Схема металлодетектора: принцип работы и особенности конструкции

Как работает простой металлоискатель на основе генератора и детектора. Какие компоненты входят в состав схемы металлодетектора. На чем основан принцип обнаружения металла с помощью катушек индуктивности. Каковы основные области применения металлодетекторов.

Принцип работы простого металлоискателя

Простейший металлоискатель состоит из следующих основных элементов:

• Генератор переменного тока
• Передающая катушка индуктивности
• Приемная катушка индуктивности
• Детектор
• Индикатор (светодиод, зуммер и т.п.)

Принцип работы такого металлодетектора основан на явлении электромагнитной индукции. Рассмотрим последовательность процессов, происходящих при обнаружении металла:

1. Генератор вырабатывает переменный ток, который подается на передающую катушку.
2. Передающая катушка создает переменное магнитное поле вокруг себя.
3. При приближении металлического предмета в нем индуцируются вихревые токи.
4. Вихревые токи создают собственное магнитное поле вокруг металла.
5. Это поле наводит ток в приемной катушке.
6. Детектор усиливает и преобразует принятый сигнал.
7. Индикатор срабатывает, сигнализируя об обнаружении металла.

Таким образом, наличие металла приводит к изменению параметров электромагнитного поля, что и фиксируется схемой металлоискателя.

Основные компоненты схемы металлодетектора

Рассмотрим более подробно ключевые элементы, входящие в состав типичной схемы простого металлоискателя:

Генератор

В качестве генератора переменного сигнала часто используются:

• Мультивибратор на транзисторах
• Генератор на таймере NE555
• LC-генератор

Частота генератора обычно выбирается в диапазоне от 50 кГц до 1 МГц. Более высокая частота позволяет обнаруживать мелкие предметы, но снижает глубину поиска.

Катушки индуктивности

Передающая и приемная катушки изготавливаются из медного провода и наматываются на каркас диаметром 15-25 см. Количество витков может составлять от 20 до 100 в зависимости от конструкции. Катушки располагаются соосно на расстоянии 5-10 см друг от друга.

Детектор

В качестве детектора используется операционный усилитель, который усиливает слабый сигнал с приемной катушки. Часто применяется схема амплитудного детектора на диодах для выделения огибающей сигнала.

Индикатор

Для индикации обнаружения металла могут использоваться:

• Светодиод
• Пьезоизлучатель
• Стрелочный индикатор
• Жидкокристаллический дисплей

Выбор индикатора зависит от сложности схемы и требований к информативности.

Особенности настройки металлоискателя

При настройке и эксплуатации металлодетектора следует учитывать несколько важных моментов:

• Необходима точная настройка резонансной частоты контура с катушками
• Важно правильно выбрать коэффициент усиления детектора
• Следует учитывать влияние температуры на параметры схемы
• Необходима периодическая калибровка для компенсации влияния грунта
• Чувствительность зависит от размера и формы поисковой катушки

Правильная настройка позволяет добиться максимальной дальности обнаружения и минимума ложных срабатываний.

Области применения металлодетекторов

Металлоискатели нашли широкое применение в различных сферах деятельности:

Безопасность

• Досмотр пассажиров в аэропортах
• Проверка посетителей в общественных зданиях
• Обнаружение оружия и взрывных устройств

Археология

• Поиск древних артефактов
• Исследование исторических памятников
• Картографирование археологических объектов

Промышленность

• Контроль качества продукции
• Обнаружение металлических включений
• Сортировка металлолома

Строительство

• Поиск скрытой проводки
• Обнаружение арматуры в бетоне
• Локализация подземных коммуникаций

Широкий спектр применения обусловлен простотой и эффективностью принципа работы металлодетекторов.

Преимущества и недостатки простых металлоискателей

Рассмотрим основные плюсы и минусы простых схем металлодетекторов:

Преимущества:

• Простота конструкции
• Низкая стоимость компонентов
• Возможность самостоятельной сборки
• Небольшие габариты и вес
• Низкое энергопотребление

Недостатки:

• Невысокая чувствительность
• Малая глубина обнаружения
• Отсутствие дискриминации металлов
• Подверженность помехам
• Нестабильность параметров

Несмотря на ограничения, простые металлоискатели вполне пригодны для любительского использования и обучения основам электроники.

