode ocorrer quando há uma mudança brusca nas frequências de batimento (Fig. 2e). Do seguidor de fonte, o sinal vai para o comparador DD4.3, o VCO (gerador controlado por tensão) e para o circuito de loop AFC. O divisor R21R22, juntamente com o feedback R23 e R24, estreita a faixa de tensão de controle para uma amplitude de 1,2 V. O amplificador operacional DA2 compara o que é obtido com o que é definido pelo divisor R26R29 e gera a tensão de controle do varicap VD1. Com o resistor R26 você pode definir o ponto inicial da captura AFC (sensibilidade) aproximadamente, e R27 - com precisão. Além disso, ao mover o controle deslizante R26 para a posição extrema (superior ou inferior conforme o diagrama), é fácil sair da zona de captura AFC (±300 Hz), implementando um modo com frequência de batimento um para um, que torna o trabalho com o dispositivo mais flexível. Para entender as peculiaridades do funcionamento da unidade que retarda a resposta do conversor automático de frequência a uma mudança brusca na frequência de batimento, vamos supor que, com base no transistor VT4, exista, por exemplo, algum Ub estável . Suponhamos também que em algum momento haja uma mudança brusca na frequência de batimento e, consequentemente, na tensão em C14. Um circuito funcional do nosso detector de metais certamente responderá a tal “entrada” com um desvio adequado Ub do transistor VT4 do valor anterior (graças às grandes classificações de R19, R20 e C16).Mas a resposta a uma mudança suave em a frequência de batimento certamente será uma reação na forma de uma mudança lenta nessas tensões. Quando um objeto de metal entra na zona de sensibilidade do sensor de busca e permanece lá por um tempo relativamente longo, uma tensão é estabelecida na base do VT4, o que geralmente é suficiente para retornar ao modo de frequência especificado. Mas se o sensor for movido abruptamente para o lado, a situação muda; Ub do transistor VT4 não conseguirá retornar rapidamente ao nível anterior. Ou seja, criam-se condições para a transição através do “0” (surgimento do feedback positivo). Para excluir este último, R19 foi desviado com o diodo VD3, através do qual a capacitância C16 é rapidamente descarregada (Ub retorna ao nível definido). Na verdade, o AFC possui (dependendo da direção em que a frequência de batimento muda) duas constantes de tempo. E como o design especial do sensor praticamente elimina a influência das propriedades ferromagnéticas dos objetos detectados no aumento de f do gerador de busca, tanto o AFC quanto o dispositivo como um todo funcionam corretamente em todos os modos. O VCO (DD4.4 e R18, C15) converte a tensão, que muda com a frequência do batimento, em frequência. E o comparador DD16, configurado através do divisor R17R4.3, permite fazer isso na zona de sensibilidade máxima. A frequência VCO é fornecida à entrada A do mixer (chave DD5.4). A entrada CO vem do elemento lógico DD4.1 e da diferença fbeats, e um pulso negativo curto formado pelo circuito diferenciador C10R9 (para melhor sonoridade dos fones de ouvido, reduzindo o consumo de energia). Como resultado, a frequência modulada do VCO ou apenas a frequência de batida está presente na saída do mixer. Além disso, o circuito realiza a transição de um modo para outro automaticamente. O resistor variável R30 serve como controle de carga e volume, e SA1 combinado com ele serve como chave liga / desliga. A utilização de microcircuitos da série CMOS e amplificadores operacionais operando em modo microcorrente possibilitou reduzir o consumo de corrente ao nível de 6 mA, tornando aceitável o uso da bateria Krona como fonte de energia. Como outros análogos, quase todo o detector de metais é montado em uma placa de circuito impresso feita de fibra de vidro unilateral. O gerador de busca é colocado em uma caixa blindada de estanho.
As dimensões da placa incluem apenas as resistências de ajuste R26, R27, R30, soquetes para conexão de fonte de alimentação e fones de ouvido, além da moldura do sensor. DD1 K561LA8; DA1-DA2 KR140UD1208; DD2 K561TM2; VT1-VT3 KP303A; DD3 K176LP4; VT4 KT3102G; VD1 D902; VD2-VD3 KD522 A tecnologia e a fabricação cuidadosa da moldura do sensor são tão importantes para o desempenho de todo o detector de metais que aparentemente requerem uma apresentação mais detalhada. A base aqui utilizada é um feixe composto por onze seções de 1100 mm de fio PEV2-1,2. Envolvendo-o firmemente em uma camada de fita isolante, ele é espremido em um tubo de alumínio com diâmetro interno de 10 mm e comprimento de 960 mm. A peça resultante é moldada em uma moldura retangular de 300x200 mm com cantos arredondados.
