Фрагменты из книги «Металлоискатели своими руками. Как искать, чтобы найти монеты, украшения, клады». Авторы С. Л. Корякин-Черняк и А. П. Семьян.

Продолжение

Начало читайте здесь:

3.1. Компактный металлоискатель на микросхеме К175ЛЕ5

Назначение

Металлоискатель предназначен для поиска металличе¬cких предметов в грунте. Он может также быть использован при определении места прокладки арматуры и скрытой проводки при проведении строительных работ в доме.

Принциальная схема

Схема компактного металлоискателя на микросхеме типа К175ЛЕ5 приведена на рис. 3.1, а. Он содержит два генератора (опорный и поисковый). Поисковый генератор собран на элементах DD1.1, DD1.2, а опорный - на элементах DD1.3 и DD1.4.

Частота поискового генератора, выполненного на элементах DD1.1 и DD1.2, зависит:

• от емкости конденсатора С1;
• от общего сопротивления подстроечного и переменного резисторов R1 и R2.

Переменным резистором R2 плавно изменяют частоту поискового генератора в диапазоне частот, установленном подстроечным резистором R1. Частота генератора на элементах DD1.3 и DD1.4 зависит от параметров колебательного контура L1, С2.

Сигналы с обоих генераторов поступают через конденсаторы C3 и С4 на детектор, выполненный по схеме удвоения напряжения на диодах VD1 и VD2.

Нагрузкой детектора являются наушники BF1, на которых выделяется разностный сигнал в виде низкочастотной составляющей, преобразуемый наушниками в звук.

Параллельно наушникам включен конденсатор С5, который шунтирует их по высокой частоте. При приближении поисковой катушки L1 к металлическому предмету происходит изменение частоты генератора на элементах DD1.3, DD1.4, в результате меняется тональность звука в наушниках. По этому признаку и определяют, находится ли в зоне поиска металлический предмет.

Примененные детали и варианты замены элементов

Подстроечный резистор R1 типа СП5-2, переменный резистор R2 - СПО-0,5. Допустимо использовать в схеме и другие типы резисторов, желательно малогабаритные.

Электролитический конденсатор С6 типа К50-12 - на напряжение не менее 10 В. Остальные постоянные конденсаторы типа КМ-6.

Катушка L1 размещается в кольце диаметром 200 мм, согнутом из медной или алюминиевой трубки с внутренним диаметром 8 мм. Между концами трубки должен быть небольшой изолированный зазор, чтобы не было короткозамкнутого витка. Катушка наматывается проводом ПЭЛШО 0,5.

В качестве наушников BF1 можно использовать головные телефоны ТОН-1, ТОН-2.

Для питания металлоискателя используется батарея типа «Крона» или другие типы батарей напряжением 9 В.

В схеме металлоискателя микросхему К176ЛЕ5 можно заменить на микросхемы К176ЛА7, К176ПУ1, К176ПУ2, К561ЛА7, К564ЛА7, К561ЛН2.

Монтаж устройства

Детали устройства, кроме катушки индуктивности, источника питания и наушников, могут быть размещщены на печатной плате, вырезанной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм (рис. 3.1, б). Возможно использование и другого вида печатной платы.

К одному концу разъема крепится ручка из металлической трубки, а к другому его концу с помощью переходника из изоляционного материала крепится металлическое кольцо с катушкой L1.

Общий вид устройства приведен на рис. 3.1, г, а размещение элементов устройства - на рис. 3.1, в.

Настройка

Перед наладкой металлоискателя подстроечный и переменный резисторы нужно поставить в среднее положение и замкнуть контакты SB1. Перемещая движок подстроенного резистора R1, добиться наиболее низкого тона в наушниках.

При отсутствии звука следует подобрать емкость конденсатора С2. При появлении сбоев в работе металлоискателя следует впаять между выводами 7 и 14 микросхемы DD1 конденсатор емкостью 0.01…0.1 мкФ.

Источник
Яворский В. Металлоискатель на К176ЛЕ5. // Радио, 1999, №8, с. 65.

