Металлоискатель на биениях схема

Устройство позволяющее отыскивать металлические предметы, расположенные в нейтральной среде, например, грунте, за счет их проводимости называют металлодетектором (металлоискателем). Это прибор позволяет находить металлические предметы в различных средах, в том числе и в организме человека.

Во многом благодаря развитию микроэлектроники металлодетекторы, которые выпускают множество предприятий по всему свету, обладают высокой надежностью и небольшими габаритно-весовыми характеристиками.

Работа сапера с металлоискателем

Еще не так давно, такие приборы можно было чаще всего увидеть у саперов, то теперь, ими пользуются спасатели, кладоискатели, работники коммунальных служб при поиске труб, кабелей и пр. Более того, многие «кладоискатели» применяют металлодетекторы, которые они собирают своими руками.

Конструкция и принцип работы прибора

Металлодетекторы, предлагаемые на рынке, работают на разных принципах. Многие считают, что они используют принцип импульсной эхо- или радиолокации. Их отличие от локаторов заключается в том, передаваемый и принимаемый сигналы, действуют постоянно и одновременно, ко всему прочему они работают на совпадающих частотах.

Принцип работы металлоискателя

Приборы, работающие по принципу «прием-передача», регистрируют отраженный (переизлученный) от металлического предмета сигнал. Этот сигнал появляется из-за воздействия на металлический предмет переменным магнитным полем, которое генерируют катушки металлоискателя. То есть в конструкции устройств этого типа предусмотрено наличие двух катушек, первая – передающая, вторая – приемная.

Приборы этого класса обладают следующими достоинства:

• простота конструкции;
• большие возможности для обнаружения металлических материалов.

В тоже время, металлоискатели этого класса обладают определенными недостатками:

• металлоискатели могут быть чувствительными к составу грунта, в котором производят поиск металлических предметов.
• технологические сложности при производстве изделия.

Другими словами, устройства этого типа перед работой необходимо настраивать своими руками.

Другие устройства иногда называют металлоискатель на биениях. Это название пришло из далекого прошлого, точнее со времен, когда широко эксплуатировались супергетеродинных приемников. Биения – это явление, которое становится заметно при суммировании двух сигналов с близкими частотами и равными амплитудами. Биение заключается в пульсировании амплитуды просуммированного сигнала.

Частота пульсирования сигнала равняется разностью частот суммируемых сигналов. Пропуская такой сигнал через выпрямитель, его еще называют детектором, выделяют, так называемую разностную частоту.

Такая схема долго применялось, но в наши дни, ее не применяют. Их сменили синхронные детекторы, но термин остался в применении.

Металлодетектор на биении работает, используя следующий принцип – он регистрирует разность частот от двух генераторных катушек. Одна частота стабильна, вторая содержит в себе катушку индуктивности.

Устройство настраивают своими руками так, чтобы генерируемые частоты совпадали или по крайней мере были близки. Как только, в зону действия попадает металл, происходит изменение заданных параметров и частота изменяется. Разность частот может быть зарегистрирована разными способами, начиная от наушников и заканчивая цифровыми методами.

Устройства этого класса отличаются простой конструкцией датчика, слабой чувствительностью к к минеральному составу почвы.

Но кроме этого, при их эксплуатации необходимо учитывать и то, что у них высокое энергопотребление.

Типовая конструкция

В состав металлоискателя входят следующие составные части:

1. Катушка – это конструкция коробчатого типа, в ней располагают приемник и передатчик сигнала. Чаще всего катушка имеет эллиптическую форму и для ее изготовления применяют полимеры. К ней подведен провод, соединяющий ее с блоком управления. Это провод передает сигнал от приемника к блоку управления. Передатчик формирует сигнал при обнаружении металла, который транслируется на приемник. Катушку устанавливают на нижнюю штангу.
2. Металлическую часть, на которой фиксируется катушка и настраивается угол ее наклона, называют нижней штангой. Благодаря такому решению происходит более тщательное исследование поверхности. Существуют модели, в которых нижняя часть может регулировать высоту металлоискателя и обеспечивает телескопическое соединение со штангой, которую называют средней.
3. Средняя штанга – это узел, расположенный между нижней и верхней штангами. На ней закрепляют приспособления, позволяющие регулировать размеры устройства. на рынке можно встретить модели, которые состоят из двух штанг.
4. Верхняя штанга, как правило, имеет изогнутый вид. Она напоминает, букву S. Такая форма считается оптимальной для закрепления ее на руке. На ней устанавливают подлокотник, блок управления и рукояткой. Подлокотник и рукоятку изготавливают из полимерных материалов.
5. Блок управления металлодетектором необходим для обработки получаемых от катушки данных. После того, как сигнал преобразован он направляется на наушники или другие средства индикации. Кроме того, блок управления предназначен для регулировки режима работы устройства. Провод от катушки присоединяется с помощью быстросъемного устройства.

Все устройства входящие в состав металлоискателя выполняют во влагозащищенном исполнении.

Вот такая относительная простота конструкция и позволяет изготовлять металлоискатели своими руками.

