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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Detector de metais com maior sensibilidade em microcircuitos. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / detectores de metal Uma das características de todos os detectores de metais do tipo BFO é que os geradores de referência e referência desses dispositivos são feitos estruturalmente em elementos do mesmo microcircuito. Deve-se reconhecer que, além de certas vantagens (por exemplo, simplicidade do circuito, estabilização de temperatura), tais projetos também apresentam uma série de desvantagens. A principal delas é a ocorrência de conexões parasitas entre elementos individuais dentro do cristal do microcircuito, que são quase impossíveis de eliminar. É por isso que nesses detectores de metais é necessário escolher uma frequência de batimento superior a 100-300 Hz, o que inevitavelmente leva a uma diminuição na sua sensibilidade. Uma tentativa de livrar os detectores de objetos metálicos que operam com base na análise de sinais de batida de pelo menos essas deficiências foi feita ao criar um dispositivo baseado em um circuito publicado em publicações nacionais e estrangeiras em meados da década de 90 do século passado. Diagrama esquemático O projeto proposto é uma das muitas opções de detectores de metais do tipo BFO (Beat Frequency Oscillator), ou seja, é um dispositivo baseado no princípio de analisar os batimentos de dois sinais de frequência próxima. Além disso, neste projeto, a mudança na frequência do batimento é avaliada de ouvido. A base do circuito deste dispositivo (Fig. 3.6) consiste em osciladores de medição e referência, um misturador, um filtro passa-baixa, um analisador e um circuito de indicação acústica.
Os osciladores de medição e referência são dois osciladores LC simples feitos em elementos dos microcircuitos IC1 e IC2. Neste caso, o oscilador de referência é montado no elemento IC1.1, e o oscilador de medição ou sintonizável é montado no elemento IC2.1. A frequência de oscilação do oscilador de referência é determinada pelos parâmetros dos elementos do seu circuito, ou seja, a indutância da bobina L1 e as capacitâncias dos capacitores C1, C2. Os valores desses parâmetros são selecionados de forma que a frequência de operação do oscilador de referência seja de cerca de 100 kHz. O circuito oscilatório do gerador de medição é formado pela bobina sensora L2 e pelos capacitores C3-C5. A frequência de operação deste gerador está próxima da frequência do gerador de referência e pode ser ligeiramente alterada ajustando o capacitor variável C3. Os elementos IC1.2 e IC2.2 desempenham a função de cascatas que fornecem isolamento de tensão CA entre geradores. Das saídas de ambos os geradores, os sinais de RF são alimentados a um misturador feito no elemento IC3.1, em cuja saída são formadas oscilações com as frequências totais e diferenciais dos geradores e seus harmônicos, que são fornecidos ao passa-baixa circuito de filtro. Ao contrário de muitos outros detectores de metais do tipo BFO, o dispositivo proposto utiliza um filtro passa-baixa, que é montado nos elementos R3 e C6, para isolar sinais de diferença de frequência (som). Em seguida, o sinal de baixa frequência é alimentado ao analisador. Como se sabe, a sensibilidade dos detectores de objetos metálicos que avaliam a frequência do sinal de batimento depende em grande parte de qual sinal de frequência mais baixa pode ser gravado por este dispositivo. Os detectores de metal que fornecem análise de batimentos com frequência de vários hertz têm a melhor sensibilidade. No entanto, é impossível ouvir tal sinal diretamente em fones de ouvido devido à faixa limitada de frequência operacional das cápsulas telefônicas. Muitas vezes, os desenvolvedores recorrem à solução mais simples para este problema, a saber: simplesmente aumentar a frequência do sinal de batida usando vários multiplicadores. Uma das variantes do circuito de duplicação de frequência (mais precisamente, a conversão de um sinal senoidal em uma sequência de pulsos de dupla frequência) já foi discutida no capítulo anterior ao descrever um detector de metais transistorizado com sensibilidade aumentada. No analisador do detector de metais em questão, para aumentar a frequência do sinal de batimento, é utilizado um circuito que garante a conversão de um sinal senoidal (quase triangular) em pulsos curtos com dupla taxa de repetição. Para isso, é utilizado um comparador de tensão feito nos elementos IC3.2-IC3.4. Durante um período da frequência de batimento, o comparador muda duas vezes de um estado lógico para outro, após o qual os pulsos retangulares gerados por ele são diferenciados pelo circuito C7R8 e então alimentados através do capacitor C7 para o controle de volume R8. Como resultado, os fones de ouvido BF1 conectados ao conector X2 recebem pulsos curtos de tensão de dupla frequência. O dispositivo é alimentado pela fonte B1 com tensão de 9 V. Neste caso, os microcircuitos detectores de metais IC1 e IC2 são alimentados por uma fonte DC através dos filtros de desacoplamento R6C8 e R7C9. Detalhes e construção Todas as partes do detector de metais em questão (com exceção da bobina sensora L2, resistor R8, capacitor C3, conectores X1 e X2, bem como chave S1) estão localizadas em uma placa de circuito impresso medindo 80x60 mm, feita de duplo- folha facetada getinax ou textolite (Fig. 3.7). Neste caso, a instalação dos elementos é feita na lateral dos condutores, e a folha do outro lado desempenha o papel de tela.