Из книги С. Л. Корякин-Черняк, А. П. Семьян. « »

Продолжение читайте

Если Вы потеряли кольцо, ключ, отвёртку… и знаете приблизительное место потери, то не стоит отчаиваться! Вы можете собрать металлоискатель своими руками или попросить знакомого радиолюбителя собрать несложный металлоискатель своими руками . Ниже представлена схема простого в изготовлении и проверенного годами металлоискателя, который (при определённых навыках) можно сделать за один день. Простота описываемого металлоискателя в том, что он собран всего на одной весьма распространённой микросхеме К561ЛА7 (CD4011BE) . Настройка тоже проста и не требует дорогих измерительных приборов. Для настройки генераторов достаточно осциллографа или частотомера. Если всё сделано без ошибок и из исправных элементов, то и эти приборы не понадобятся.

Чувствительность данного металлоискателя:

металлическую крышку от банки «видит» до 20 см, сотовый телефон до 15 см, батарейка «крона» до 10 см, 5 руб монета до 8 см .

На этом расстоянии едва меняется тон генератора в наушниках, при более близком расстоянии тон увеличивается. Чем больше площадь металла, тем больше расстояние обнаружения. Различает диамагнетики и ферромагнетики.

Для изготовления металлоискателя нам понадобятся:

1. Микросхема К561ЛА7 (или К561ЛЕ5, аналог CD4011);
2. Транзистор — маломощный низкочастотный, например — КТ315, КТ312, КТ3102, аналоги: ВС546, ВС945, 2SC639, 2SC1815 и т.п.);
3. Диод — любой маломощный, например — кд522Б, кд105, кд106, аналоги: in4148, in4001 и т.п.;
4. Переменный резистор — 3 шт (1 кОм, 5 кОм, 20 кОм с выключателем или выключатель отдельно);
5. Постоянный резистор — 5 шт (22 Ом, 4,7 кОм, 1,0 кОм, 10 кОм, 470 кОм);
6. Керамических, а ещё лучше слюдяных конденсаторов — 5 шт: 1000 пф -3шт, 22 нФ -2шт, 300 пф);
7. Электролитический конденсатор (100,0 мкф х 16В) — 1шт;
8. Провод ПЭЛ, ПЭВ, ПЭТВ и т.д., диаметром 0,4-0,7 мм;
9. Низкоомные наушники (от плеера);
10. Батарея 9В.

Схема металлоискателя

Внешний вид платы металлоискателя

В корпусе от старого карманного радиоприёмника (можно использовать корпус от мыльницы, из под губки для чистки обуви или в корпусе от электрической соединительной коробки.

Внимание! Для исключения помех и влияния рук человека при касании к регуляторам — корпуса переменных резисторов необходимо соединить с минусом платы.

При правильно спаянной схеме металлоискателя, исправности и правильного значения элементов, правильно сделанной поисковой катушки устройство работает без проблем. Если при первом включении в наушниках не слышно писка и изменения частоты при регулировке регулятора «ЧАСТОТА» — значит надо подобрать резистор (10 кОм), стоящий последовательно с регулятором и/или конденсатор в этом генераторе (300 пф). Тем самым мы делаем одинаковыми частоты образцового и поискового генераторов.

При возбуждении генератора, появления свиста, шипения, искажений припаять конденсатор 1000 пф (1Н0 он же 102) с выв. 6 микросхемы на корпус.

Осциллографом или частотомером посмотреть частоты сигналов на выводах 5 и 6 К561ЛА7. Добиться их равенства вышеописанным методом настройки. Сама рабочая частота генераторов может колебаться от 80 до 200 кГц.

Защитный диод (любой маломощный) нужен для исключения повреждения микросхемы при ошибочном включении батареи питания (что часто бывает:).

Изготовление катушки металлоискателя

Катушки наматываются на оправке диаметром 15-25 см (например, ведро или на челноке из толстой проволоки или фанеры — чем меньше диаметр, тем меньше чувствительность, но больше избирательность мелких металлов). Выбирайте для каких целей он Вам нужен.

Используется провод в лаковой изоляции ПЭЛ, ПЭВ, ПЭТВ…, диаметром — 0,4 — 0,7 мм (хорошо подходит от старых цветных телевизоров с петли размагничивания кинескопа или отклоняющей системы) и содержит около 100 витков (можно наматывать от 80 до 120 витков). Поверх провода обматываем плотно изолентой.

