P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E
PROJ EKT Y Z AGRANI CZ NE
Prosty detektor metali
Detektory metali wyst�pują zawiera generator LC. Wiele de-
Przedstawione w artykule
w dw�ch podstawowych wersjach: tektor�w wykorzystuje to, łe
urządzenie cechuje bardzo
�detektor�w skarb�w� ukrytych umieszczenie metalu w pobliłu
prosta konstrukcja i całkiem
w ziemi oraz niewielkich urzą- cewki generatora zmienia nieco
niezłe parametry. Przy jego
dze� słułących do wykrywania jej indukcyjnośĘ, a wi�c i cz�stot-
pomocy szukanie skarb�w jest
rur, przewod�w i innych przed- liwośĘ rezonansu.
raczej wykluczone, ale
miot�w metalowych znajdujących Wykrycie niewielkiej zmiany
mołliwośĘ pierwszych
si� w ścianach. cz�stotliwości wymaga bardzo
eksperyment�w i walory
Przedstawiony w artykule bar- wrałliwego ucha. Z tego powodu
praktyczne w innych
dzo prosty detektor metali naleły przedstawiane urządzenie wykry-
zastosowaniach nie są do
do tej drugiej kategorii i pozwoli wa t� zmian� w zupełnie inny
pomini�cia. majsterkowiczom na zlokalizowa- spos�b, a do jej zasygnalizowania
nie przewod�w ulokowanych wykorzystany został miernik wy-
w ścianach w spos�b nie niszczą- chyłowy.
cy. Urządzenie jest niezwykle Zamiast detekowania zmiany
proste w obsłudze, a miernik wy- cz�stotliwości obwodu rezonanso-
chyłowy zapewnia wyra�ne po- wego, złołonego z r�wnolegle po-
twierdzenie obecności przedmiotu łączonych indukcyjności i pojem-
metalowego. ności, są wykrywane zmiany jego
Zastosowanie małej p�tli jako dobroci.
cewki detekcyjnej zapewnia właś- DobroĘ obwodu rezonansowe-
ciwą reakcj� urządzenia w przy- go jest miarą jego selektywności
padku niewielkich przedmiot�w i wzmocnienia dla rezonansu,
metalowych i umołliwi znalezie- a ulokowanie w pobliłu indukcyj-
nie nawet małej śrubki lub gwo�- ności kawałka metalu powoduje
dzia w drewnianych drzwiach. stłumienie obwodu (ograniczenie
Maksymalny zakres wykrywania wzmocnienia). W przeci�tnych
wynosi w przypadku małych warunkach ta zmiana dobroci by-
przedmiot�w 40..50mm i nie jest łaby zbyt mała, by daĘ zauwałal-
duło wi�kszy w przypadku obiek- ny efekt. Generator urządzenia
t�w wi�kszych. jest jednak zaprojektowany w taki
CzułośĘ wykrywania dułych spos�b, łe sprz�łenie zwrotne
przedmiot�w mołna byłoby zapewnia spełnienie warunku ge-
zwi�kszyĘ stosując p�tl� detekcyj- neracji praktycznie bez zapasu
ną (cewk�) o dułych rozmiarach, amplitudy, tj. tylko podtrzymuje
to jednak utrudniłoby wykrywa- drgania. Znalezienie si� w pobli-
nie i określanie połołenia przed- łu cewki przedmiotu metalowego
miot�w o małych rozmiarach. spowoduje spadek poziomu syg-
W przypadku takiego urządzenia, nału wyjściowego generatora lub
mała cewka detekcyjna stanowi nawet zerwanie oscylacji.
chyba najbardziej sensowny wy- Sygnał wyjściowy generatora
b�r ze wzgl�d�w praktycznych, podawany jest na prostownik
poniewał rzadko kto zaintereso- i układ wygładzający, a nast�pnie
wany jest wykrywaniem przed- na miernik wychyłowy. Stałe na-
miot�w znajdujących si� w ścia- pi�cie wyjściowe układu wygła-
nie na gł�bokości wi�kszej nił dzającego jest proporcjonalne do
około 30mm.
Zasada działania
Zasada działania
urządzenia jest na-
prawd� niezwykle
prosta, a jej zrozumie-
nie ułatwi schemat
blokowy z rys. 1. Po-
Rys. 1. Schemat blokowy prostego detektora
dobnie jak w przypad-
metali. Urządzenie zawiera strojony układ
ku najprostszych de-
równoległy LC, którego indukcyjność
tektor�w metali, układ
wykorzystana jest jako pętla detekcyjna.
