Pulsacyjny wykrywacz metali. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / wykrywacz metalu

Komentarze do artykułu

Pulsacyjny wykrywacz metali, na który zwracamy uwagę, jest wspólnym dziełem autora i inżyniera z Doniecka (Ukraina) Jurija Kolokołowa (adres internetowy - home.skif.net/~yukol/index.htm), dzięki któremu udało się przetłumaczyć pomysł w gotowy produkt oparty na programowalnym mikrokontrolerze jednoukładowym. Opracował oprogramowanie, a także przeprowadził testy na pełną skalę i szeroko zakrojone prace związane z debugowaniem.

Obecnie moskiewska firma „Master Kit” planuje produkcję zestawów dla radioamatorów do samodzielnego montażu opisywanego wykrywacza metalu. Zestaw będzie zawierał płytkę drukowaną oraz elementy elektroniczne, w tym wstępnie zaprogramowany sterownik. Być może dla wielu miłośników poszukiwania skarbów i zabytków zakup takiego zestawu i jego późniejszy prosty montaż będzie wygodną alternatywą dla zakupu drogiego urządzenia przemysłowego lub samodzielnego wykonania wykrywacza metalu.

Dla tych, którzy czują się pewnie i są gotowi spróbować wyprodukować i zaprogramować mikroprocesorowy pulsacyjny wykrywacz metali, osobista strona Jurija Kołokołowa w Internecie zawiera kod wersji ewaluacyjnej oprogramowania sprzętowego kontrolera w formacie Intel HEX i inne przydatne informacje. Ta wersja oprogramowania różni się od wersji pełnej brakiem niektórych trybów pracy wykrywacza metali.

Zasada działania wykrywacza metali pulsacyjnego lub wiroprądowego opiera się na wzbudzeniu pulsacyjnych prądów wirowych w metalowym przedmiocie i pomiarze wtórnego pola elektromagnetycznego indukowanego przez te prądy. W tym przypadku sygnał wzbudzający jest dostarczany do cewki nadawczej czujnika nie w sposób ciągły, ale okresowo w postaci impulsów. W obiektach przewodzących indukują się tłumione prądy wirowe, które wzbudzają tłumione pole elektromagnetyczne. Pole to z kolei indukuje tłumiony prąd w cewce odbiorczej czujnika. W zależności od właściwości przewodzących i wielkości obiektu sygnał zmienia swój kształt i czas trwania. Na ryc. 24. Schematycznie pokazano sygnał na cewce odbiorczej impulsowego wykrywacza metalu.

Ryż. 24. Sygnał na wejściu impulsowego wykrywacza metalu. Oscylogram 1 - sygnał w przypadku braku celów metalowych; oscylogram 2 - sygnał, gdy czujnik znajduje się w pobliżu metalowego przedmiotu

Pulsacyjne wykrywacze metali mają swoje zalety i wady. Zaletami są niska wrażliwość na zmineralizowaną glebę i słoną wodę, wadami jest słaba selektywność ze względu na rodzaj metalu i stosunkowo wysokie zużycie energii.

Praktyczny projekt

Najbardziej praktyczne konstrukcje pulsacyjnych wykrywaczy metali są zbudowane przy użyciu obwodu z dwiema cewkami lub obwodu z pojedynczą cewką z dodatkowym źródłem zasilania. W pierwszym przypadku urządzenie ma oddzielne cewki odbiorcze i emitujące, co komplikuje konstrukcję czujnika. W drugim przypadku w czujniku jest tylko jedna cewka, a do wzmocnienia sygnału użytecznego wykorzystywany jest wzmacniacz zasilany z dodatkowego źródła zasilania. Znaczenie tej konstrukcji jest następujące - sygnał samoindukcji ma większy potencjał niż potencjał źródła prądu, które służy do dostarczania prądu do cewki nadawczej. Dlatego, aby wzmocnić taki sygnał, wzmacniacz musi posiadać własne źródło zasilania, którego potencjał musi być wyższy niż napięcie wzmacnianego sygnału. Komplikuje to również konstrukcję urządzenia.