Затем катушку поверх изоленты обматываем полоской фольги, оставив 2-3 см не обмотанным участок. Фольгу можно взять с некоторых видов кабелей или на крайний случай — порезать на полоски шириной 2 см фольгу от шоколадки 🙂

Всё ещё раз плотно заматываем изолентой.

Фото готовой катушки. Осталось сверху обмотать изолентой.

Полученную готовую катушку крепим на диэлектрик (например, не фольгированный текстолит или гетинакс). Далее его прикрепляем к держаку.

Катушку со схемой соединяем двойным экранированным проводом (экран на корпус). Провод можно взять от старых шнуров для перезаписи с магнитофона на магнитофон или шнур НЧ (аудио-видео) для соединения телевизора с DVD и т.д.

Правильная работа металлоискателя: при включении регулятором «частота» в наушниках устанавливаем низкочастотный гул, при приближении к металлу изменяется частота.

Можно второй вариант, чтоб гул в ушах «не стоял», установить нулевые биения, т.е. совместить две частоты. В наушниках тогда будет тишина, но как только катушку подносим к металлу — частота поискового генератора изменяется и в наушниках появляется писк. Чем ближе к металлу — тем выше частота в наушниках. Но чувствительность при этом способе не велика. Прибор среагирует только при сильной расстройке генераторов, например при поднесении к крышке от банки.

Расположение деталей на плате для микросхемы в корпусе DIP

Расположение деталей на плате для микросхемы в корпусе SMD

Зотов А., Сергей В., Волгоградская обл.

Эту схему металлоискателя можно обсудить на нашем

Вы хотите сделать этот металлоискатель?

Но у Вас нет деталей и платы?

Несколько вариантов металлоискателя из набора

Вы можете заказать их

Набор для изготовления металлоискателя

(в наборе все необходимые детали и печатная плата )

Схема простого и доступного металлоискателя на микросхеме К561ЛА7, она же CD4011BE. Данный металлоискатель сможет собрать своими руками даже начинающий радиолюбитель, но не смотря на простору схемы, он обладает достаточно не плохими характеристиками. Питается металлоискатель от обычной кроны, заряда которой хватит на долгое время, так как потребление мощность не большое.

Металлоискатель собран всего на одной микросхеме К561ЛА7 (CD4011BE), которая достаточно распространенная и доступная. Для настройки нужен осцилограф или частотаметр, но если собрать схему правильно, то эти приборы и не понадобятся вовсе.

Схема металлоискателя

Чувствительность металлоискателя

Что касается чувствительность, но она достаточно не плохая для такого простого прибора, скажем металлическую банку от консервы видит на расстоянии до 20 см. Монету номиналом 5 рублей, до 8 см. При обнаружении металлического предмета, в наушниках будет слышет тон, чем ближе катушка к объекту, тем тон сильнее. Если предмет имеет большую площадь, скажем как канализационный люк или кастрюля, то глубина обнаружения увеличивается.

Компоненты металлоискателя

• Транзисторы можно использовать любые низкочастотные маломощные, такие на КТ315, КТ312, КТ3102 или их зарубежные аналоги ВС546, ВС945, 2SC639, 2SC1815
• Микросхема соответственно К561ЛА7, заменить её можно на аналог CD4011BE или К561ЛЕ5
• Диоды маломощные такие как кд522Б, кд105, кд106 или аналоги: in4148, in4001 и подобные.
• Конденсаторы 1000 пФ, 22 нФ и 300 пФ должны быть керамическими, а лучше, подайдут слюдяные, если такие имеются.
• Переменный резистор 20 кОм, нужно взять с выключателем или выключатель отдельно.
• Медный провод для катушки, подойдет ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,5-0,7мм
• Наушники обычные, низкоомные.
• Батарея питания на 9 вольт, крона вполне годится.