Разновидности металлодетекторов

На рынке представлена широкая номенклатура металлодетекторов, применяемых во многих сферах. Ниже приведен список, в котором указаны некоторые разновидности этих устройств:

1. Грунтовые. Эти приборы предназначены для поиска своими руками металлического лома, ювелирных украшений, монет и пр.
2. Глубинные. Эти приборы применяют для поиска вышеназванных металлических изделий на большой глубине.
3. Подводные. Устройства этого типа предназначены для работы подводой. Они могут работать на разных глубинах.
4. Металлодетекторы для поиска золота. Эти приборы позволяют найти золото и украшения для него в любых средах.
5. Охранные устройства. Эти приборы применяют для обнаружения металлических изделий на теле человека и в багаже. Такие устройства выполняют в виде арок и устанавливают на входе в места большого скопления людей, например, на вокзалах, торговых центрах и пр.
6. Промышленные. Это оборудование входит в состав конвейерных линий. Их основная задача обнаружение металла в других веществах. Например, в добываемой песчано-грунтовой смеси.
7. Армейские. Военные применяют такие приборы для обнаружения своими руками мин, неразорвавшихся снарядов, бомб и пр. Военные называют такие приборы миноискателями.
8. Устройства собранные своими руками, чаще всего их собирают начинающие «кладоискатели».

Использование современных материалов позволяет проектировать и изготавливать приборы с высокой точности обнаружения металлов в разных средах. Применение микроэлектроники позволило минимизировать их габаритно-весовые параметры. Кроме этого, простота электрической схемы позволяет с минимальными затратами изготовить металлодетектор своими руками.

Основные параметры

Как и любое техническое устройство металлодетектор обладает определенными параметрами, характеризующими их функциональные свойства.

Глубина обнаружения

На первом месте стоит глубина обнаружения металла. Кстати, многие компании, производящие подобные устройства не показывают предельную глубину, на которой их продукция может обнаружить металлические изделия. И если такая цифра и указана, то, скорее всего, это данные полученные во время лабораторных испытаний. То есть, реальные, полевые условия существенно отличаются от лабораторных (полигонных).

Это значит, что при выполнении реальной работы своими руками, глубина обнаружения будет несколько меньше, чем указано в паспорте. Почему так происходит? Дело в том, что состав грунта оказывает существенное влияние на способности металлодетектора. В самом деле, одно дело вести поиск в речном песке, а другое в грунте с высоким содержанием железа. Металлические изделия, особенно те, которые длительное время находятся на глубине, окисляются и изменяют свои свойства и это оказывает влияние на возможности обнаружения объекта.

Глубина обнаружения металлоискателем

Большая часть современных металлоискателей может найти металлические объекты на глубине до 2,5 м, специальные глубинные изделия могут обнаружить изделие на глубине до 6 метров.

Частота работы

Второй параметр – это частота работы. Все дело в том, что низкие частоты позволяют металлоискателю видеть на довольно большую глубину, но мелкие детали они увидеть не в состоянии. Высокие частоты позволяют заметить мелкие объекты, но не допускает просмотра грунта на большую глубину.

Самые простые (бюджетные) модели работают на одной частоте, модели которые относят к среднему ценовому уровню используют в работе 2 и более частоты. Существуют модели, которые при поиске применяют 28 частот.

Металлоискатель с дискриминацией металлов

Современные металлодетекторы оснащаются такой функцией, как дискриминация металла. Она позволяет различать тип материала находящегося на глубине. При этом при обнаружении черного металла в наушниках поисковика будет звучать один звук, а при обнаружении цветного другой.

Такие устройства относят к ипульсно – балансным. Они используют в своей работе частоты от 8 до 15 кГц. В качестве источника применяют батареи в 9 – 12 В.

Приборы этого класса способны обнаружить золотой предмет на глубине в несколько десятков сантиметров, а изделия из черных металлов на глубине порядка 1 и более метра.

Металлоискатель с дискриминацией металлов

Но, разумеется, эти параметры зависят от модели устройства.

Как собрать самодельный металлоискатель своими руками

На рынке существует множество моделей приборов для поиска металла в грунте, стенах и пр. Несмотря на его внешнюю сложность, изготовить металлоискатель своими руками не так и сложно и это может сделать практически любой человек. Как уже отмечалось выше, любой металлоискатель состоит из следующих ключевых компонентов – катушки, дешифратора и сигнализирующего устройства блока питания.

Для сборки своими руками такого металлоискателя необходим следующий набор элементов:

• контроллер;
• резонатор;
• конденсаторы разных типов, в том числе и пленочные;
• резисторы;
• излучатель звука;
• стабилизатор напряжения.

Металлоискатель простейший своими руками

Схема металлоискателя не отличается сложностью, а найти ее можно или на просторах мировой сети, или в специализированной литературе. Выше приведен перечень радиоэлементов, которые пригодятся для сборки металлоискателя своими руками в домашних условиях. Простой металлоискатель можно собирать своими руками, используя паяльник или другой доступный способом. Главное при этом, детали не должны касаться корпуса прибора. Для обеспечения работы собранного металлоискателя применяют источники питания в 9 – 12 вольт.

Для намотки катушки применяют провод с диаметром сечения в пределах 0,3 мм, разумеется, это будет зависеть от выбранной схемы. Кстати, намотанную катушку необходимо защитить от воздействия постороннего излучения. Для этого ее экранируют своими руками при помощи обыкновенной пищевой фольги.

Металлоискатель простейший в домашних условиях

Для прошивки контроллера применяют специальные программы, которые также можно найти на просторах интернет.

