Простейший металлоискатель своими руками / Хабр
Привет, Хабр! Что объединяет радиоприёмник, датчик охранной сигнализации, металлоискатель и музыкальный инструмент терменвокс? Прежде всего то, что все эти устройства реагируют на электрические и магнитные поля. А ещё многие из них имеют в своём принципе действия нечто общее.
Сегодня мы изучим историю и принцип работы металлоискателей, — индуктивных и ёмкостных датчиков, узнаем, что такое гетеродин, а также соберём и испытаем простой опытный экземпляр.
Началась эта история очень давно. В 1918 году изобретатель частотной модуляции в радиосвязи (благодаря которой мы можем слушать высококачественные стереопередачи на ультракоротких волнах), Эдвин Армстронг и Вальтер Шоттки, изобретатель одноимённого диода с малым прямым падением напряжения…
На самом деле, Вальтер Герман Шоттки полупроводникового диода не изобретал, зато разработал инновационную теорию о физических процессах в кристаллах, в частности, вакансиях атомов, предсказавшую эффект Шоттки, используемый в этих самых диодах.
А Эдвин Говард Армстронг сделал для мира радиосвязи очень много. Например, регенеративные и сверхрегенеративные приёмники с положительной обратной связью, позволявшие получить прекрасную чувствительность при малом количестве ламп, то есть, низкой цене и высокой доступности. Но надо отметить, что эти радиоприёмники капризны в настройке, а при неверной настройке могут излучать в эфир помехи, мешая окружающим радиослушателям. Что было особенно актуально в эпоху гигантских винтажных антенн, своим размером компенсировавших несовершенство электронной аппаратуры.
Ещё частотная модуляция впоследствии оказалась жизненно необходима для записи цифровой информации на магнитные носители. Так что без Армстронга не было бы и «винчестеров», они же накопители на жёстких дисках.
Что такое QSL-карта, вы точно не помните. В противном случае — напишите комментарий. Радиолокаторами Армстронг занимался тоже, в том числе участвовал в проекте «Диана», положившем начало радиолокационной астрономии. Сигналы радара посылались в направлении Луны, и принимались как специалистами проекта, так и радиолюбителями.
Хотя это всё официальные версии. Для чего на самом деле были нужны огромные антенны HAARP и подобных проектов, у разных людей разные мнения. Можете поделиться своими.
▍ Супергетеродин
Так вот, в 1917-18 годах начальник полутора киловаттной радиостанции Эйфелевой башни
Супергетеродином называется радиоприёмник, в котором, кроме принимающего колебательного контура, имеется перестраиваемый синхронно с последним генератор — гетеродин. Смешение его сигнала с усиленным сигналом радиочастоты приводит к появлению двух сигналов.
Частота первого является суммой двух частот и не используется, фильтры её подавляют. Зато второй сигнал, частота которого является разностью частот входного сигнала и гетеродина, проходит через фильтр промежуточной частоты, и далее на детектор и усилитель звуковой частоты.
Такая система позволяет значительно повысить чувствительность и избирательность радиоприёмника, так как тракт промежуточной частоты не требуется перестраивать, и его можно реализовать очень прецизионно. Например, с использованием кварцевых или керамических резонаторов.
Сам принцип гетеродина открыт ещё раньше. В 1901 году канадец Реджинальд Обри Фессенден изобрёл и использовал гетеродин, разность частоты которого с частотой принимаемого сигнала лежала в звуковом диапазоне.
Это позволяло принимать немодулированный телеграфный сигнал, представлявший собой просто синусоиду несущей частоты.
А уж сам факт биений с разностной частотой при сложении двух колебаний известен ещё с древности. История его открытия теряется далеко в веках. Биения помогают настраивать музыкальные инструменты. Например, гитары и другие струнные щипковые настраивают по биениям между открытой струной и соседней, прижатой на определённом ладу, а также по флажолетам над определёнными ладами.