Перспективы развития металлодетекторов

Современные тенденции в развитии металлоискателей включают:

• Применение цифровой обработки сигналов
• Использование нейронных сетей для распознавания целей
• Интеграция с GPS и создание карт поиска
• Разработка компактных датчиков на основе МЭМС-технологий
• Создание специализированных металлодетекторов для конкретных задач

Дальнейшее совершенствование позволит расширить возможности и повысить эффективность металлоискателей в различных областях применения.

Принципиальная схема простого металлоискателя

Описываемый металлоискатель по своим возможностям не уступает бюджетным моделям продеваемых в специализированных магазинах. Простая схема металлоискателя, доступные детали, подробное описание принципа работы схемы позволят собрать его самостоятельно. Металлоискатель способен обнаружить в грунте монету на глубине около 2 см, а более крупные предметы — на глубине в несколько десятков сантиметров.

Металлоискатель состоит из двух генераторов ВЧ, собранных на транзисторах Т2 и Т3, и детектора — усилителя на транзисторе Т1. Индикатором служат головные телефоны. В качестве колебательного контура L1C3 можно использовать любой из контуров ПЧ (на 465 кгц) с отводом от части витков (например, от старых радиоприемников). Можно использовать весь фильтр в сборе с экраном или же снять лишь броневой сердечник с катушкой и прикрепить его непосредственно к монтажной плате металлоискателя. Экранировать необязательно.

Обмотка катушки индуктивности L2 намотана проводом ПЭЛ 0,38 на деревянном или пластмассовом кольце диаметром 250 мм и содержит 31 виток (отвод от 10 витка сверху по схеме).

Конденсатор C6 — керамический КПК-3. Можно взять конденсатор меньшей емкости, но тогда при налаживании придется параллельно ему подключить конденсатор постоянной емкости. Конденсаторы С5 и С9 бумажное (например, МБМ, БМ). Остальные конденсаторы керамические или слюдяные. Резисторы могут быть любые, в том числе и УЛМ. Источником питания могут служить обычные три батарейки напряжением 1.5 Вольта соединенных последовательно. Вместо транзисторов П13 можно применить П14- П16 с коэффициентом усиления В около 30.

Когда катушка L2 металлоискателя приближается к металлическому предмету, частота генератора на транзисторе T3 изменяется. Частота другого генератора (Т2) остается прежней. В результате, частота биений, воспроизводимых телефоном, изменяется.

Кольцевой каркас катушки L2 прикреплен к деревянному бруску шириной 40 мм, толщиной 15 мм.

Длина его выбирается такой, чтобы можно было не нагибаясь вести обследование поверхности грунта. Нижняя часть бруска имеет трапециевидный вырез, в который и помещена рамка металлоискателя с намотанной на ней катушкой L2. В вырез плотно вставляется деревянный клин, предварительно смазанный столярным клеем. Нужно обратить особое внимание, на то чтобы рамка была жестко фиксирована на бруске-держателе. В противном случае небольшие перемещения рамки относительно бруска будут приводить к дополнительному (ложному) изменению тона биений.

На расстоянии 200—300 мм от рамки на узкой стороне бруска-держателя крепится конденсатор С6. Монтажная плата прикреплена к другой боковой стороне, здесь же расположен и выключатель питания. Батарея питания помещена на нижней широкой стороне держателя. Ток, потребляемый от батареи, не превышает 4 мА.

Выводы, соединяющие рамку металлоискателя с монтажной платой, выполнены из того же провода, каким намотана рамка. Экранировать металлоискатель не нужно.

Если после сборки металлоискателя и его включения, вращением ротора конденсатора С6 не удается добиться того, чтобы в телефонах прослушивались биения, частота которых менялась бы по мере поворота ротора, то можно увеличить емкость конденсатора С7 до 200 пф. Если и после этого не слышно тона биений, следует закоротить конденсатор С7. Услышав тон биений, надо добиться того, чтобы появление тона соответствовало середине диапазона изменения емкости конденсатора С6, это достигается более тщательным подбором емкости конденсатора С7.

Металлоискателем следует пользоваться так: надеть головные телефоны и включить питание. Вращая ось конденсатора C6, следует, приближая рамку металлоискателя к поверхности грунта, добиться возникновения возможно более низкого тона биений. После этого рамку перемещают параллельно поверхности. При повышении частоты, рамку начинают медленно перемещать над тем местом, где наблюдается повышение частоты, чтобы более точно определить место расположения металла.