Металлоискатель без микросхем

Если у начинающего «кладоискателя» нет желания связываться с микросхемами, существуют схемы и без них.

Простая схема на тронзисторных генераторах

Существуют более простые схемы, основанные на использовании традиционных транзисторов. Такой прибор может найти металл на глубине в несколько десятков сантиметров.

Схема глубинного металлоискателя

Глубинные металлодетекторы используют для поиска металлов на больших глубинах. Но стоит отметить, что стоят они недешево и поэтому вполне возможно его собрать его своими руками. Но перед тем, как приступить к его изготовлению надо понять как работает типовая схема.

Схема глубинного металлоискателя

Схема глубинного металлоискателя не самая простая и существует несколько вариантов его исполнения. Перед его сборкой необходимо подготовить следующий набор деталей и элементов:

• конденсаторы разного типа – пленочные, керамические и пр.;
• резисторы разного номинала;
• полупроводники – транзисторы и диоды.

Номинальные параметры, количество зависят от выбранной принципиальной схемы прибора. Для сборки приведенных элементов потребуется паяльник, набор инструмента (отвертка, плоскогубцы, кусачки пр.), материал для изготовления платы.

Процесс сборки глубинного металлодетектора

Процесс сборки глубинного металлодетектора выглядит примерно следующим образом. Сначала собирают блок управления, основу которого составляет печатная плата. Ее изготавливают из текстолита. Затем схему сборки переносят непосредственно на поверхность готовой платы. После того, как рисунок перенесен, плату необходимо протравить. Для этого применяют раствор, в который входят перекись водорода, соль, электролит.

После того, как выполнено травление платы, в ней необходимо выполнить отверстия для установки компонентов схемы. После того, как выполнено лужение платы. Наступает самый важный этап. Установка и пайка своими руками деталей на подготовленную плату.

Для намотки катушки своими руками применяют провод марки ПЭВ с диаметром 0,5 мм. Количество витков и диаметр катушки зависят от выбранной схемы глубинного металлоискателя.

Немного о смартфонах

Существует мнение о том, что вполне возможно изготовить металлоискатель из смартфона. Это не так! Да, есть приложения, которые устанавливают под ОС Android.

Но по факту, после установки такого приложения он действительно сможет находить металлические предметы, но только предварительно намагниченные. Искать и тем более дискриминировать металлы он не сможет.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Металлоискатель или металлодетектор предназначен для обнаружения предметов, по своим электрическим и/или магнитным свойствам отличающихся от среды, в которой они находятся. Попросту говоря, он позволяет находить металл в земле. Но не только металл, и не только в грунте. Металлодетекторами пользуются службы досмотра, криминалисты, военные, геологи, строители для поиска профилей под обшивкой, арматуры, сверки планов-схем подземных коммуникаций, и люди многих других специальностей.

Металлоискатели своими руками чаще всего делают любители: кладоискатели, краеведы, члены военно-исторических объединений. Им, начинающим, и предназначена в первую очередь данная статья; описанные в ней устройства позволяют найти монету с советский пятак на глубине до 20-30 см или железяку с канализационный люк примерно в 1-1,5 м под поверхностью. Однако этот самодельный приборчик может пригодиться и на хозяйстве при ремонте или на стройке. Наконец, обнаружив в земле центнер-другой брошенной трубы или металлоконструкций и сдав находку в металлолом, можно выручить приличную сумму. А подобных сокровищ в земле российской точно больше, чем пиратских сундуков с дублонами или боярско-разбойничьих кубышек с ефимками.

Примечание: если вы не сведущи в электротехнике с радиоэлектроникой, не пугайтесь схем, формул и специальной терминологии в тексте. Самая суть излагается попросту, и в конце будет описание прибора, который можно сделать за 5 мин на столе, не умея не то что паять, а проводки скрутить. Но он позволит «пощупать» особенности поиска металлов, а возникнет интерес – придут и знания с навыками.

Немного больше внимания по сравнению с остальными будет уделено металлоискателю «Пират», см. рис. Этот прибор достаточно прост для повторения начинающими, но по своим качественным показателям не уступает многим фирменным моделям ценой до $300-400. А главное – он показал отличную повторяемость, т.е. полную работоспособность при изготовлении по описаниям и спецификациям. Схемотехника и принцип действия «Пирата» вполне современны; по его настройке и методике использования имеется достаточно руководств.

Принцип действия

Металлоискатель действует по принципу электромагнитной индукции. В общем схема металлоискателя состоит из передатчика электромагнитных колебаний, передающей катушки, приемной катушки, приемника, схемы выделения полезного сигнала (дискриминатора) и устройства индикации. Отдельные функциональные узлы часто объединяют схемотехнически и конструктивно, напр., приемник и передатчик могут работать на одну катушку, приемная часть сразу выделяет полезный сигнал и т.п.

Принцип действия металлоискателя

Катушка создает в среде электромагнитное поле (ЭМП) определенной структуры. Если в зоне его действия оказывается электропроводящий предмет, поз. А на рис., в нем наводятся вихревые токи или токи Фуко, которые создают его собственное ЭМП. В результате структура поля катушки искажается, поз. Б. Если же предмет не электропроводящий, но обладает ферромагнитными свойствами, то он искажает исходное поле за счет экранирования. В том и другом случае приемник улавливает отличие ЭМП от исходного и преобразует его в акустический и/или оптический сигнал.