Proponowana konstrukcja jednocewkowa zbudowana jest według autorskiego schematu, pozbawionego powyższych wad.

Główne cechy techniczne

• Napięcie zasilania 7,5...14 V
• Pobór prądu nie większy niż 90 mA

Głębokość wykrywania:

• moneta o średnicy 25 mm - 20 cm
• pistolet - 40 cm
• kask - 60 s

Pomimo względnej prostoty konstrukcji proponowanego pulsacyjnego wykrywacza metali, jego wykonanie w domu może być trudne ze względu na konieczność wprowadzenia specjalnego programu do mikrokontrolera. Można tego dokonać jedynie posiadając odpowiednie kwalifikacje oraz oprogramowanie i sprzęt do pracy z mikrokontrolerem.

Schemat strukturalny

Schemat blokowy pokazano na rys. 25 Podstawą urządzenia jest mikrokontroler. Za jego pomocą tworzone są przedziały czasowe do sterowania wszystkimi elementami urządzenia, a także wskazania i ogólnego sterowania urządzeniem. Za pomocą potężnego przełącznika energia jest pulsacyjnie gromadzona w cewce czujnika, a następnie prąd zostaje przerwany, po czym następuje impuls samoindukcyjny, wzbudzający pole elektromagnetyczne w obiekcie.

Ryż. 25. Schemat strukturalny impulsowego wykrywacza metali

Najważniejszym elementem proponowanego obwodu jest zastosowanie wzmacniacza różnicowego w stopniu wejściowym. Służy do wzmocnienia sygnału, którego napięcie jest wyższe od napięcia zasilania i związania go z określonym potencjałem (+5 V). Do dalszego wzmocnienia stosuje się wzmacniacz odbiorczy o dużym wzmocnieniu. Pierwszy integrator służy do pomiaru sygnału użytecznego. Podczas integracji w przód sygnał użyteczny jest akumulowany w postaci napięcia, a podczas integracji w kierunku odwrotnym wynik jest przekształcany na czas trwania impulsu. Drugi integrator ma dużą stałą całkowania (240 ms) i służy do zrównoważenia ścieżki wzmocnienia względem prądu stałego.

Schemat obwodu

Schemat ideowy impulsowego wykrywacza metalu pokazano na ryc. 26 - wzmacniacz różnicowy, wzmacniacz odbiorczy, integratory i mocny przełącznik.

Ryż. 26. Schemat ideowy impulsowego wykrywacza metali. Ścieżka wzmocnienia, potężny klucz, integratory (kliknij, aby powiększyć)

Na ryc. Rysunek 27 przedstawia mikrokontroler oraz elementy sterujące i wskazania. Proponowany projekt został w całości opracowany na bazie elementów importowanych. Stosowane są najpopularniejsze podzespoły wiodących producentów. Możesz spróbować zastąpić niektóre elementy krajowymi, zostanie to omówione poniżej. Większości używanych elementów nie brakuje i można je kupić w dużych miastach Rosji i WNP za pośrednictwem firm sprzedających komponenty elektroniczne.

Ryż. 27. Schemat ideowy impulsowego wykrywacza metali. Mikrokontroler (kliknij, aby powiększyć)

Mocny przełącznik jest zamontowany na tranzystorze polowym VT1. Ponieważ zastosowany tranzystor polowy typu IRF740 ma pojemność bramki większą niż 1000 pF, do jego szybkiego zamknięcia stosuje się stopień wstępny na tranzystorze VT2. Prędkość otwierania potężnego przełącznika nie jest już tak krytyczna, ponieważ prąd w obciążeniu indukcyjnym wzrasta stopniowo. Rezystory R1, R3 mają za zadanie „tłumić” energię samoindukcji. Ich parametry zostały wybrane ze względu na bezpieczną pracę tranzystora VT1, a także zapewnienie aperiodycznego charakteru procesu przejściowego w obwodzie, który jest tworzony przez indukcyjność czujnika i pasożytniczą pojemność międzyzwojową. Diody ochronne VD1, VD2 ograniczają spadki napięcia na wejściu wzmacniacza różnicowego.