Немного информации:

Плату металлоискателя можно поместить в пластиковый корпус от автоматов, как его сделать можете прочитать в этой статье: . В данном случае, была использована соединительная коробка))

Если не путать номиналы деталей, если спаять схему правильно и но инструкции намотать катушку, то металлоискатель заработает сразу без особых настроек.

Если при первом включении металлоискателя, в наушниках не слышно писка и изменения частоты при регулировке регулятора «ЧАСТОТА» - значит нужно подбирать резистор 10 кОм, стоящий последовательно с регулятором и/или конденсатор в этом генераторе (300 пф). Тем самым мы делаем одинаковыми частоты образцового и поискового генераторов.

При возбуждении генератора, появления свиста, шипения или искажений, припаять конденсатор 1000 пф (1nf) с шестого вывода микросхемы на корпус, как показано на схеме.

Осциллографом или частотомером посмотреть частоты сигналов на выводах 5 и 6 микросхемы К561ЛА7. Добиться их равенства вышеописанным методом настройки. Рабочая частота генераторов может колебаться от 80 до 200 кГц.

Защитный диод (любой маломощный) нужен для защиты микросхема, если к примеру вы не правильно подключите батарею, а такое бывает не редко.))

Катушка металлоисктеля

Катушка наматывается проводом ПЭЛ или ПЭВ 0,5-0,7 мм на оправе, диаметр которой может быть от 15 до 25 см и содержит 100 витков. Чем меньше диаметр катушки, тем меньше чувствительность, но больше избирательность мелких предметов. Если вы собираетесь использовать металлоискатель для поиска чёрного металла, то лучше изготовить катушку большего диаметра.

Катушка может содержать от 80 до 120 витков, после намотки необходимо плотно обмотать её изолентой как показано на схеме ниже.

Теперь необходимо по верх изоленты, намотать тонкую фольгу, подойдёт пищевая или от шоколада. Обматывать нужно не до конца, а оставить пару сантиметров, как показано ниже. Обратите внимание, фольга наматывается аккуратно, лучше нарезать ровные полоски шириной 2 сантиметра и обматывать катушку как изолентой.

Теперь снова плотно обматываем катушку изолентой.

Катушка готова, теперь можно закрепить её на каркас из диэлектрика, изготовить штангу и собрать всё до кучи. Штангу можно спаять из полипропиленовых труб и фитингов, диаметром 20 мм.

Для соединения катушки со схемой, подойдёт двойной экранированный провод (экран на корпус), например тот, который соединяет телевизор с DVD плеером (аудио-видео).

Как должен работать металлоискатель

При включении, регулятором «частота», в наушниках устанавливаем низкочастотный гул, при приближении к металлу изменяется частота.

Второй вариант, чтоб гул в ушах «не стоял», установить нулевые биения, т.е. совместить две частоты. В наушниках тогда будет тишина, но как только катушку подносим к металлу - частота поискового генератора изменяется и в наушниках появляется писк. Чем ближе к металлу - тем выше частота в наушниках. Но чувствительность при этом способе не велика. Прибор среагирует только при сильной расстройке генераторов, например при поднесении к крышке от банки.

Расположение DIP деталей на плате.

Расположение SMD деталей на плате.

Плата металлоискателя в сборе

(Beat Frequency Oscillation – англ.)

За основу была взята схема металлоискателя из книги "Энциклопедия радиолюбителя" (издание второе, дополненное, В.М.Пестриков, Наука и Техника, 2001г, стр.204, ISBN 5-94387-039-3). Изначально статья была напечатана в журнале "Радио" 1989г, №8, с.65, 66. Автор В.Яворский, г.Киев.

В изначальной схеме отсутствует стабилизатор напряжения питания. Этот факт влияет на уход частоты генератора, и без стабилизатора на подсаженой до 7,5В батарейке частоту приходится подстраивать каждые 10 секунд! Из недостатков важным является использование высокоомных головных телефонов (ТОН-1, ТОН-2 или ТА-1), которые сложно достать. Рабочая частота слишком высокая для поиска различных металлов. Также генерация оптимальной для поиска металлов частоты (7,5кГц) перестраиваемого генератора сама не начинается при подключении питания. И наиболее важным недостатком схемы является сам принцип её работы, который не позволяет добиться параметров, достаточных для практического использования на природе. В схеме наблюдается подстройка опорного генератора под частоту перестраиваемого. Предлагаемая технология изготовления катушки слишком сложна. Вызывает сомнение работоспособность выпрямителя как удвоителя напряжения.