Примечание: в принципе для металлоискателя не обязательно, чтобы предмет был электропроводящим, грунт – нет. Главное, чтобы их электрические и/или магнитные свойства отличались.

Детектор или сканер?

В коммерческих источниках дорогие высокочувствительные металлодетекторы, напр. Терра-Н, нередко называют геосканерами. Это неверно. Геосканеры действуют по принципу измерения электропроводности грунта по разным направлениям на разной глубине, эта процедура называется боковым каротажем. По данным каротажа компьютер строит на дисплее картинку всего, что в земле, включая различные по свойствам геологические слои.

Разновидности

Общие параметры

Принцип действия металлодетектора возможно воплотить технически разными способами соответственно назначению прибора. Металлоискатели для пляжного золотоискательства и строительно-ремонтного поиска внешне могут быть похожи, но существенно отличаться по схеме и техническим данным. Чтобы правильно сделать металлоискатель, нужно четко представлять себе, каким требованиям он должен удовлетворять для данного рода работы. Исходя из этого, можно выделить следующие параметры поисковых детекторов металла:

1. Проницание, или проникающая способность – максимальная глубина, на которую распространяется ЭМП катушки в грунте. Глубже прибор ничего не обнаружит при любом размере и свойствах объекта.
2. Величина и размеры зоны поиска – воображаемая область в земле, в которой объект будет обнаружен.
3. Чувствительность – способность обнаруживать более или менее мелкие предметы.
4. Избирательность – способность сильнее реагировать на желательные находки. Сладкая мечта пляжных старателей – детектор, который пищит только на драгоценные металлы.
5. Помехоустойчивость – способность не реагировать на ЭМП посторонних источников: радиостанций, грозовых разрядов, ЛЭП, электротранспорта и др. источников помех.
6. Мобильность и оперативность определяются энергопотреблением (на сколько батареек хватит), массогабаритами прибора и размерами зоны поиска (сколько можно «прощупать» за 1 проход).
7. Дискриминация, или разрешающая способность – дает оператору или управляющему микроконтроллеру возможность по реакции прибора судить о характере найденного объекта.

Дискриминация, в свою очередь, параметр составной, т.к. на выходе металлоискателя наличествует 1, максимум 2 сигнала, а величин, определяющих свойства и расположение находки, больше. Тем не менее, с учетом изменения реакции прибора во время приближения к объекту, в нем выделяются 3 составляющих:

• Пространственная – свидетельствует о расположении объекта в зоне поиска и глубине его залегания.
• Геометрическая – дает возможность судить о форме и размерах объекта.
• Качественная – позволяет строить предположения о свойствах материала объекта.

Рабочая частота

1. Сверхнизкочастотные (СНЧ) – до первых сотен Гц. Абсолютно не любительские приборы: энергопотребление от десятков Вт, без компьютерной обработки по сигналу ни о чем судить нельзя, для перемещения нужен автотранспорт.
2. Низкочастотные (НЧ) – от сотен Гц до нескольких кГц. Просты схемотехнически и конструктивно, помехоустойчивы, но мало чувствительны, дискриминация плохая. Проницание – до 4-5 м при энергопотреблении от 10 Вт (т. наз. глубинные металлодетекторы) или до 1-1,5 м при питании от батареек. Реагируют острее всего на ферромагнитные материалы (черный металл) или большие массы диамагнитных (бетонные и каменные строительные конструкции), поэтому иногда называются магнитодетекторами. К свойствам грунта мало чувствительны.
3. Повышенной частоты (ПЧ) – до нескольких десятков кГц. Сложнее НЧ, но требования к катушке невысоки. Проницание – до 1-1,5 м, помехоустойчивость на троечку, хорошая чувствительность, удовлетворительная дискриминация. Могут быть универсальными при использовании в импульсном режиме, см. ниже. На обводненных или минерализованных грунтах (с обломками или частицами скальных пород, экранирующих ЭМП) работают плохо или вовсе ничего не чуют.
4. Высокой, или радиочастоты (ВЧ или РЧ) – типичные металлоискатели «на золото»: отличная дискриминация на глубину до 50-80 см в сухих непроводящих и немагнитных грунтах (пляжный песок и т.п.) Энергопотребление – как в пред. п. Остальное – на грани «неуда». Эффективность прибора во многом зависит от конструкции и качества исполнения катушки (катушек).

Примечание: мобильность металлоискателей по пп. 2-4 хорошая: от одного комплекта солевых элементов («батареек») АА и без переутомления оператора можно работать до 12 час.

Особняком стоят импульсные металлоискатели. У них первичный ток в катушку поступает импульсами. Задав частоту следования импульсов в пределах НЧ, а их длительность, которая определяет спектральный состав сигнала, соответствующей диапазонам ПЧ-ВЧ, можно получить металлодетектор, совмещающий в себе положительные свойства НЧ, ПЧ и ВЧ или перестраиваемый.

Метод поиска

Насчитывается не менее 10 методов поиска предметов с помощью ЭМП. Но такие, как, скажем, метод непосредственной оцифровки ответного сигнала с компьютерной обработкой – удел профессионального применения.

Самодельный металлоискатель схемотехнически строят более всего следующими способами:

• Параметрическим.
• Приемо-передающим.
• С накоплением фазы.
• На биениях.