Причём настройщики фортепиано и других гармоник придерживаются не пифагорейских чистых квинт и чистых октав, то есть, не настраивают струны и другие генераторы тона до прекращения биений, а отсчитывают определённое число биений в секунду. Так добиваются нужного строя.
Например, современной равномерной темперации, позволяющей легко транспонировать и модулировать музыкальные фрагменты и произведения из тональности в тональность. Или хорошей темперации, которую любил Иоганн Себастьян Бах, и не любил равномерную.
Или чего-то другого, исторического либо экспериментального.
А самые точные на сегодня тюнеры, — приборы для настройки музыкальных инструментов, — используют стробоскопический эффект, либо его визуализацию на экране. Этот эффект тоже относится к числу явлений биений разностной частоты при сложении двух колебаний, даже если речь идёт о механических колебаниях струны и оптической модуляции яркости света.
▍ Терменвокс
В 1919-20 годах Лев Сергеевич Термен, будущий начальник и по совместительству заключённый той самой «шарашки», в которую попал Александр Солженицын, по мотивам чего впоследствии написал «В круге первом», изобрёл музыкальный инструмент этерофон, более известный как терменвокс. Он стал первым в мире ЭМИ — электронным музыкальным инструментом.
Напишите в комментариях, что на данном фото свидетельствует об использовании секретного атмосферного электричества. Это сейчас модно.
Как можно было изобрести музыкальный инструмент в лаборатории, где разрабатывались ёмкостные датчики для научных и охранных целей? — Почти просто.
Терменвокс в классическом виде представляет собой два электронных генератора, колебательный контур одного из которых подключён к антенне. Поднося к ней руку, можно изменять частоту колебаний, и, таким образом, получается музыкальный тон разностной частоты, детектируемый и усиливаемый звуковоспроизводящей аппаратурой. То есть, терменвокс — это супергетеродин.
Вторая антенна работает таким же образом, и служит для управления громкостью звука, позволяя делать виртуозные амплитудные вибрато, они же тремоло. Терминологические холивары о том, что называть вибрато, а что тремоло, среди музыкантов весьма популярны, хотя и не настолько, насколько дискуссии о том, кто из звёздных музыкантов не умеет играть на своём инструменте.
Что до терменвоксов, то большинство их моделей вообще не предоставляют музыканту фиксированного звуковысотного ряда. Высота ноты целиком зависит от исполнителя. И только немногие терменвоксы реализуют квантование частоты, проще говоря, автотюн.
На сегодня самым успешным серийным производителем терменвоксов является компания Роберта Моуга — пионера и непревзойдённого изобретателя аналоговых синтезаторов.
На фото он с Кларой Рокмор, ведущей мировой исполнительницей на терменвоксе.
А здесь Бильбо Бэггинс с Кольцом Власти демонстрирует инновационный полотенцесушитель, работающий от атмосферного электричества. Внутри кафедры находится тайник с амальгамой красной ртути.
На самом деле это Боб Моуг играет на терменвоксе. Хотя предки Льва Сергеевича Пьер Этьен и Франсуа Клод Термен были известными ювелирами, и с амальгамой работали.
▍ Металлоискатель
А если внешнее воздействие приложено не к ёмкости колебательного контура через антенну, а к его индуктивности, получается, соответственно, не ёмкостный, а индуктивный датчик, то есть металлоискатель. С помощью которого можно найти сокровища наподобие скипетра, либо просто металлолом. Что тоже интересно.
Свист в наушниках металлоискателя — это и есть биения, образуемые расстройкой контура с катушкой датчика относительно эталонного. А расстройку через изменение индуктивности вызывает находящийся вблизи катушки металлический предмет.
Один из самых простейших вариантов металлоискателя мы сейчас соберём. Как обычно, из набора с Алиэкспресс.
Приятно держать в руках катушки индуктивности, изготовленные методом печатного монтажа. Это не только ощущение прикосновения к современным технологиям, но и стабильность параметров благодаря жёсткости конструкции.
Стабильность повторяемая, так как печатные платы изготавливаются серийно с высокой точностью.