Wzmacniacz różnicowy jest montowany przy użyciu wzmacniacza operacyjnego D1.1. Chip D1 to poczwórny wzmacniacz operacyjny typu TL074. Jego charakterystycznymi właściwościami są duża prędkość, niskie zużycie energii, niski poziom hałasu, wysoka impedancja wejściowa i zdolność do pracy przy napięciach wejściowych bliskich napięciu zasilania. Właściwości te determinowały jego zastosowanie w szczególności we wzmacniaczu różnicowym i ogólnie w obwodzie. Wzmocnienie wzmacniacza różnicowego wynosi około 7 i jest określone przez wartości rezystorów R3, R6-R9, R11.

Wzmacniacz odbiorczy D1.2 jest wzmacniaczem nieodwracającym o wzmocnieniu 56. Podczas działania części wysokonapięciowej impulsu samoindukcyjnego współczynnik ten zmniejsza się do 1 za pomocą przełącznika analogowego D2.1. Zapobiega to przeciążeniu ścieżki wzmocnienia wejściowego i zapewnia szybkie wejście w tryb wzmacniania słabego sygnału. Tranzystor VT3, a także tranzystor VT4, są zaprojektowane tak, aby dopasować poziomy sygnałów sterujących dostarczanych z mikrokontrolera do przełączników analogowych.

Za pomocą drugiego integratora D1.3 obwód wzmacniacza wejściowego jest automatycznie równoważony dla prądu stałego. Stała całkowania wynosząca 240 ms jest wybierana tak, aby była wystarczająco duża, aby to sprzężenie zwrotne nie wpływało na wzmocnienie szybko zmieniającego się pożądanego sygnału. Dzięki temu integratorowi wyjście wzmacniacza D1.2 utrzymuje poziom +5 V w przypadku braku sygnału.

Pomiarowy pierwszy integrator jest wykonany na D1.4. Podczas integracji sygnału użytecznego klucz D2.2 otwiera się i odpowiednio klucz D2.4 zamyka się. Falownik logiczny jest zaimplementowany na przełączniku D2.3. Po zakończeniu integracji sygnału klucz D2.2 zamyka się, a klucz D2.4 otwiera. Kondensator magazynujący C6 zaczyna się rozładowywać poprzez rezystor R21. Czas rozładowania będzie proporcjonalny do napięcia, które powstało na kondensatorze C6 pod koniec całkowania sygnału użytecznego.

Czas ten mierzony jest za pomocą mikrokontrolera realizującego konwersję analogowo-cyfrową. Do pomiaru czasu rozładowania kondensatora C6 stosuje się komparator analogowy i timery wbudowane w mikrokontroler D3.

Diody LED VD3...VD8 zapewniają sygnalizację świetlną. Przycisk S1 przeznaczony jest do wstępnego resetu mikrokontrolera. Za pomocą przełączników S2 i S3 ustawia się tryby pracy urządzenia. Za pomocą rezystora zmiennego R29 reguluje się czułość wykrywacza metalu.

Działający algorytm

Aby wyjaśnić zasadę działania opisanego pulsacyjnego wykrywacza metali na ryc. Na rysunku 28 przedstawiono oscylogramy sygnałów w najważniejszych punktach urządzenia.