Без приемника

Параметрические металлоискатели в некотором роде выпадают из определения принципа действия: в них нет ни приемника, ни приемной катушки. Для детекции используется непосредственно влияние объекта на параметры катушки генератора – индуктивность и добротность, а структура ЭМП значения не имеет. Изменение параметров катушки ведет к изменению частоты и амплитуды вырабатываемых колебаний, что фиксируется разными способами: измерением частоты и амплитуды, по изменению тока потребления генератора, измерением напряжения в петле ФАПЧ (системы фазовой автоподстройки частоты, «подтягивающей» ее к заданному значению) и др.

Параметрические металлоискатели просты, дешевы и помехоустойчивы, но пользование ими требует определенных навыков, т.к. частота «плывет» под влиянием внешних условий. Чувствительность у них слабая; более всего используются как магнитодетекторы.

С приемником и передатчиком

Устройство приемопередающего металлоискателя показано на рис. в начале, к пояснению принципа действия; там же описан и принцип работы. Такие приборы позволяют добиться наилучшей эффективности в своем диапазоне частот, но сложны схемотехнически, требуют особо качественной системы катушек. Приемопередающие металлоискатели с одной катушкой называются индукционными. Их повторяемость лучше, т.к. проблема правильного расположения катушек относительно друг друга отпадает, но схемотехника сложнее – нужно выделить слабый вторичный сигнал на фоне сильного первичного.

Примечание: в импульсных приемопередающих металлоискателях от проблемы выделения также удается избавиться. Объясняется это тем, что в качестве вторичного сигнала «ловят» т. наз. «хвост» переизлученного объектом импульса. Первичный импульс вследствие дисперсии при переизлучении расплывается, и часть вторичного импульса оказывается в промежутке между первичными, откуда ее несложно выделить.

До щелчка

Металлоискатели с накоплением фазы, или фазочувствительные, бывают либо однокатушечными импульсными, либо с 2-мя генераторами, работающими каждый на свою катушку. В первом случае используется тот факт, что импульсы при переизлучении не только расплываются, но и задерживаются. Во времени сдвиг фаз нарастает; когда он достигает определенной величины, дискриминатор срабатывает и в наушниках раздается щелчок. По мере приближения к объекту щелчки становятся чаще и сливаются в звук все более высокого тона. Именно на этом принципе построен «Пират».

Во втором случае техника поиска та же, но работают 2 строго симметричных электрически и геометрически генератора, каждый на свою катушку. При этом вследствие взаимодействия их ЭМП происходит взаимная синхронизация: генераторы работают в такт. При искажении общего ЭМП начинаются срывы синхронизации, слышимые как те же щелчки, а затем тон. Двухкатушечные металлоискатели со срывом синхронизации проще импульсных, но менее чувствительны: проницание их в 1,5-2 раза меньше. Дискриминация в обоих случаях близка к отличной.

По писку

Биения 2-х электросигналов – сигнал с частотой, равной сумме или разности основных частот исходных сигналов или кратных им – гармоник. Так, напр., если на входы специального устройства – смесителя – подать сигналы с частотами 1 МГц и 1 000 500 Гц или 1,0005 МГц, а к выходу смесителя подключить наушники или динамик, то услышим чистый тон 500 Гц. А если 2-й сигнал будет 200 100 Гц или 200,1 кГц, случится то же самое, т.к. 200 100 х 5 = 1 000 500; мы «поймали» 5-ю гармонику.

В металлоискателе на биениях действуют 2 генератора: опорный и рабочий. Катушка колебательного контура опорного маленькая, защищенная от посторонних влияний, или его частота стабилизирована кварцевым резонатором (попросту – кварцем). Контурная катушка рабочего (поискового) генератора – поисковая, и его частота зависит от наличия предметов в зоне поиска. Перед поиском рабочий генератор настраивают на нулевые биения, т.е. до совпадения частот. Полного нуля звука как правило не добиваются, а настраивают до очень низкого тона или хрипа, так удобнее искать. По изменению тона биений судят о наличии, величине, свойствах и расположении объекта.

Примечание: чаще всего частоту поискового генератора берут в несколько раз ниже опорной и работают на гармониках. Это позволяет, во-первых, избежать вредного в данном случае взаимного влияния генераторов; во-вторых, точнее настроить прибор, в-третьих, вести поиск на оптимальной в данном случае частоте.

Металлоискатели на гармониках в общем сложнее импульсных, однако работают на любом грунте. Правильно изготовленные и настроенные, они не уступают импульсным. Об этом можно судить хотя бы по тому, что золотоискатели-пляжники никак не сойдутся во мнениях, что же лучше: импульсник или на биениях?

Катушка и прочее

Самое распространенное заблуждение начинающих радиолюбителей – абсолютизация схемотехники. Мол, если схема «крутая», то все будет тип-топ. Относительно металлоискателей это вдвойне неверно, т.к. их эксплуатационные достоинства сильнейшим образом зависят от конструкции и качества изготовления поисковой катушки. Как выразился некий курортный старатель: «Находимость детектора должна тянуть карман, а не ноги».

При разработке прибора его схему и параметры катушки подгоняют друг к другу до получения оптимума. Определенная схема с «чужой» катушкой если и заработает, то до заявленных параметров не дотянет. Поэтому, выбирая прототип для повторения, смотрите прежде всего описание катушки. Если оно неполное или неточное – лучше строить другой прибор.

