На страницах журнала уже рассказывалось о кружке радио­конструирования Генической станции юных техников (см. статьи в "Радио ", 2005, № 4, 5; 2007, № 2). Под руководством В. Солоненко кружковцы изучают основы электроники и радиотехники, конструируют различные приборы. В предлагаемой статье опи­сана еще одна конструкция, созданная в этом кружке, — метал лоискатель.

Как правило, металлоискатели кон­струируют универсальными. Они могут обнаруживать как мелкие, так и крупные предметы. На практике иногда возникает необходимость в поиске металлических предметов крупнее, на­пример, закаточной крышки. Разра­боткой такого металлоискателя в круж­ке в течение нескольких лет занимались братья Юрий и Владимир Антон. На основе их разработки кружковец Петр Вихляев изготовил металлоискатель, который активно эксплуатировался около двух лет. На рис. 1 — Петр Вихляев с металлоискателем

Предлагаемый металлоискатель ра­ботает по принципу "передача—при­ем". В качестве передатчика применен генератор с ударным возбуждением, построенный на основе несимметрич­ного мультивибратора на транзисторах разной проводимости, а в качестве приемника — двухкаскадный усилитель звуковой частоты с выпрямителем и стрелочным индикатором. Как прием­ная, так и передающая антенны содер­жат катушку на ферритовом стержне и конденсатор, которые образуют резо­нансный контур, настроенный на часто­ту около 7 кГц.

Для того чтобы система из таких передатчика и приемника стала метал­лоискателем, необходимо исключить попадание сигнала передатчика напря­мую в приемник. Поэтому их катушки располагают так, чтобы в отсутствии посторонних металлических предметов связи между ними практически не было.

Как известно, индуктивная связь между катушками минимальна, когда их оси перпендикулярны. Если катушки пере­датчика и приемника расположить именно так, то сигнал передатчика приемник принимать практически не будет. При появлении поблизости от этой сбалансированной системы ме­таллического предмета в нем под дей­ствием переменного магнитного поля передающей катушки возникают так называемые вихревые токи и, как след­ствие, собственное магнитное поле, которое наводит в приемной катушке переменную ЭДС. Уровень сигнала, принятого прием­ником, индицирует стрелочный прибор. Показания прибора зависят от разме­ров предмета, расстояния до него, а также от расположения в земле.

Технические характеристики металлоискателя

Рабочая частота, кГц…                7

Глубина обнаружения:

закаточной крышки, см…          20...25

железного или алюми­ниевого листа размера­ми 200x300 мм, см…  60...65

железного листа разме­рами 400x400x1 мм, см…        80...90

крышки канализационно­го люка, см…             110...120

Передатчик

Схема передатчика показана на рис. 2. Короткие импульсы, вырабатываемые несимметричным мультиви­братором, собранном на транзисторах VT1, VT2, через катушку связи L2 воз­буждают синусоидальные колебания на резонансной частоте контура L1C1.

Приемник

Схема приемника показана на рис. 3. Переменное магнитное поле передатчика наводит в металлическом предмете переменный ток, который воздействует на колебательный контур L1C1 приемника, в результате чего в нем возникает электрический ток частотой около 7 кГц. С катушки связи L2 через разделительный конденсатор С2 сигнал поступает на вход первого каскада усилителя, выполненного на транзисторе VT1. Усиленный сигнал с выхода первого каскада подается через разделительный конденсатор С4 на вход второго каскада, собранного на транзисторе VT2, а после усиления по­ступает на выпрямитель, построенный по схеме удвоения напряжения и собранный на диодах VD1, VD2. Вы­прямленное напряжение сглаживает конденсатор С6, а стрелочный прибор — микроамперметр РА1 — фиксирует зна­чение выпрямленного тока. Для повы­шения стабильности работы приемника в оба каскада введена отрицательная обратная связь по постоянному напря­жению включением резистора R1 между коллектором и базой транзисто­ра VT1 и резистора R3 между коллекто­ром и базой VT2. Кроме того, введение в первый каскад частотозависимой отрицательной обратной связи по пере­менному напряжению через конденса­тор СЗ обеспечивает снижение усиле­ния на частотах выше 7 кГц. Конден­сатор С7 — блокировочный, он повыша­ет устойчивость работы приемника при увеличении внутреннего сопротивле­ния батареи питания по мере ее раз­рядки.