A extremidade do primeiro dos fios, colocada em uma caixa de alumínio - uma tela eletrostática, é soldada sequencialmente ao início do segundo, e assim sucessivamente, até que se forme uma espécie de indutor de 11 voltas. As aderências são isoladas umas das outras com fita de papel e preenchidas com resina epóxi, eliminando o aparecimento de curva em curto-circuito devido ao próprio tubo dobrado na moldura. É aconselhável fornecer aqui qualquer conector fechado de alta frequência e um suporte adequado (não metálico) para um cabo de vara, que pode ser usado como uma ou duas seções de uma vara de pesca dobrável. É melhor usar um cabo de televisão coaxial, por exemplo, RK75, conectando o quadro ao aparelho. O indutor L2 do gerador de busca (designação aqui e abaixo está conforme Fig. 1 e de acordo com o diagrama de circuito do detector de metais, publicado na edição anterior da revista) possui 450 voltas de fio PEL1-0,01. Enrolamento - a granel em uma moldura com diâmetro de 4 e comprimento de 15 mm com núcleo ferromagnético M600NN (você pode usar uma bobina de contorno adequada de um rádio antigo). A indutância desse indutor é de 1-1,2 mH. O dispositivo utiliza capacitores KSO ou KTK (C3, C4, C5), KLS ou KM (C1, C2, C6 - C13, C15), K50-6 ou K53-1 (C14, C16, C17). Há também uma escolha de resistores. Em particular, SP26-27 ou SP-5 são adequados para “sintonizadores” R2, R3. O mesmo pode ser dito da variável R30, só que deve ser combinada com um switch. Todos os outros resistores são MLT-0,125 (VS-0,125). O Digital MS pode ser substituído por análogos da comprovada série K176. DD1, DD3 - qualquer um da mesma série, desde que contenha o número necessário de inversores. Os transistores também podem ser substituídos. Por exemplo, KP1B (-Zh) é adequado como VT2 e VT303. No lugar de VT3, KP303 ou KP305 é aceitável (o índice de letras no final do nome não desempenha um papel neste caso), e KT3102G (VT4) substituirá KT3102E. O quartzo é um daqueles projetados para 1,0-1,4 MHz. A escolha de fones de ouvido também é ilimitada. Como mostra a prática, TON-1 ou TON-2 são bastante adequados. Varicap D901 pode ser substituído por D902. Diodos VD2 e VD3 KD522 (KD523) com qualquer índice de letras. Para configurar o dispositivo montado, você precisará de um osciloscópio e... precisão no trabalho. Depois de inspecionar cuidadosamente toda a instalação, a energia é fornecida ao circuito. Em seguida verifique o consumo de corrente, que para um projeto operacional bem executado deve ser de 5.5 - 6,5 mA. Se os valores especificados forem excedidos, erros de soldagem, etc. são procurados e eliminados. O funcionamento do gerador modelo é verificado pela presença no pino 1 do microcircuito DD2 de frequência igual a 0,5 f de um ressonador de quartzo com ciclo de trabalho 2. Em seguida, passam para o “motor de busca”. Metade da tensão de alimentação é fornecida ao ponto de teste na placa de circuito impresso, onde R3 e C8 se encontram, enquanto a saída do chip DA2 é desconectada. E com um osciloscópio conectado ao dreno do transistor VT2, a amplitude da tensão de saída é verificada. Deve ser de 1 V a 1,2 V. Se o desvio ultrapassar 0,1 V, ajuste o número de voltas no indutor L2. Usando os capacitores C3 e C4, a frequência ideal do sinal é definida como 0.5f quartzo. Além disso, o próprio sensor não deve estar localizado a menos de dois metros de objetos metálicos. Se necessário, selecionando R5, eles se esforçam para obter um sinal de saída simétrico no pino 9 do microcircuito DD3 (neste caso, o mixer deve produzir um sinal de diferença de frequência com meandro igual a 2). Então, alterando a tensão no varicap, a frequência de batimento é igual a 8-9 Hz, meça o sinal no pino 6 do integrador DA1 - deve estar “à beira da limitação por baixo”. O ajuste correspondente é feito selecionando o valor do resistor R10. Ao conectar um osciloscópio à fonte