О размерах катушки

Большая (широкая) катушка эффективнее излучает ЭМП и глубже «просветит» грунт. Ее зона поиска шире, что позволяет уменьшить «находимость ногами». Однако, если в зоне поиска окажется крупный ненужный предмет, его сигнал «забьет» слабый от искомой мелочи. Поэтому желательно брать или делать металлодетектор, рассчитанный на работу с катушками разного размера.

Примечание: типичные диаметры катушек 20-90 мм для поиска арматуры и профилей, 130-150 мм «на пляжное золото» и 200-600 мм «на большое железо».

Монопетля

Традиционный тип катушки детектора металла т. наз. тонкая катушка или Mono Loop (одинарная петля): кольцо из многих витков эмалированного медного провода шириной и толщиной раз в 15-20 меньше среднего диаметра кольца. Достоинства катушки-монопетли – слабая зависимость параметров от типа грунта, сужающаяся книзу зона поиска, что позволяет, двигая детектор, точнее определять глубину и расположение находки, и конструктивная простота. Недостатки – малая добротность, отчего в процессе поиска «плывет» настройка, подверженность помехам и расплывчатая реакция на объект: работа с монопетлей требует значительного опыта пользования данным конкретным экземпляром прибора. Самодельные металлоискатели начинающим рекомендуется делать с монопетлей, чтобы без особых проблем получить работоспособную конструкцию и приобрести с ней поисковый опыт.

Индуктивность

При выборе схемы, чтобы убедиться в достоверности обещаний автора, и тем более при самостоятельном конструировании или доработке, нужно знать индуктивность катушки и уметь ее рассчитывать. Даже если вы делаете металлоискатель из покупного набора, индуктивность все равно нужно проверить измерениями или расчетом, чтобы не ломать потом голову: почему, все вот вроде исправно, а не пищит.

Калькуляторы для расчета индуктивности катушек имеются в интернете, но компьютерная программа все случаи практики предусмотреть не может. Поэтому на рис. дана старая, десятилетиями проверенная номограмма для расчета многослойных катушек; тонкая катушка – частный случай многослойной.

Номограмма для расчета многослойных катушек

Для расчета поисковой монопетли номограммой пользуются следующим образом:

• Берем величину индуктивности L из описания прибора и размеры петли D, l и t оттуда же или по своему выбору; типичные значения: L = 10 мГн, D = 20 см, l = t = 1 см.
• По номограмме определяем количество витков w.
• Задаемся коэффициентом укладки k = 0,5, по размерам l (высота катушки) и t (ширина ее) определяем площадь сечения петли и находим площадь чистой меди в ней как S = klt.
• Поделив S на w, получим сечение обмоточного провода, а по нему – диаметр провода d.
• Если получилось d = (0,5…0,8) мм, все ОК. В противном случае увеличиваем l и t при d>0,8 мм или уменьшаем при d

Металлоискатель или металлодетектор – устройство, которое находит металлосодержащие предметы в диэлектрическом или низко проводящем массиве. Устройство помогает обнаружить различные металлические тела в земле, массиве ограждающих конструкций зданий и сооружений, и в глубине грунта на дне водоёмов. Фирменный прибор стоит довольно дорого. Сделанный металлоискатель своими руками обойдётся намного дешевле.

Что такое металлодетектор и как он работает?

Современный электронный прибор замечает присутствие металлических предметов на расстоянии. Принцип работы построен на том, что он улавливает свою радиоволну, отражённую от металла.

При включении питания в поисковом устройстве возникает электромагнитное поле, которое излучается вглубь исследуемой территории. Это может быть земля, скала, вода, древесина или массив любого диэлектрика. Электромагнитное поле излучает поисковая катушка.

На верхней части искомого металла появляются токи вихревого характера. Они устремляются навстречу, подавляя электромагнитное поле, излучаемое металлоискателем. Резкое падение мощности поля прибора фиксирует его электронный блок. Электроника анализирует новые параметры электромагнитного потока и сигнализирует о наличии металла.

Золото, серебро и медь, в отличие от железа и никеля, обладают более высокой электропроводностью. Определение природы металла в зоне обследования основывается на получении данных об удельной электропроводности материала.

Различие между простыми конструкциями и устройствами с более «навороченной» электроникой состоит в том, что дорогие устройства определяет не только вид металла, но и глубину его нахождения, а также имеют опцию дискриминации.

Принципы действия металлоискателей

Состав схем приборов напрямую зависит от принципа действия электроники металлоискателя. Различают следующие типы схем:

• метод биения;
• передатчик-приёмник;
• радиочастотный;
• импульсно-индукционный;
• резонансо-срывной.

Метод биения

Данный метод действия обозначают аббревиатурой BFO (beat frequency oscillation). В основе конструкции прибора установлен LC-генератор. Генераторы такого вида имеют высокую стабильность частоты, излучаемых волн.

LC устройство через катушку поискового круга получает фактическую частоту биений и сравнивает с эталонными данными. Полученная разница сопровождается звуковым сигналом через встроенный динамик. Используемая частота находится в пределах от 40 до 500 кГц.

BFO устройства отличаются слабой чувствительностью и низким уровнем отстраивания от влажного и минерального грунта. Использование этого метода чаще всего встречается в дешёвых моделях отечественного производства.