Детали и конструкция

Детали передатчика и приемника размещены на печатных платах, кото­рые изготовлены из односторонне фольгированного стеклотекстолита методом прорезания в фольге изоли­рующих дорожек. Чертеж печатной платы передатчи­ка показан на рис. 4, а приемника — на рис. 5. Платы рассчитаны на уста­новку резисторов МЯТ мощностью 0,125 или 0,25 Вт. Конденсатор СЗ приемника — К10-7В, оксидные кон­денсаторы — импортные, остальные — К73-17. Контурные конденсаторы приемника и передатчика — КСО, их размещают непосредственно на кар­касах контурных катушек. Помимо ука­занных на схеме передатчика транзи­сторов КТ815Б и КТ837У, можно при­менить транзисторы этих серий с любым буквенным индексом, а в прием­нике — транзисторы КТ315 с любым буквенным индексом или КТ3102А— КТ3102В. Микроамперметр РА1 — М4761 (магнитофонный стрелочный индикатор), но можно использовать любой другой с током полного отклоне­ния 200...300 мкА. Выключатели пита­ния — любые малогабаритные. Ис­точником питания передатчика служат два аккумулятора Д-0,26 или два галь­ванических элемента типоразмера АА или AAA, а приемника — батареи "Крона", "Корунд", 6F22.

Контурные катушки приемника и передатчика имеют одинаковую кон­струкцию. Их основа — ферритовый стержень диаметром 10 и длиной 200 мм марки 400НН вместе с полистироловыми каркасами для катушек, используе­мый в переносных приемниках в каче­стве антенны средних и длинных волн. Изготавливают катушки так. С каркаса снимают старый провод. С торцов к каркасу приклеивают растворителем марки Р-647 или Р-650 полистироловые щечки в виде уголков с отверстиями для ферритового стержня. Щечки одновре­менно выполняют функцию стоек, с помощью которых крепится катушка. Для контурных катушек приемника и передатчика на каркасы наматывают по 600 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,14...0,16 мм. Их защищают изоля­ционной лентой, поверх которой нама­тывают провод ПЭВ-2 диаметром 0,25...0,3 мм, для катушки связи пере­датчика — 20 витков, а приемника — 60. По завершении намотки провод также защищают изоляционной лентой.

В качестве корпусов приемника и передатчика использованы полистиро­ловые коробки, их размеры не критич­ны. Там установлены печатные платы, батареи питания, а на боковой стенке закреплены выключатели питания Стойки для печатных плат, отсеки для батареи питания изготовлены из полис­тирола и приклеены к корпусам раст­ворителем марок Р-647, Р-650.

Налаживание передатчика начинают с проверки потребляемого тока, он должен быть в пределах 12...15 мА, его устанавливают подбором резистора R1. Во время работы передатчика может прослушиваться слабый свист, издаваемый ферритовым магнитопро- водом, что свидетельствует об исправ­ности передатчика. Переменное напря­жение на колебательном контуре пере­датчика, измеренное прибором ТЛ-4, — около 50 В. Катушка передатчика должна находиться точно на середине ферритового стержня.

Для настройки приемника левый по схеме вывод конденсатора С2 времен­но проволочной перемычкой соединяют с общим проводом. Подбором резисто­ра R1 в первом каскаде и R3 во втором устанавливают соответственно на кол­лекторах транзисторов VT1 и VT2 напря­жение, равное половине напряжения питания. После этого перемычку уда­ляют и включают питание приемника. Поднеся к его катушке включенный в сеть паяльник на расстояние около 5 см, наблюдают отклонение стрелки индикатора приемника — это под­тверждает его работоспособность. Приемник и передатчик разносят на расстояние приблизительно 2 м, при этом их катушки располагают на одной оси. Наблюдая отклонение стрелки индикатора приемника, удаляют его на расстояние, при котором стрелка инди­катора установится на середине шкалы. Теперь необходимо точно настроить контур приемника на частоту передат­чика. Перемещая ферритовый стер­жень катушки приемника, находят поло­жение максимального отклонения стрелки индикатора.