Ryż. 28. Oscylogramy

W przedziale A otwiera się klucz VT1. Przez cewkę czujnika zaczyna płynąć prąd piłokształtny - oscylogram 2. Gdy prąd osiągnie około 2 A, klucz zamyka się. Na drenie tranzystora VT1 następuje wzrost napięcia samoindukcyjnego - oscylogram 1. Wielkość tego udaru wynosi ponad 300 V (!) i jest ograniczona przez rezystory R1, R3. Aby zapobiec przeciążeniu ścieżki wzmocnienia, stosuje się diody ograniczające VD1, VD2. Również w tym celu w przedziale A (akumulacja energii w cewce) i przedziale B (wyzwolenie samoindukcji) otwierany jest klucz D2.1. Zmniejsza to wzmocnienie od końca do końca ścieżki z 400 do 7. Oscylogram 3 pokazuje sygnał na wyjściu ścieżki wzmocnienia (pin 8 D1.2). Zaczynając od przedziału C, przełącznik D2.1 zamyka się, a wzmocnienie ścieżki staje się duże. Po upływie okresu ochronnego C, podczas którego ścieżka wzmocnienia wchodzi w tryb, klucz D2.2 otwiera się, a klucz D2.4 zamyka - rozpoczyna się integracja sygnału użytecznego - przedział D. Po tym okresie klucz D2.2 zamyka się i otwiera się klucz D2.4 - rozpoczyna się integracja „odwrotna”. W tym czasie (przedziały E i F) kondensator C6 jest całkowicie rozładowany. Za pomocą wbudowanego komparatora analogowego mikrokontroler mierzy wartość przedziału E, która okazuje się proporcjonalna do poziomu wejściowego sygnału użytecznego. Wersja oprogramowania 1.0 ma następujące wartości interwałów:

• A-60...200 µs, B- 12 µs,
• C - 8 µs, D - 50 µs,
• A+B+C+D+E+F - 5 ms - okres powtarzania.

Mikrokontroler przetwarza odebrane dane cyfrowe i wskazuje za pomocą diod LED VD3-VD8 i emitera dźwięku Y1 stopień uderzenia celu w czujnik. Sygnalizacja LED jest analogią czujnika zegarowego - jeśli nie ma celu, zapala się dioda VD8, następnie w zależności od poziomu uderzenia zapalają się sekwencyjnie VD7, VD6 itp..

Rodzaje i konstrukcja części

Zamiast wzmacniacza operacyjnego D1 TL074N można spróbować zastosować TL084N lub dwa podwójne wzmacniacze operacyjne typu TL072N, TL082N.

Układ D2 to poczwórny przełącznik analogowy typu CD4066, który można zastąpić krajowym układem K561KTZ.

Mikrokontroler D4 AT90S2313-10PI nie ma bezpośrednich analogów. Układ nie zapewnia obwodów umożliwiających jego programowanie w obwodzie, dlatego wskazane jest zainstalowanie sterownika na gnieździe, aby można było go przeprogramować.

Stabilizator 78L05 można w skrajnych przypadkach zastąpić KR142EN5A.

Tranzystor VT1 typu IRF740 można zastąpić IRF840.

Tranzystory VT2-VT4 typ 2N5551 można zastąpić KT503 z dowolnym indeksem literowym. Należy jednak zwrócić uwagę na to, że mają one różne wyprowadzenia.

Diody LED mogą być dowolnego typu, zaleca się przyjęcie VD8 w innym kolorze. Diody VD1, VD2 typu 1N4148.

Rezystory mogą być dowolnego typu, R1 i R3 powinny mieć moc rozpraszaną 0,5 W, reszta może wynosić 0,125 lub 0,25 W. Wskazane jest dobranie R9 i R11 tak, aby ich rezystancja różniła się nie więcej niż 5%.

Pożądane jest użycie dostrojonego wieloobrotowego rezystora R7.

Kondensator C1 jest elektrolityczny, dla napięcia 16 V reszta kondensatorów jest ceramiczna. Wskazane jest, aby wziąć kondensator C6 z dobrym TKE.

Przycisk S1, przełączniki S2-S4, rezystor zmienny R29 mogą być dowolnego typu, pasującego do wymiarów. Jako źródła dźwięku można użyć emitera piezoelektrycznego lub słuchawek odtwarzacza.

Konstrukcja korpusu urządzenia może być dowolna. Pręt w pobliżu czujnika (do 1 m) i sam czujnik nie powinny posiadać części metalowych ani elementów mocujących. Jako materiał wyjściowy do wykonania wędki wygodnie jest użyć plastikowej wędki teleskopowej.