Передатчик-приёмник

Низкочастотный передатчик-приёмник формата TR/VLF (transmitter-receiver/very low frequency) имеет обнаруживающую систему, состоящую из 2 катушек. Они находятся в одной плоскости. Одна из них состоит в контуре LC-генератора. При получении ей сигнала, на выходе приёмной катушки отражается маломощный сигнал. Происходит оценка амплитуды на приёмных витках и фазового сдвига между полученным и переданным сигналом.

VLF-способ обеспечивает высокую чувствительность устройства. Металлодетектор хорошо определяет природу предметов, что происходит за счёт оценки характеристик фаз. Схематика прибора имеет довольно сложную конфигурацию. Катушки должны пройти предварительную презициозную балансировку.

Отстраивание от массива изучаемой среды и дискриминация предметов из металла выполняется фазосдвигающими цепями. Модификация TR/VLF анализирует фазовые характеристики электромагнитных полей, что даёт возможность отличать чёрные металлы от их цветных «собратьев», отстраиваться от массива земли и различных посторонних вкраплений в его среде.

Металлоискателям данного типа свойственна высокая чувствительность. Разрешающие качества устройства во многом зависит от диаметра поисковой головки. Чем больше этот размер, тем лучше осуществляется процесс обнаружения изделий из металла в глубине массива. На основе этого принципа изготавливают основную массу серийных металлодетекторов.

Радиочастотный

Высокочастотный формат устройства RF (radio frequency) имеет 2 катушки. Они разнесены на определённое расстояние друг от друга. Излучающая катушка посылает сигнал на внешнюю поверхность искомого металла. Приёмный элемент фиксирует отражённый сигнал. Используемая частота радиосигналов находится в пределах от 70 до 500 кГц.

Устройство, построенное по такому принципу, не различает природу тел из металла, не «видит» небольшие объекты. Следует отметить, что он отлично распознаёт крупные предметы из металла на большом расстоянии – в глубине массива изучаемой среды.

Импульсно-индукционный

Генератор импульсно-индукционного прибора формата PL (pulse induction) подаёт сигнал импульсного характера в колебательный контур поискового устройства. Оценочным данным является время переходного периода – положение заднего фронта импульса напряжения. Рабочая частота находится в низком диапазоне – от 50 до 4000 Гц.

Резонансо-срывной

Срыв резонанса – формат OR (off resonance). В основе принципа функционирования прибора МИ заложен метод оценки величины амплитуды сигнала в катушке. Контур настраивают близко к резонансу с излучаемым сигналом.

Появление в зоне поиска металлического предмета становится причиной возникновения резонанса или полного его исключения. Это отмечается увеличением или уменьшением амплитуды в колебательном контуре.

Метод не используется в металлоискателях заводского изготовления. В основном применяют при разработке самодельных радиолюбительских конструкций.

Что такое дискриминация металлов?

Кто интересуется строением и принципом действия металлоискателей, часто в поиске нужной информации сталкиваются с выражением «дискриминация металлов». Функция дискриминации металлоискателя определяет направленность поиска той или иной группы металлических предметов. Установка металлоискателя на обнаружение цветных металлов позволяет игнорировать железосодержащие включения в массиве грунта.

Агрегаты, оснащённые дисплеем, могут демонстрировать шкалу дискриминации от «0» до «99». Чем больше стремится показатель индикации прибора к 0, тем меньше электропроводность найденного металлического предмета.

В некоторых моделях линейка дискриминации градуирована на такие виды металлов, как железо, никель, цинк, алюминий, золото, медь и серебро. Прибор может делать поправку на включение лигатуры в основном составе материала. Вида и количество лигатуры в металле изменяет его электропроводность.

Металлы в чистом виде практически не встречаются, поэтому в сложных устройствах высокого уровня существуют опции, позволяющие «не замечать» такие металлы, как железо, никель и алюминий. Металлодетектор будет реагировать на обнаружение золота, серебра и меди.

Селективная дискриминация металлов позволяет сократить временные затраты на обнаружение ненужных предметов и не тратить силы на копание ненужных ям.

Собрать металлоискатель ПИРАТ своими руками

Члены военно-исторических обществ, краеведы и любители искать клады часто озабочены поиском дешёвых моделей металлодетекторов.

Желание собрать своими руками металлоискатель, прежде всего, вызвано экономическим фактором. Готовое изделие заводского исполнения стоит довольно дорого. Есть модели, стоимостью до нескольких десятков тысяч рублей. В средствах массовой информации публикуется масса «рецептов» по изготовлению самодельных приборов.

Для обнаружения металлосодержащих предметов в толще грунта, можно сделать металлоискатель со схемой Пират.

Пират – импульсивный металлодетектор с несложной электронной схемой. Название никак не связано с морскими разбойниками. Латинская аббревиатура состоит из двух сокращений: PI (импульсный принцип) и RAT (наименование авторского сайта).

Инструкция по сборке МИ ПИРАТ

Для изготовления самодельного металлоискателя необходимо заранее приготовить несколько предметов – это поисковый круг с катушкой, электронный блок управления и штанга-держатель.

Поисковый круг

Его можно вырезать из строительной фанеры, пластика либо другого диэлектрического материала. Круг представляет собой обод ø 180 – 210 мм с обвитым на нём обмоточным проводом (24 – 25 витков) ø 0,5 мм. Для увеличения дистанции обнаружения, поисковый контур делают ø 260 – 270 мм и обматывают таким же проводником в количестве 21- 22 витков.