Если стрелка индикатора макси­мально отклоняется, когда катушка сдвинута от центра ферритового стерж­ня почти к краю, это означает, что емкость конденсатора С1 больше, чем необходимо. Подбором конденсатора С1 добиваются, чтобы максимальные показания индикатора были при распо­ложении катушки на середине феррито­вого стержня. Если емкость конденса­тора С1 равна или меньше необходимо­го значения, то максимум показаний индикатора будет при расположении катушки на середине стержня. В этом случае необходимо параллельно кон­денсатору С1 подключить еще один конденсатор емкостью около 1000 пФ. Если показания индикатора увеличатся и катушка окажется не на середине стержня, то, уменьшая емкость допол­нительного конденсатора, добиваются максимального значения показаний индикатора при положении катушки на середине ферритового стержня. При правильном налаживании расстояние между катушками передатчика и приемника и положении стрелки индикатора на середине шкалы составит примерно 4,5 м. После этого катушки необходимо прочно зафиксировать на стержнях. В авторском варианте это сделано с по­мощью резинки для резиномоторов. В каркас катушки вдевается резинка и растягивается. Установив ферритовый стержень в катушку, отпускают резинку. Сжимаясь, она прочно его фиксирует.

До сборки узлов в единую конструк­цию необходимо уточнить расстояние между катушками приемника и пере­датчика, разместив их на деревянном столе, не содержащем металлических элементов конструкции. Катушку пере­датчика располагают перпендикулярно катушке приемника на расстоянии 55...60 см. Перемещая катушку пере­датчика, добиваются минимального показания стрелочного индикатора приемника, что соответствует макси­мальной чувствительности металлоис- кателя. Поднося металлическую пла­стину размерами 200x300 мм перпен­дикулярно стержню катушки приемни­ка, наблюдаем за показаниями индика­тора. Стрелка должна реагировать на металл с расстояния не меньше 60 см. В металлоискателях, построенных в кружке, его максимальная чувствитель­ность получалась при расположении катушек на расстоянии 50...55 см, но в этом случае потребуется более кропот­ливая настройка.

Сборка

Конструкция металлоискателя в упрощенном виде показана на рис. 6. Все его узлы устанавливают на несущий брус 4, который изготавливают из дре­весины и для защиты от влаги покры­вают лаком. Приемник 3 и передатчик 5 крепят к брусу шурупами на расстоянии 5...10 см от катушек. Выводы катушек связи приемника и передатчика, иду­щие к корпусам, необходимо свить в пару. Катушку 1 приемника приклеи­вают к платформе 2 из полистирола, а далее — к торцу несущего бруса 4 разве­денным в растворителе до густоты сме­таны полистиролом, который хорошо клеит как древесину, так и пластмассу.

Для повышения точности настройки метаплоискателя на максимальную чув­ствительность катушка передатчика 8 установлена на платформу 7, одна из узких сторон которой крепится непо­движно с помощью шурупа через про­кладку 6 к несущему брусу 4. Платфор­му можно изготовить из стеклотекс­толита или гетинакса толщиной 4 мм. На противоположной стороне платфор­мы сверлят отверстие диаметром 2,5 мм и нарезают резьбу МЗ. Соосно с ним в брусе 4 делают отверстие диаме­тром 5 мм. Регулировочный винт впла­вляют в пластиковую ручку 11. Шайба 10 изготовлена из гетинакса. Коничес­кая пружина 9 взята от колпачка панели радиолампы.

После сборки включают приемник, передатчик и с помощью регулировоч­ного винта добиваются минимальных показаний стрелочного индикатора приемника. Если минимальное значе­ние показаний индикатора будет до­стигнуто в одном из крайних положений регулировочного винта, то подбирают толщину прокладки 6 (из любого изоля­ционного материала) так, чтобы оно соответствовало среднему положению винта. После регулировки метаплоис­кателя катушки закрывают пластмассо­выми колпаками для защиты их от меха­нических повреждений.

Перед поиском с помощью регули­ровочного винта устанавливают мини­мальное, близкое к нулю, показание стрелочного прибора. Металлоиска­тель на ремешке опускают вниз на вытянутую руку и, перемещая его вдоль земли, ищут металлические предметы, ориентируясь на показания стрелочно­го индикатора.