do transistor VT3, verifique a mudança no nível de tensão dependendo da frequência de batimento. Os resistores R16 e R17 garantem que um zero lógico na saída do comparador (pino 10 do chip DD4) apareça apenas quando os fbeats sobem acima de 70 Hz. O VCO é ajustado através do resistor R15 para que o gerador comece a funcionar quando o sinal do integrador “sai do limite por baixo”. No futuro, isso simplificará significativamente o ajuste do dispositivo antes da operação, uma vez que a frequência mínima do VCO corresponderá à configuração do detector de metais para sensibilidade máxima. Tendo restaurado a conexão previamente especialmente selada entre R3 e C8 com DA2 na placa de circuito impresso, passamos à fase final de depuração do dispositivo. O motor “sintonizador” R26 é girado para a posição extrema (“positiva”), que corresponderá à frequência máxima de batimento (e gerador de pesquisa > fmodel. Então, girando lentamente o controle deslizante na direção oposta, eles começam a monitorar o sinal no pino 6 do DA1. Observe como (em uma determinada posição do controle deslizante R26) o momento em que o sinal entra na zona de captura AFC aparece na tela do osciloscópio. Continuando a girar o botão do resistor de sintonia R27, alcançamos uma frequência de batimento de 10 Hz, ao mesmo tempo em que verificamos o funcionamento do conversor automático de frequência (pela tendência do sinal retornar ao seu estado original). Os motores dos resistores R26, R27 devem ser movimentados lentamente, levando em consideração a grande inércia do AFC. Neste caso, a frequência mínima do VCO e cliques fracos com fbeats serão ouvidos nos fones de ouvido. Em alguns casos, pode ocorrer o efeito do som “flutuante” em relação a algum estado fixo. Neste caso, é necessário selecionar com mais precisão a relação dos resistores R23, R24 ou reduzir os valores de R19, R20. Como já foi observado, a parte eletrônica do detector de metais (e este é quase todo o dispositivo) pode ser montada em qualquer caixa adequada montada em uma alça. É necessário garantir que o sensor de quadro de busca, bem como os fios de conexão, estejam rigidamente fixados entre si. Afinal, mesmo pequenas vibrações dessas peças que ocorrem quando o operador se move podem gerar um sinal falso (principalmente com sensibilidade máxima do circuito e experiência insuficiente com o aparelho). Pela mesma razão, a espátula deve ser usada atrás das costas com a baioneta voltada para cima (longe da estrutura do sensor). E pontas metálicas nos cadarços dos sapatos do operador são geralmente inaceitáveis. A interferência que introduzem ameaça anular todos os esforços do dispositivo ultrassensível para encontrar no solo aquilo de que tanto reluta em se desfazer. Trabalhar com um detector de metais não é muito diferente de trabalhar com um detector de minas portátil moderno. É claro que esses instrumentos precisos necessitam de ajustes. No nosso caso específico, isso é girar o controle deslizante do resistor de sintonia R26 para a posição extrema (“positiva”) e R27 para o meio. Após fornecer energia ao equipamento, gire o botão de ajuste R26 na direção oposta até que o sinal VCO apareça nos fones de ouvido. Depois disso, ajustar o resistor R27 define a sensibilidade necessária. E com a ajuda do R26, os fbeats são definidos arbitrariamente (ao trabalhar com o dispositivo no modo de batimento um para um) na faixa de 200-300 Hz. O AFC e o VCO estão essencialmente desabilitados, portanto a busca é realizada normalmente. Para determinar mais claramente a localização de pequenos objetos, a estrutura do sensor é trazida para a área de busca horizontalmente (com um canto arredondado para frente) ou em um ângulo de 45-90° em relação à superfície em estudo (com uma clara vantagem posicional de um). dos lados da moldura). Autor: Yu.Stafiychuk
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