Não há requisitos especiais para as peças utilizadas neste dispositivo. Recomenda-se o uso de capacitores e resistores de pequeno porte que possam ser colocados em uma placa de circuito impresso sem problemas. O capacitor C3 deve ter capacidade máxima de 180-240 pF. Você pode usar qualquer capacitor de sintonia de um receptor de rádio de pequeno porte (por exemplo, tipo KP-180). Para aumentar a estabilidade térmica, é desejável que os capacitores C1, C2, C4 e C5 tenham um TKE não pior que o M1500. Os resistores fixos podem ser, por exemplo, do tipo MLT-0,125. Chips como K561LE5 podem ser substituídos por microcircuitos K176LE5, K176LA7 ou K561LA7. A bobina L1 contém 30 voltas de fio PEV-2 com diâmetro de 0,08 mm. Para dar corda, recomenda-se utilizar a moldura da bobina do circuito IF de um receptor de rádio transistorizado (por exemplo, “Alpinist-407” ou similar). A bobina sensora L2 contém 100 voltas de fio PEV-2 com diâmetro de 0,6 mm e é feita em forma de toro com diâmetro interno de 240-250 mm. É mais fácil fazer essa bobina em uma estrutura rígida, mas você pode passar sem ela. Neste caso, qualquer objeto redondo adequado, como uma jarra, pode ser usado como moldura temporária. As voltas da bobina são enroladas a granel, após o que são retiradas da moldura e protegidas por uma tela eletrostática, para cuja fabricação é enrolada uma fita de papel alumínio sobre o feixe de voltas. A distância entre o início e o fim do enrolamento da fita (a distância entre as extremidades da tela) deve ser de cerca de 10 mm. Na confecção da bobina L2, deve-se ter cuidado especial para que as pontas da fita de blindagem não entrem em curto-circuito, pois neste caso se forma uma espira em curto-circuito. Para aumentar a resistência mecânica, a bobina pode ser impregnada com cola epóxi antes da blindagem. Os condutores de um cabo blindado de dois núcleos com cerca de um metro de comprimento devem ser soldados aos terminais da bobina, na outra extremidade da qual está instalado um conector tipo SSh-3 ou qualquer outro conector adequado de pequeno porte. A trança do cabo deve ser conectada à blindagem da bobina. Na posição de operação, o conector da bobina é conectado à parte correspondente do conector localizado no corpo do dispositivo. O detector de metais com maior sensibilidade é alimentado por uma fonte de tensão B1 de 9 V. Como tal fonte, você pode usar, por exemplo, uma bateria Krona ou duas baterias 3336L conectadas em série. A placa de circuito impresso com os elementos nela localizados e a fonte de alimentação são colocados em qualquer caixa metálica adequada. Na tampa da caixa estão instalados um capacitor C3, um resistor variável R8, um conector X1 para conexão da bobina sensora L2, uma chave S1 e um conector X2 para conexão de fones de ouvido BF1. Estabelecimento O detector de metais em questão deve ser configurado em condições onde objetos metálicos sejam removidos da bobina sensora L2 a uma distância de pelo menos 1,5 m. O ajuste direto do dispositivo deve começar selecionando a frequência de batimento desejada. Para isso, recomenda-se a utilização de um osciloscópio ou frequencímetro digital. Ao trabalhar com um osciloscópio, sua ponta de prova deve ser conectada à entrada do filtro passa-baixa (pino IC3/3). A forma de onda neste ponto se assemelha à forma de onda de um sinal de RF modulado. A seguir, ajustando a bobina L1 e, se necessário, selecionando as capacitâncias dos capacitores C1 e C2, é necessário garantir que a frequência de modulação (frequência de batimento) seja de aproximadamente 5 a 10 Hz. Ao usar um medidor de frequência digital para configurar um detector de metais, o medidor de frequência deve ser conectado primeiro ao pino 1 do chip IC3 e depois ao pino 2 do mesmo chip. Ao alterar os parâmetros dos elementos mencionados anteriormente (indutância da bobina L1, capacitância dos capacitores C1 e C2), é necessário garantir que a diferença nas frequências do sinal nos pontos indicados também seja de aproximadamente 5-10 Hz. Você pode selecionar a frequência de batimento desejada sem um osciloscópio ou medidor de frequência. Neste caso, normalmente é suficiente ajustar a frequência de operação do oscilador de referência. Para fazer isso, você precisa conectar telefones de alta impedância (por exemplo TON-3.1) à saída do elemento IC3 (pino IC3/2) e, em seguida, ajustando o núcleo de sintonia da bobina L1, obter a aparência de um sinal de áudio nos fones de ouvido. Neste caso, o rotor do capacitor C3 deve ser instalado na posição intermediária. Em seguida, girando o núcleo de sintonia da bobina L1, é necessário definir o modo em que serão ouvidos cliques nos fones, seguindo com frequência de vários hertz. Após a montagem do gerador, é aconselhável fixar o núcleo de sintonia da bobina L1 com uma gota de cola. Em seguida, você precisa configurar o comparador de tensão. Para fazer isso, você precisa selecionar o valor do resistor R9, mostrado na Fig. 3.6 com linhas tracejadas. Sua resistência pode variar de 300 kOhm a 1 MOhm. Deve-se observar que o resistor R9 deve ser conectado entre os pinos 5, 6 do elemento IC3.2 e o fio comum se houver tensão de alto nível na saída do comparador (pinos IC3/10,11). Procedimento de trabalho No uso prático deste dispositivo, a frequência necessária do sinal de batimento deve ser mantida pelo capacitor variável C3, que pode mudar sob a influência de vários fatores (por exemplo, quando as propriedades magnéticas do solo mudam, a temperatura ambiente ou a bateria está descarregada). Se durante a operação houver algum objeto de metal no alcance da bobina de busca L2, a frequência dos cliques nos fones de ouvido mudará. Ao se aproximar de alguns metais, aumentará, e ao se aproximar de outros, diminuirá. Ao alterar a frequência dos cliques, com alguma experiência, você pode facilmente determinar de que metal, magnético ou não magnético, é feito o objeto detectado. O volume de cliques é regulado por um resistor variável R8. Autor: Adamenko M.V.
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