Рекомендуемые размеры поискового круга и параметры провода отражены в следующей таблице.

Штанга-держатель

В качестве этой детали используют любой диэлектрический длинномер. Это может быть деревянный держатель огородного инструмента, швабры или полимерная трубка. На нижнем конце штанги крепят поисковый круг. Вверху часто крепят корпус электронного блока управления. Длину штанги определяет сам хозяин оборудования – соответственно его росту.

Блок управления

Для корпуса электронного блока используют различные коробчатые изделия из пластика. Главное, чтобы в корпусе свободно, но в то же время компактно могла поместиться схема прибора и элементы питания. Начинка электроники собирается на основе транзисторов и микросхем.

Разновидности микросхем металлоискателя ПИРАТ

Из всех известных схем самодельных металлоискателей известны конструкции, собранные на следующих элементах:

Ne 555

Основным управляющим компонентом схемы является микросхема Ne 555. В качестве аналога может быть использована микросхема отечественного производства КР1006ВИ1.

Вариант печатной платы на Ne 555

На транзисторах

Взамен микросхемы Ne 555, некоторые авторы предлагают собирать схему электронного управления металлоискателя на транзисторах.

Вариант печатной платы металлодетектора на транзисторах

Tl 0722 и Ne 555

Электронный блок металлоискателя Пират собирают на двух микросхемах. Это значительно упрощает схемотехнику прибора.

К561la7

Основой схемы МИ является микросхема К561la7. Микропроцессор состоит из 4 секторов. Первые два излучают фон определённой частоты, 3-й элемент обнаруживает отражённый сигнал от искомого металлического предмета, а 4-й сектор производит сравнение уровня выходной и приёмной частоты.

Разные значения этих параметров вызывают подачу сигнала через усилитель на динамик прибора.
Питание электронного блока осуществляется за счёт батарейки типа крона. Её ёмкости хватает на пользование устройством в течение длительного времени.

Комплектующие элементы сборки электронной схемы металлоискателя Пират на К561la7

1. Конденсаторы часто используют бывшие в употреблении, но нужно обязательно проверять их ёмкость. Хорошо подходят керамические элементы. Для изготовления схемы потребуются детали:
   100 мкФ – 1шт.;
   1000 пФ – 3 шт.;
   22 пФ – 2 шт.;
   300 пФ – 1 шт.
2. Бывшие в употреблении постоянные резисторы также применяют, извлекая их из старых схем. Они много лет сохраняют свои качественные характеристики.
   22 Ом – 1 шт.;
   1 кОм – 1 шт.;
   4,7 кОм – 1 шт.;
   10 кОМ – 1 шт.;
   470 кОм – 1 шт.
3. Переменные резисторы лучше купить в электротехническом супермаркете или на радиорынке:
   1,5 кОм – 1 шт., 20 кОм – 1 шт.
4. Микросхема К561la7 заключена в защитном корпусе формата DIP. Ножки нумеруют от выемки на корпусе микросхемы, начиная отсчёт против часовой стрелки.
5. Транзистор КТ-315 можно заменить на КТ3102, ВС546, или на схожие по характеристикам низкочастотные аналогичные элементы. Смотря на лицевую часть транзистора, различают выводы, справа налево – эмиттер, коллектор и база.
6. Диод можно выбрать из таких радиодеталей как: кд522Б, кд105, кд106.Перед пайкой диод нужно прозвонить для того, чтобы точно отличить анод от катода.
7. В качестве сигнализатора можно использовать наушники mp 3 плеера либо что-то подобное.
8. Питание – батарейка типа крона 9 в. и контактная группа.

Металлоискатель подводный своими руками

Модель подобного типа в заводском исполнении стоит немалых денег. Сделать его своими руками – заманчивая перспектива. С его помощью на морском дне среди валунов и гальки вполне можно найти обронённые ценные предметы – кольца, цепочки из золота и серебра и прочее. С помощью таких приборов найдено много артефактов немалой стоимости.

Схемы строения электронных блоков применяют те же, что и для сухопутных собратьев, но с некоторыми особенностями. Здесь требуется обеспечение полной герметичности устройства. Катушку покрывают герметичными изоляционными материалами, вплоть до применения эпоксидной смолы.

В качестве корпуса используют ПВХ трубы малого диаметра. Трубы выполняют две функции одновременно – корпуса электронного блока и штанги-держателя.

В трубу помещают электронную схему с разъёмами для подключения питания и сами батарейки. На оголовке разъёмов закрепляют переменный резистор – для изменения чувствительности

Очень важно сделать герметичную закупорку торцевого отверстия трубы таким образом, чтобы винт пробки входил в соединение с головкой переменного резистора.

В качестве сигнализаторов обнаружения металлов применяют световые индикаторы – светодиоды. Запитывать их приходится от встроенного динамика внутри корпуса. При попадании в поле катушки искомого металла, световые индикаторы реагируют своим свечением.

Некоторые умельцы изготавливают модели с внешним управлением устройства с помощью магнита. Проводя магнитом по корпусу металлодетектора, меняют режим работы прибора.

Заключение

Владение самодельным металлоискателем вызывает тягу к обследованию окружающего мира. Если изучение тех или иных мест на природе не приведёт владельца прибора к обогащению, то обязательно принесёт огромную пользу для оздоровления организма за счет длительных прогулок на свежем воздухе.