При этом кратковременное повышение частоты четко выделяется на фоне монотонного звука.

При поиске мелких предметов лучше водить рамкой не параллельно поверхности, а расположить ее боковой поверхностью вплотную к земле.

Влажный грунт, в отличие от металла, понижает тон биений, поэтому при изменяющейся влажности грунта может возникать необходимость в регулировке емкости конденсатора С6 в процессе поиска.

 

Советские транзисторы и их зарубежные аналоги

Металлодетектор на базе Arduino||Arduino-diy.com

В этом проекте мы создадим крутой уникальный металлоискатель с 5 отдельными поисковыми катушками, которые загораются при обнаружении металла. Поисковая катушка, расположенная ближе всего к металлу, загорится ярче, помогая определить местонахождение спрятанного сокровища!

Необходимые материалы

Изначальной целью этого проекта было желание поэкспериментировать, исследуя возможгости нескольких поисковых катушек и использовать свет, а не звук для индикации обнаружения. Ну и конечно удачно разместить все это в симпатичном корпусе металлодетектора.

Сердце данного металлодетектора — Arduino Nano Atmega328, которая используется для измерения ширины импульса сигнала, проходящего через каждую поисковую катушку. Arduino генерирует прямоугольный импульс, который подается в цепь LC Tank, которая производит затухающий синусоидальный сигнал с частотой, определяемой резонансной частотой L&C. Этот сигнал очищается через компаратор напряжения LM339, который фактически производит серию импульсов, которые подаются на цифровой входной вывод Arduino. Чтобы измерить длительность ширины импульса, используется функция pulseIn. После долгой возни, анализа и тюнинга, удалось таки получить стабильный результат, усредняя несколько образцов на каждой катушке. Когда металл находится рядом с катушкой, индуктивность катушки изменяется, что приводит к изменению резонансной частоты LC-контура и, следовательно, ширины импульса. Если происходит изменение ширины импульса по сравнению с базовым значением, то непосредственно над катушкой загорается светодиод.

Для проекта вам понадобятся:

• ЮArduino Nano ATmega328
• LM339 Quad Voltage Comparator x 2
• Veroboard 50 мм x 80 мм
• Резисторы 1 кОм x 5
• Резисторы 100 Ом x 5
• Сигнальный диод IN4148 x 5
• Конденсатор 0,1 мкФ x 5
• Керамический конденсатор 330 пф x 5 (установлен на для повышения стабильности)
• Резистор 10K x 1
• Светодиодная лента 3 В с присоединенным резистором 150 Ом x 5
• Подходящая ручка для швабры с пластиковым гибким шарниром
• Древесина МДФ толщиной 6мм, 2 штуки 22см х 23см
• Медный провод 0,26 мм длиной примерно 25 м
• Мячи для пинг-понга x 3
• Пластиковый лист A4 синего цвета
• Двухкомпонентный клей на основе эпоксидной смолы
• Одножильный экранированный кабель 2-3 мм длиной около 30 см

Разработываем основу и катушки

• Создайте гексагональный картонный шаблон из картона, нарисовав круг диаметром 80 мм и разделив круг на 8 равных сегментов.
• Используйте шестиугольную форму, чтобы создать форму поисковой катушки на листе бумаги, как показано на схеме.
• Скопируйте форму на доску МДФ и с помощью лобзика вырежьте общую форму в двух экземплярах.
• Возьмите одну из полученных форм из МДФ и с помощью фрезы диаметром 50 мм просверлите 5 отверстий в центре каждого шестиугольника.
• Используя эпоксидный клей, скрепите два листа вместе, как показано на схеме. В результате увас должно получится 5 отверстий для крепления поисковых катушек.
• Намотайте 5 катушек из медной проволоки по 40 витков вокруг 40-мм цилиндра.
• Используйте горячий клей, чтобы склеить обмотки вместе и убедитесь, что начало и конец обмотки имеют не менее 20 см свинца, чтобы их можно было соединить с печатной платой.
• Просверлите отверстие диаметром 3 мм в каждом узле поисковой катушки, чтобы провода катушки из медной проволоки проходили снизу к печатной плате, как показано на фотографии.
• Приклейте катушки на свои места, убедившись, что выводы медных проводов проходят через отверстия и достигают печатной платы. Используйте много клея, чтобы катушки были жесткими и заподлицо с основанием МДФ. Надо, чтобы катушки не выступали за МДФ, иначе они повредятся при эксплуатации металлоискателя.