Czujnik zawiera 27 zwojów drutu o średnicy 0,6...0,8 mm nawiniętych na trzpień o średnicy 190 mm. Czujnik nie posiada ekranu i należy go przymocować do pręta bez użycia masywnych śrub, wkrętów itp. (!) W przeciwnym razie technologia jego produkcji może być taka sama jak w przypadku indukcyjnego wykrywacza metalu. Do połączenia czujnika z elektroniką nie można zastosować kabla ekranowanego ze względu na jego dużą pojemność. W tym celu należy zastosować dwa izolowane przewody, np. typu MGShV, skręcone ze sobą.

Konfiguracja urządzenia

Uwaga! W urządzeniu występuje wysokie, potencjalnie zagrażające życiu napięcie - na kolektorze VT1 i na czujniku. Dlatego podczas ustawiania i obsługi należy przestrzegać środków bezpieczeństwa elektrycznego.

Zaleca się ustawienie urządzenia w następującej kolejności:

1. Upewnij się, że instalacja jest prawidłowa.

2. Podłącz zasilanie i upewnij się, że pobierany prąd nie przekracza 100 (mA).

3. Za pomocą rezystora strojenia R7 osiągnąć takie zrównoważenie toru wzmocnienia, aby oscylogram na pinie 7 D1.4 odpowiadał oscylogramowi 4 na rys. 28. W takim przypadku należy zadbać o to, aby sygnał na końcu przedziału D pozostał niezmieniony, tj. Oscylogram w tym punkcie powinien być poziomy.

Prawidłowo zmontowane urządzenie nie wymaga dalszej regulacji. Konieczne jest zbliżenie czujnika do metalowego przedmiotu i upewnienie się, że wskaźniki działają. Opis działania elementów sterujących znajduje się w opisie oprogramowania.

Oprogramowanie

W chwili pisania tego materiału opracowano i przetestowano wersje oprogramowania 1.0 i 1.1. Kod oprogramowania sprzętowego w wersji 1.0 w formacie Intel HEX można znaleźć w Internecie na osobistej stronie Jurija Kołokołowa, home.skif.net/~yukol/index.htm.

Komercyjna wersja oprogramowania 1.1 planowana jest do dostarczania w postaci już zaprogramowanych mikrokontrolerów w ramach zestawów produkowanych przez Master Kit. Wersja 1.0 implementuje następujące funkcje:

• kontrola napięcia zasilania - gdy napięcie zasilania jest mniejsze niż 7 V, dioda VD8 zaczyna świecić z przerwami;
• stały poziom czułości;
• tryb wyszukiwania statycznego.

Wersja oprogramowania 1.1 różni się tym, że umożliwia regulację czułości urządzenia za pomocą rezystora zmiennego R29.

Prace nad nowymi wersjami oprogramowania trwają, w planach jest wprowadzenie dodatkowych trybów. Przełączniki S1, S2 są zarezerwowane do sterowania nowymi trybami. Nowe wersje, po szeroko zakrojonych testach, będą dostępne w zestawach Master Kit. Informacje o nowych wersjach będą publikowane w Internecie na osobistej stronie Jurija Kołokołowa, home.skif.net/~yukol/index.htm.

Autor: Szczedrin A.I.

Zobacz inne artykuły Sekcja wykrywacz metalu.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Sztuczna skóra do emulacji dotyku 15.04.2024

W świecie nowoczesnych technologii, w którym dystans staje się coraz bardziej powszechny, ważne jest utrzymywanie kontaktu i poczucia bliskości. Niedawne odkrycia w dziedzinie sztucznej skóry dokonane przez niemieckich naukowców z Uniwersytetu Saary wyznaczają nową erę wirtualnych interakcji. Niemieccy naukowcy z Uniwersytetu Saary opracowali ultracienkie folie, które mogą przenosić wrażenie dotyku na odległość. Ta najnowocześniejsza technologia zapewnia nowe możliwości wirtualnej komunikacji, szczególnie tym, którzy znajdują się daleko od swoich bliskich. Ultracienkie folie opracowane przez naukowców, o grubości zaledwie 50 mikrometrów, można wkomponować w tekstylia i nosić jak drugą skórę. Folie te działają jak czujniki rozpoznające sygnały dotykowe od mamy lub taty oraz jako elementy uruchamiające, które przekazują te ruchy dziecku. Dotyk rodziców do tkaniny aktywuje czujniki, które reagują na nacisk i odkształcają ultracienką warstwę. Ten ... >>