На фото два конденсатора плёночные, а мне досталась более дешёвая версия набора, где все конденсаторы, кроме оксидного, он же электролит, керамические дисковые «флажки». Немного обидно, но не смертельно. Работать будет.
▍ Изучаем схему
На схеме мы видим не два, а всего лишь один LC генератор на транзисторе Q1. Параллельный колебательный контур образован индуктивностью L1 и ёмкостью С3. L2 — катушка обратной связи, C2 — её развязка по постоянному току. R1 — резистор смещения, задающий режим Q1, а С1 — фильтр питания.
Секрет схемы состоит в подстроечном резисторе W. Его сопротивление задаёт коэффициент усиления каскада на Q1, и установить движок этого подстроечника при настройке прибора следует так, чтобы генерация находилась на краю срыва.
На транзисторах Q2 и Q3 собран детектор. Когда генератор работает, и амплитуда колебаний в контуре L1C3 превышает 0.6 вольта (это порог открытия кремниевого транзистора Q2, он же напряжение прямого смещения эмиттерного перехода), Q2 открывается отрицательной полуволной и разряжает конденсатор C4.
При этом Q3 закрыт, и зуммер не звучит.
Когда колебательный контур испытывает отток энергии на какой-либо металлический предмет, мощности вынужденных колебаний в контуре перестаёт хватать для функционирования обратной связи. Генерация срывается, Q3 закрывается, C4 заряжается, открывается Q3. Появляется питание зуммера, и он пищит, сигнализируя о присутствии обнаруженного металла.
Отметим, что это самозвучащий зуммер, устроенный подобно автомобильному звуковому сигналу. Принцип действия предельно прост. Электромагнит притягивает мембрану, которая разрывает цепь электромагнита. Ток в катушке прерывается, исчезает магнитное поле. Мембрана возвращается назад, снова касается контакта. Замыкается цепь, и всё повторяется заново.
▍ Сборка и испытание
Как работает этот игрушечный металлоискатель, а также состав набора и процесс сборки, можно посмотреть на видео.
Прибор, то пронзительно и противно орёт, то модулированно пищит, подобно пению птиц.
Металлоискатель действительно реагировал на все имеющиеся в моём распоряжении металлы, ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики, включая ртуть.
▍ Выводы
В очередной раз, набор удалось собрать без проблем, и устройство сразу заработало. Потому надо продолжать покупать и собирать радиоконструкторы. Потому что травить и сверлить платы всегда будет некогда.
Расскажите в комментариях о своём опыте постройки и применения металлоискателей, а также электронных музыкальных инструментов и радиоприёмников. Лично я в 1990-х годах построила примерно десяток приёмников, в том числе супергетеродинов и ламповых, и переделала несколько телевизоров, путём замены лампового ПТК на полупроводниковый селектор, что придавало аппарату удобство настройки и добавляло дециметровый диапазон.
А электронная музыка и гитарные эффекты — моё сегодняшнее хобби.
И коль скоро речь зашла о металлоискателях, давайте не забывать, что поиски различных предметов на разных территориях регламентируются законами, а также могут привлечь нежелательное внимание лиц, эти законы нарушающих. Будем подходить к хобби честно и ответственно.
Спасибо за внимание! В следующий раз изучим и соберём ещё что-нибудь электронное.
Простой металоискатель своими руками
Простой металоискатель своими руками
Рис.1 Структурная схема металлоискателя.
Эталонный генератор ЭГ (рис. 1) вырабатывает синусоидальное напряжение частотой 50 кГц. Контурная катушка, определяющая частоту генерации, является датчиком Д прибора. Сигнал синусоидальной формы через разделительный конденсатор Ср поступает на кварцевый фильтр КФ. Если частота генератора и собственная резонансная частота КФ совпадают, сигнал попадает на пороговое устройство ПУ. Оно регистрирует переменное напряжение на входе, выделяет из него постоянную составляющую и подает ее на стрелочный индикатор И.