Разработка и тестирование электрической схемы меллоискателя на базе Arduino

Необычная форма печатной платы была появилась в связи с необходимостью расположить жлектронику максимально по центру, подальше от катушек, чтобы избежать помех.

• Используйте созданный ранее макет, чтобы разметить монтажную плату в соответсвии с нужной формой.
• Сначала установите плату Arduino и LM339 и используйте их как базу для дальнейшего размещения компонентов как показано на прилагаемом рисунке. Припяйте Arduino и LM339.
• Резисторы и конденсаторы добавлены вместе с экранированным кабелем для повышения стабильности.
• Я установил конденсаторы 0,1 мкФ непосредственно на МДФ, поскольку они были довольно громоздкими и их нужно было прикреплять непосредственно к петлям медного провода. Затем экранированный провод был отрезан до нужной длины, заземлен на одном конце (не на обоих!), а затем подключен к плате через вывод Vero.

Тестирование

• Загрузите этот скетч в Arduino. Отсоедините USB-кабель от Arduino (важно, так как батарея 9 В + USB перегревает устройство)
• Подключите батарею 9 В (вывод Vin на Arduino) и убедитесь, что устройство запустилось нормально (мигающие светодиоды Arduino)
• Поместите поисковую катушку где-нибудь подальше от металла. Нажмите кнопку калибровки. Каждый светодиод должен загореться при калибровке каждой из 5 катушек.
• Поднесите металл ближе к поисковой катушке, и соответствующий светодиод должен загореться.
• Если этого не происходит, проверьте свою схему, чтобы убедиться, что все подключено корректно.

Корпус меллоискателя на базе Arduino

• Пластиковый лист был использован для верхней и нижней части устройства, а также окрашенных боковых сторон, чтобы обеспечить водонепроницаемость.
• Просверлите отверстия в крышке сверху, чтобы были видны светодиоды. Шары для пинг-понга были разрезаны пополам и использовались в качестве рассеивателей света, чтобы создать довольно крутой эффект при обнаружении металла.
• Пластиковый контейнер (в данном случае половина и наушник) использовался для размещения печатной платы и 9-вольтовой батареи.
• В этом случае была выбрана ручка для швабры с гибким шарниром, который позволяет головке металлоискателя поворачиваться вверх и вниз в соответствии с ростом пользователя и обеспечивает удобство использования.

Финальное тестирование

• Когда металлоискатель включен, датчики нуждаются в калибровке.
• Отодвиньте металлоискатель подальше от любого металла или предметов и нажмите кнопку калибровки.
• Светодиоды должны на короткое время загореться слева направо и металлодетектор на базе Arduino будет готов к работе.
• В выделенном коде есть переменные, с которыми можно поиграться, чтобы улучшить или изменить качество работы металлодетектора.
• Однако по умолчанию все должно быть подтюнено таким образов, чтобы вы включили металлодетектор, и он просто заработал.

Недеемся, проект был вам интересен и полезен!

Как работает металлоискатель? полностью объяснил » Хакатроник »

Проекты транзисторов Bc 547 Проект электроники Учебник по электронике

Опубликовано 06. 02.2020 08.13.2020 Автор Abhishek Singh Комментарий(1)

Введение:

Металлодетектор — это устройство, которое может обнаруживать металл, невидимый непосредственно. Самый простой металлоискатель можно сделать с помощью генератора, двух катушек индуктивности и детектора или индикатора. Здесь мы поговорим о том, как работает металлоискатель, в строительных приложениях и о важности металлоискателей в нашей обычной жизни.

Для лучшего понимания можно посмотреть это видео?

Components required:

1- Transistor BC 547

2- Transistor S9012 × 2
3- Electrolytic capacitor100uf
4- Resistor200k
5- Resistor 2k
6- Resistor 470 ohm
7- Capacitor 104
8 — Конденсатор 222 × 2
9- Потенциометр 1k
10- Светодиод
11- ЗУММЕР
12- Аккумулятор
13- Катушки L1 и L2

Конструкция:

Два транзистора Q1 и два транзистора Q1 образуют схему схема генератора и другой транзистор bc 547 образуют индикаторную часть, катушка L2 действует как детектор.