Żwirek dla kota Petgugu Global 15.04.2024

Opieka nad zwierzętami często może być wyzwaniem, szczególnie jeśli chodzi o utrzymanie domu w czystości. Zaprezentowano nowe, ciekawe rozwiązanie od startupu Petgugu Global, które ułatwi życie właścicielom kotów i pomoże im utrzymać w domu idealną czystość i porządek. Startup Petgugu Global zaprezentował wyjątkową toaletę dla kotów, która automatycznie spłukuje odchody, utrzymując Twój dom w czystości i świeżości. To innowacyjne urządzenie jest wyposażone w różne inteligentne czujniki, które monitorują aktywność Twojego zwierzaka w toalecie i aktywują automatyczne czyszczenie po użyciu. Urządzenie podłącza się do sieci kanalizacyjnej i zapewnia sprawne usuwanie nieczystości bez konieczności ingerencji właściciela. Dodatkowo toaleta ma dużą pojemność do spłukiwania, co czyni ją idealną dla gospodarstw domowych, w których mieszka więcej kotów. Miska na kuwetę Petgugu jest przeznaczona do stosowania z żwirkami rozpuszczalnymi w wodzie i oferuje szereg dodatkowych funkcji ... >>

Atrakcyjność troskliwych mężczyzn 14.04.2024

Od dawna panuje stereotyp, że kobiety wolą „złych chłopców”. Jednak najnowsze badania przeprowadzone przez brytyjskich naukowców z Monash University oferują nowe spojrzenie na tę kwestię. Przyjrzeli się, jak kobiety reagowały na emocjonalną odpowiedzialność mężczyzn i chęć pomagania innym. Wyniki badania mogą zmienić nasze rozumienie tego, co sprawia, że ​​mężczyźni są atrakcyjni dla kobiet. Badanie przeprowadzone przez naukowców z Monash University prowadzi do nowych odkryć na temat atrakcyjności mężczyzn w oczach kobiet. W eksperymencie kobietom pokazywano zdjęcia mężczyzn z krótkimi historiami dotyczącymi ich zachowania w różnych sytuacjach, w tym reakcji na spotkanie z bezdomnym. Część mężczyzn ignorowała bezdomnego, inni natomiast pomagali mu, kupując mu jedzenie. Badanie wykazało, że mężczyźni, którzy okazali empatię i życzliwość, byli bardziej atrakcyjni dla kobiet w porównaniu z mężczyznami, którzy okazali empatię i życzliwość. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Liniowy regulator napięcia LT3021 26.03.2005 LINEAR TECHNOLOGY uruchomiła produkcję liniowego regulatora napięcia LT3021 o bardzo niskim spadku napięcia na regulatorze (tylko 160 mV). Zakres regulacji napięcia od 0,9 do 10 V, prąd wyjściowy od 0 do 500 mA. Istnieje ochrona przed przetężeniem, przed odwrotnym włączeniem akumulatora, przed przegrzaniem. Mikroukład jest dostępny w pakietach DFN-16 (rozmiar 5x5 mm) oraz w SO-8.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Niskoprofilowe akceleratory GeForce GTX 1650

▪ Tkanina przyszłości zmienia kształt i kolor

▪ Wodór z roślin – podstawa przyszłej energii

▪ Tylko połowa mieszkańców USA korzysta z telefonów stacjonarnych

▪ Oparzenie słoneczne bez UV

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja serwisu Dla początkującego radioamatora. Wybór artykułu

▪ Artykuł Filistynów. Popularne wyrażenie

▪ Jaka była humanistyczna ideologia renesansu, jej główne cechy i geneza społeczna? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Polana Dombai. Cud natury

▪ artykuł Prosty generator fal prostokątnych. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Przysłowia i powiedzenia Awarów. Duży wybór

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024