Приближение к металлическому предмету вызывает изменение частоты ЭГ. Поскольку она теперь отличается от резонансной частоты КФ, напряжение на входе ПУ уменьшается, и стрелка отклоняется к началу шкалы на угол, пропорциональный габаритам предмета и обратно пропорционально расстоянию до него.
У нашего металлоискателя есть особенность — пороговое устройство, благодаря которому чувствительность схемы резко повышается. Вот как оно действует.
Рис.2 Форма сигнала на входе и выходе порогового устройства.
Синусоидальный сигнал, поступающий на вход ПУ, ограничивается снизу (рис. 2), и на индикаторе появляются импульсы напряжения: Ин = Ио — Ип ,где Ио—уровень входного сигнала в состоянии покоя, Ип — задаваемое напряжение порога.
Чувствительность прибора выражается отношением: s=DИ / Ии = DИ / (Ио-Ии),где DИ — изменение синусоидального напряжения при расстройке ЭГ, зависящее от размеров предмета и расстояния до него. Фактически s показывает, на какую величину отклоняется стрелка индикатора при расстройке датчика-контура.
Следовательно, подбирая величину Ип, можно добиться максимального отклонения стрелки прибора при сколь угодно малом изменении Ио. Но в реальных устройствах приходится учитывать нестабильность элементов схемы и частоты эталонного генератора.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА.
Эталонный генератор собран по схеме емкостной трехточки на транзисторе T1 (рис. 3). Контурная катушка L1 является датчиком прибора. Конденсаторы С3 — С6 предназначены для настройки генератора на частоту 50 кГц.
Рис.3 Принципиальная схема металлоискателя.
Через разделительный конденсатор С7 синусоидальное напряжение с генератора поступает на кварцевый фильтр. Емкость С7 выбрана небольшой — 5 пФ. Тем самым влияние последующих каскадов на работу генератора практически исключено.
Пороговое устройство собрано на полевом транзисторе Т2. Напряжение порога Ип задается делителем R5 — R7.
Конденсатор С8 сглаживает пульсации на индикаторе ИП1.
Фильтр R4, С1 осуществляет развязку по переменному току между пороговым и задающим генераторами.
КОНСТРУКЦИЯ.
Прибор из двух блоков: измерительного (с датчиком) и питания. Первый включает в себя монтажную плату, индикатор, органы управления и регулировки. Датчик — жесткий кольцевой каркас, выполненный из оргстекла, на котором намотано 65 витков прохода ПЭЛ 0,2. Обмотка заключена в экран из алюминиевой фольги и залита эпоксидной смолой. Датчик связан с измерительным блоком коаксиальным кабелем РК-75.
Блок питания содержит пять серебряно-цинковых аккумуляторов. Напряжение каждого элемента 1,25В, емкость 2А-ч. Особое внимание нужно уделить рамке металлоискателя. Она должна иметь небольшой вес, быть жесткой и упругой. Иначе даже при легких ударах, неизбежных при работе с прибором в полевых условиях, частота генератора «уходит» — металлоискатель расстраивается.
Основанием рамки служит кольцевой каркас из оргстекла или полистирола d=300 мм.
Обмотку экранируют алюминиевой фольгой толщиной 0,05 мм. Но соединять между собой концы экрана нельзя (образуется короткозамкнутый виток).
Выводы обмотки подключают к кабелю РК-75 длиной 0,3—1 м (с оплеткой кабеля соединяют также и экран катушки). Это место заливают эпоксидной смолой. Соединение датчика с блоком электроники неразъемное.
Металлоискатель имеет высокую чувствительность. Стрелка индикатора отклоняется на одно деление, когда рамка прибора приближается к диску d=13 см на расстояние 80 см.
Прибор практически одинаково реагирует на любой металл. Так, например, стальной, алюминиевый и латунный диски дают на равных расстояниях одинаковые отклонения стрелки. Они не зависят и от того, сплошной предмет или пустотелый.