Принципиальная схема:

 

 

На плате

 

как работает металлодетектор?

Принцип работы:

Генератор вырабатывает переменный ток, этот ток при прохождении через катушку создает переменное магнитное поле. Если кусок металла приблизить к катушке, в металле индуцируется вихревой ток, который приводит к изменению магнитного поля, связанного с металлом. Это изменяющееся магнитное поле можно обнаружить с помощью другой катушки.

Работа схемы: — как работает металлоискатель:

1.] Схема генератора снабжена источником постоянного тока, так что он может генерировать переменный ток. Для генерации переменного тока вы можете использовать комбинацию таймера 555 ⏲️ и конденсаторного резистора.

2.] Переменный ток подается на катушку L1, которая создает переменное магнитное поле. Катушка L1 и L2 находятся близко друг к другу.

3.] когда металлический предмет приближается к катушке, в металле индуцируется вихревой ток, который создает магнитное поле, связанное с металлом.

4.] Вторичная катушка L2, которая действует как датчик, подвергается воздействию магнитного поля металла и создает в нем ток.

5.] Этот ток очень мал и нуждается в усилении. После усиления он подается на зуммер и светодиод, который начинает светиться при обнаружении металла.

6.] Есть два транзистора PNP, которые используются для генерации сигнала переменного тока. Другой транзистор bc 547 используется для усиления выходного сигнала вторичной катушки L2.
7.] Потенциометр используется для регулировки сопротивления.

Применение металлодетекторов:

Впервые металлодетекторы были разработаны в 1960-х годах для промышленных и горнодобывающих целей.

1. Промышленное использование — Используется в различных отраслях промышленности для обнаружения металлических объектов.
2. Служба безопасности аэропорта – для проверки людей перед тем, как разрешить им доступ в зону посадки и к самолету.
3. Охрана здания — проверка людей перед входом в определенное здание, например школу, офис или тюрьму.
4. Безопасность мероприятий – проверка того, носит ли человек опасные бедра при входе на спортивное мероприятие, концерт или другое большое скопление людей.
5. поиск предметов  – для поиска потерянного предмета, например украшения.
6. Археологические исследования – Поиск металлических предметов, имеющих историческое значение.
7. Геологические исследования – Для определения металлического состава почвы или горных пород.

Заключение-:

После проектирования, моделирования, сборки, пайки и тестирования схемы
мы пришли к выводу, что наша схема металлоискателя
работает удовлетворительно и имеет незначительное количество неожиданных
срабатываний.

 

Метки: Схема металлоискателя, Принцип работы металлоискателя, Использование металлоискателя, Работа металлоискателя Описание схемы металлоискателя

0001

спросил 1 год, 7 месяцев назад

Изменено 1 год, 7 месяцев назад

Просмотрено 319 раз

\$\начало группы\$

Я нашел схему для этого металлоискателя и хотел бы сделать плату. Не могу ничего найти про эту цепь. Может быть, кто-нибудь знает, что это за цепь. Какие корпуса компонентов лучше выбрать для металлоискателя?

• схема-анализ
• детектор
• документация
• металл
• информация

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Левый операционный усилитель создает генератор моста Вейна на частоте около 78 кГц. L1, вероятно, является катушкой детектора, кто бы ее ни разработал, он должен сказать вам, сколько витков провода и какого диаметра должна быть катушка.

Я предполагаю, что когда металл находится рядом с катушкой, резонансная частота изменится на что-то близкое к частоте генератора. Когда синусоидальный вход L1/C4 достигает резонансной частоты, сигнал усиливается. https://en.wikipedia.org/wiki/LC_circuit

Правый операционный усилитель дополнительно усиливает сигнал, а диод и колпачок справа являются пиковым детектором. Вам нужно будет подключить что-то с высоким импедансом к правой стороне, например, вольтметр.

Осциллятор моста Вейна сложно смоделировать (исходя из предыдущего опыта), но его средняя часть проста. L1 должен быть около 14 мкГн для резонанса 78 кГц.

Это очень плохой, неполный металлоискатель. Чувствительность будет ужасной. Вы должны найти лучшую схему.

Просто заставить работать осциллятор Вайн-Бридж — непростая задача. Для установки усиления нужен нелинейный элемент, читайте статью в Википедии.