В предлагаемой схеме добавлен стабилизатор напряжения, изменена рабочая частота на 7,5кГц, выходной каскад заменён на однотранзисторный с подключением наушников. Основные достоинства схемы- простота и малое потребление тока- 3мА без наушников, и 7,5мА с наушниками. Все эксперименты проводились с замером расстояния срабатывания до конкретного объекта в сантиметрах при помощи линейки.
Переделанная, итоговая схема металлоискателя:

Посмотрев осциллографом сигнал на перестраиваемом генераторе я обнаружил, что сигнал имеет высокочастотные колебания в моменты переключения элементов:

Чтобы сгладить их я поставил конденсатор ёмкостью 3,3нФ между выводами 3,5,6 микросхемы и землёй. При этом заметно снизился уровень помех, а также перестраиваемый генератор начал запускаться при включении питания сам.

На практике не было замечено разницы между использованием приведённым в схеме смесителем сигналов на конденсаторах и смесителем на полевых транзисторах.
Применение НЧ фильтров не давало заметного эффекта при заметном ослаблении сигнала.

Основные способы улучшения характеристик металлоискателей на биениях- уменьшение помех (устранение источников помех и фильтрация), стабилизация частоты опорного генератора, применение плоской катушки. Также имеет смысл повысить напряжение на катушке, использовать несколько рабочих частот.

Диаметр катушки 180мм, 105 витков. Катушка использовалась без экрана. Экран при желании можно сделать из фольги. Катушка обматывается изолентой, потом фольгой, потом снова изолентой. Максимальная чувствительность данной схемы с описанной катушкой- толстая алюминиевая пластинка 4Х4см на расстоянии 11см.
Вместо микросхемы К176ЛЕ5 можно попробовать использовать К176ЛА7, К176ПУ1, К176ПУ2, К561ЛА7, К564ЛА7, К561ЛН2.
Переменный резистор можно применить совмещённый с выключателем. Транзисторы я использовал КТ315.

Просмотр реакции генераторов на металл осциллографом дал важный результат. При расстроенных генераторах при поднесении алюминиевой пластины к катушке наблюдалось увеличение частоты перестраиваемого генератора, а частота опорного при этом не изменялась. Это наблюдалось как с конденсаторным смесителем, так и без него. Однако у настроенных на одну частоту генераторов при поднесении алюминиевой пластины наблюдалось увеличение частоты обоих генераторов как с конденсаторным смесителем, так и без него. Это наблюдение подтверждает наличие положительной связи между генераторами, и подтверждает непричастность к этому конденсаторного смесителя.

Этот металлоискатель, несмотря на малое число деталей и простоту в изготовлении, отличается достаточно большой чувствительностью. Крупные металлические предметы, такие как батарея отопления, он способен обнаружить на расстоянии до 60 см, мелкие же, например, монету диаметром 25 мм — на расстоянии 15 см.

Принцип работы устройства основан на изменении частоты в измерительном генераторе под воздействием находящихся рядом металлов и выделении разностной частоты (биений) между измерительным и образцовым генератором.

Так как эта частота находится в звуковом диапазоне, ее можно услышать в наушниках.

Принципиальная схема

Принципиальная схема металлоискателя представлена на рисунке 1. В данной схеме частота опорного генератора, выполненного на DD1.1, стабилизирована при помощи пьезоэлемента. В качестве пьезоэлемента использован пьезофильтр (ZQ1) па промежуточную частоту (465 кГц), имеющуюся в любом бытовом супергетеродинном радиоприемнике.

Такие элементы широко распространены и гораздо дешевле, чем кварцевые резонаторы. Применение пьезоэлемента позволяет повысить стабильность частоты опорного генератора по сравнению с обычными LC или RC генераторами, а, значит, увеличить дальность обнаружения металлических предметов.

Рис. 1. Принципиальная схема самодельного металлоискателя с пьезофильтром.