При работе с металлоискателем необходимо учитывать фоновые помехи. Песчаный и торфяной грунты, чернозем, дерево, вода фонового сигнала не дают. Поэтому прибор хорошо действует в пресных водоемах, в деревянных зданиях и на не каменистых почвах. Сильный фон дает кирпич (обожженная глина обладает магнитными свойствами) и некоторые минералы.
На показания прибора влияют и изменения температуры. Поэтому рамку лучше поместить в футляр из теплоизолятора, например пенопласта.
Для работы под водой металлоискатель сначала надо подержать 10—15 минут в воде и после этого настроить.
На земле поиски лучше проводить в пасмурную погоду или вечером, чтобы избежать попадания на прибор прямых солнечных лучей.
Сделай сам металлоискатель (Au,Ag,Fe) в App Store
Скриншоты iPhone
Описание
Приложение предназначено для подключения простых схем металлоискателя к iPhone через разъем для наушников телефона. Схемы самодельных металлоискателей ОЧЕНЬ ПРОСТЫЕ и их может сделать любой, даже тот, кто никогда не держал в руках паяльник. Металлоискатели могут обнаруживать черные и цветные металлы (включая золото и серебро) и способны различать их (с дискриминацией). Положительное число означает, что это черный металл, а отрицательное число означает цветной. Цифры, отображаемые на экране, НЕ являются «ID цели» или VDI, как на металлодетекторах известных марок.
Первая схема (БЕЗ ЧИПА) называется «Очень простой» металлоискатель (МД1), а вторая — «Чувствительный» металлоискатель (МД2).
«ОЧЕНЬ ПРОСТОЙ» МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ — ЭТО, ВОЗМОЖНО, САМАЯ ПРОСТАЯ СХЕМА НАСТОЯЩЕГО, РАБОТАЮЩЕГО МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЯ, ПОТОМУ ЧТО ОН СОСТОИТ ТОЛЬКО ИЗ LC-КОНТУРА И ДВУХ РЕЗИСТОРОВ, ЕСЛИ НЕ СЧИТАТЬ В IPHONE :).
Основной частью устройства является LC-контур. Стабильность его параметров очень важна. Они постоянно колеблются при малейших изменениях температуры. Причем индуктивность изменяется при малейших изменениях геометрии катушки индуктивности. Эти изменения постоянно корректируются приложением. Параметры внутренних цепей iPhone и переходника для наушников также могут колебаться, но они стабилизируются примерно через 2-3 минуты после включения сигнала (поэтому металлоискатель во время поиска должен работать непрерывно).
Диапазон частот 3-14 кГц. Частоту можно подобрать, выбрав емкость конденсатора в LC-контуре. После изменения емкости или индуктивности, при первом запуске или при изменении температуры воздуха (например, при выходе на улицу) нужно включить поиск резонансной частоты.
Поиск с помощью металлоискателя не так прост, как может показаться, и иногда может быть смертельным. Поэтому необходимо изучать эту тему на специализированных сайтах. Обязательно проведите несколько экспериментов с монетой, положенной на землю.
БЕСПЛАТНЫЕ ВЕРСИИ МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЕЙ ОГРАНИЧЕНЫ ПОРОГОМ ЗВУКОВОГО СИГНАЛА И СВЕТОВОЙ ИНДИКАТОРОМ. ЭТО ОЗНАЧАЕТ, ЧТО МЕТАЛЛ МОЖНО ОБНАРУЖИТЬ ПО ЦИФРАМ (РАЗМЕР ШРИФТА КОТОРЫХ УМЕНЬШЕН) НА ЭКРАНЕ IPHONE, НО ЕГО НЕ МОЖНО СЛЫШАТЬ ИЛИ УВИДЕТЬ ПЕРИФЕРИЧЕСКИМ ЗРЕНИЕМ, ЕСЛИ НЕ СМОТРЯ ПРЯМО НА ЭКРАН.