Измерительный генератор собран на логическом элементе DD1.2 и содержит катушку (L1) в виде рамки, которая является датчиком. При приближении катушки к металлу меняется ее индуктивность, что приводит к изменению частоты автогенератора.

Начальная частота автогенератора определяется элементами C1C2C3L1 и подстраивается при помощи регулируемого конденсатора С1, близкой к частоте опорного генератора (чуть больше или меньше чем 465 кГц).

На элементе DD1.3 сигналы двух генераторов смешиваются. Выходной сигнал DD1.3 содержит разностную гармонику, и, чтобы ее отделить от высокочастотных импульсов, установлен фильтр R3C5. Низкочастотный сигнал усиливается полевым транзистором VT2 и подается на звуковой излучатель — наушники BF1 BF2.

Применение в автогенераторах логических элементов КМОП микросхемы, благодаря их большому входному сопротивлению, позволяет получить высокую добротность в колебательном контуре поискового генератора, что повышает у него стабильность частоты.

Это дает возможность работать при малых биениях и таким образом увеличить чувствительность металлоискателя.

Детали и конструкция

Питание автогенераторов стабилизировано при помощи прецизионного стабилитрона КС166В. Только параметрические стабилизаторы на напряжение около 6 В имеют близкий к нулю дрейф напряжения при изменении окружающей температуры.

Схема металлоискателя сохраняет работоспособность при снижении напряжения до 5 В, но в этом случае стабилизации напряжения питания не будет.

Потребляемый металлоискателем ток (а, значит, и продолжительность работы) сильно зависит от сопротивления подключенных на выходе головных телефонов. По этой причине их сопротивление должно быть как можно больше (>100 Ом), для чего телефоны в наушниках подключены последовательно.

Резистор R7 ограничивает максимальный ток транзистора VT2 при коротком замыкании в наушниках, а резистор R6 позволяет регулировать громкость звука. Для удобства этот резистор объединен с включателем питания SA1.

Наушники соединяются через любое стандартное гнездо X1.

Гнездо Х2 предназначено для подключения сетевого зарядного устройства для аккумулятора G1. Это позволит выполнять подзарядку элементов питания не вынимая их из корпуса.

Конденсатор настройки С1 можно взять от любого миниатюрного радиоприемника (например КП-180). С2 и СЗ должны быть с минимальным отрицательным ТКЕ (М47, М75), С4 и С5 из серии К10 (К10-17), С6 — К53-1 на 16 В.

Переменный резистор R6 — СПЗ-ЗбМ (он предусматривает горизонтальную установку на плате и имеет встроенный включатель SA1), подстроенный резистор R5 типа СПЗ-19а, остальные подойдут любые малогабаритные.

Пьезорезонатор (пьезофильтр Z01) скорее всего подойдет любой из серии ФП1П1-61 (-01, -02, и т. д.), а также можно попробовать многие другие типы пьезофильтров от китайских приемников, имеющие три вывода.

Детали устройства могут быть расположены на односторонней печатной плате из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм и размерами 75 х 40 мм (рис. 2, а—б).

Рис. 2. Печатная плата самодельного чувствительного металлоискателя на микросхеме.

Плата желательно разместить вблизи от катушки датчика L1. Место, где закрепляется плата с элементами, экранировать не обязательно.

Катушка датчика металлоискателя L1 имеет вид тороидальной рамки. Она наматывается медным проводом ПЭВ диаметром 1,2 мм, на любой подходящей оправке диаметром 20 см, например, вырезанной из пенопласта.

Рис. 3. Конструкция и параметры поисковой катушки самодельного металлоискателя.

Намотка следует выполнять внавал, 30 витков (индуктивность получается около 480 мкГн). После намотки катушки рамка нужно обмотать любой диэлектрической лентой (лакотканью или изолентой), а после этого — тонкой алюминиевой фольгой.

Можно применить также медную фольгу. У места выводов катушки участок около 10 мм закрывать фольгой не надо (между концами экрана оставляется зазор, как это показано на рис).

Применение толстого провода при изготовлении L1 обеспечивает более высокую добротность у катушки и придает жесткость рамке без использования дополнительных элементов крепления.