Металлоискатель «Очень простой» (БЕЗ ЧИПА):
• Монета: 4 дюйма (10 см)
• Маленькая лопата: 6 1/2 дюйма (16 см)
• Различение металлов
Металлоискатель «Sensitive»:
• Монета: 6 1/2 дюйма (16 см)
• Маленькая лопата: 9 дюймов (23 см)
• Различение металлов
Версия 1.2.5
• Исправлены ошибки.
Рейтинги и обзоры
28 оценок
Разработчик Дмитрий Харуцкий указал, что политика конфиденциальности приложения может включать обработку данных, как описано ниже. Для получения дополнительной информации см. политику конфиденциальности разработчика.
Данные, не связанные с вами
Могут быть собраны следующие данные, но они не связаны с вашей личностью:
Методы обеспечения конфиденциальности могут различаться, например, в зависимости от используемых вами функций или вашего возраста. Узнать больше
Информация
- Продавец
- Дмитрий Харуцкий
- Размер
- 25,8 МБ
- Категория
- Утилиты
- Возрастной рейтинг
- 4+
- Авторское право
- © 2018 Дмитрий Харуцкий
- Цена
- Бесплатно
- Сайт разработчика
- Тех.
поддержка - Политика конфиденциальности
поддержкаЕще от этого разработчика
Вам также может понравиться
Как сделать металлоискатель самостоятельно?
Создание собственного металлоискателя — мечта почти каждого школьника и студента колледжа. Немногие добиваются успеха, в то время как некоторые другие приближаются, но не могут выполнить задачу, а еще несколько застревают в начале. Причина проста, нужно очень внимательно и с полной уверенностью выполнять процедуру. Мы предлагаем вам простую процедуру, с помощью которой вы можете легко сделать свой собственный металлоискатель без особых хлопот. Это был метод, проиллюстрированный в Easy Treasure для простого металлоискателя с генератором частоты биений (BFO). Система в основном использует пару генераторов, каждого из которых достаточно для создания определенной радиочастоты.
В первом генераторе используется катушка провода, которая обычно называется поисковой петлей, в то время как во втором используется катушка гораздо меньшего размера, расположенная в блоке управления и называемая опорным генератором. Частоты этих осцилляторов регулируются таким образом, что они достигают одинакового уровня, и небольшая разница между ними может быть слышна как нота удара. Нота бита немного меняется, когда петля поиска приближается к любому другому металлическому предмету.
В обычном режиме предлагается зафиксировать частоту поискового генератора около 100 кГц, а опорного генератора где-то около 100-250 кГц. Это делает диапазон ноты удара от 250 Гц до 0 до 250 Гц. Нота биений полностью выходит за рамки, когда пара осцилляторов достигает одинакового уровня.
Детектор становится наиболее чувствительным, когда нота биений приближается к 0, даже небольшое изменение в 5 Гц будет заметно очень широко.
Для изготовления этого детектора производителям потребуются следующие детали:
Источник питания: подходит любая батарея 9В PP3.
Конденсаторы: 2 электролитических 220 мкФ 16 В, 5 полиэфирных 0,01 мкФ и 5 полиэфирных 0,1 мкФ.
Резисторы: все резисторы 1,4 Вт 5% — 6 на 10 кОм, 1 на 1 кОм, 1 на 2,2 м и 2 на 39 кОм.
- Транзисторы
: все BC 184B или 2N2222A, или 2N3904. В этом случае будет работать любой малочастотный сигнал npn с верхним пределом усиления 250 и более. Вы можете выбрать из почти сотни вариантов.
- Аудиовыход
: рекомендуется использовать микронаушники или наушники, в случае, если вы не можете получить их, вы всегда можете выбрать 2,5-дюймовый 8-омный динамик.
Схема может быть построена в течение нескольких часов после получения всех необходимых материалов. Вы можете либо использовать плакированную медью ленту для изготовления печатной платы, либо использовать наше собственное оборудование для ее изготовления.
Катушки: Вы всегда можете начать с вырезания трех кругов из фанеры толщиной 3 мм, двух диаметром 16 см и одного диаметром 15 см.