Elektronika Praktyczna 6/98
13
P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E
obniła dobroĘ układu rezonanso-
wego, a wi�c i jego impedancj�.
To z kolei sprawia, łe straty wpro-
wadzane przez rezystor R7 stają
si� wi�ksze, a poziom amplitudy
generowanego sygnału maleje.
Sygnał wyjściowy generatora
trafia przez elementy C5 i R9 na
prosty układ prostowania i wygła-
dzania. Jako D1 i D2 ułyto diod
germanowych, poniewał cechuje
je niłsze napi�cie przewodzenia
nił diody krzemowe, w związku
z czym zapewniają nieco lepsze
własności układu.
Dodatnie napi�cie wyjściowe
prostownika jest w przybliłeniu
proporcjonalne do amplitudy ge-
nerowanego sygnału. Napi�cie to
jest mierzone przez prosty wol-
tomierz z elementami R10 i ME1.
Rys. 2. Schemat ideowy prostego detektora metali.
Oczywiście, w przedstawianym
amplitudy drga� generatora. na tyle "silne", by podtrzymaĘ zastosowaniu wartośĘ generowa-
Umieszczenie w pobliłu cewki drgania układu. W związku z tym nego napi�cia nie jest istotna,
metalowego przedmiotu powoduje wsp�łczynnik sprz�łenia zwrot- a interesujące są wyłącznie jego
wi�c spadek wychylenia mierni- nego naleły bardzo dokładnie wzgl�dne zmiany. Potencjometry
ka, a jeśli przedmiot ten znajdzie ustawiĘ. VR1 i VR2 słułą wi�c do uzys-
si� bardzo blisko cewki, wskaza- Potencjometr VR1 słuły do kania wychylenia do około poło-
nie mołe spaśĘ do zera. zgrubnej, a potencjometr VR2 (o wy skali przy cz�stotliwości re-
bardzo ograniczonym zakresie re- zonansowej, a spadek wychylenia
Działanie układu gulacji) do precyzyjnej regulacji oznacza obecnośĘ elementu meta-
Kompletny schemat elektrycz- poziomu sprz�łenia. Elementy lowego w pobliłu indukcyjności.
ny prostego detektora metali znaj- VR2 i R8 połączone są r�wnolegle Układ zasila bateria PP3, a po-
duje si� na rys. 2. z rezystorem R6, co umołliwia niewał nat�łenie pobieranego prą-
By uzyskaĘ drgania, trzeba uzyskanie rezystancji w zakresie du wynosi tylko około 2mA, czas
w układzie wzmacniacza zastoso- od 1,8k&! do 2,2k&!. Tak bardzo łycia baterii jest bardzo długi.
waĘ dodatnie sprz�łenie zwrotne. ograniczony zakres zmian pozwa- Cz�stotliwośĘ rezonansowa ukła-
Układ b�dzie generował pod wa- la na łatwe ustawienie właściwe- du wynosi około 50kHz, co mieś-
runkiem, łe straty w p�tli sprz�- go poziomu dodatniego sprz�łe- ci si� w zakresie cz�stotliwości
łenia b�dą niłsze nił wzmocnie- nia zwrotnego. dozwolonych dla tego rodzaju
nie układu. W przedstawianym Wyjście dzielnika połączone urządze�. Sygnał emitowany
przypadku mamy do czynienia jest przez rezystor R7 z r�wnoleg- przez urządzenie jest bardzo sła-
z prostym wzmacniaczem nieod- łym układem rezonansowym z ele- by i mieści si� w granicach do-
wracającym, zbudowanym na mentami L1 i C6. Taki układ puszczanych przez przepisy.
wzmacniaczu operacyjnym IC1. w pobliłu cz�stotliwości rezonan-
Rezystory R1 i R2 określają po- sowej wykazuje wysoką impedan- Wykonanie
ziom napi�cia stałego na wejściu cj� oraz niską przy innych cz�s- Układ mołna zmontowaĘ na
wzmacniacza oraz jego opornośĘ totliwościach. Wobec tego, przy płytce uniwersalnej. W egzempla-
wejściową, r�wną 50k&!. Wzmoc- odstrojeniu rezystor R7 powoduje rzu modelowym trzy rezystory
nienie napi�ciowe układu, wyno- jego znaczne tłumienie i dlatego montowane są bezpośrednio do
szące około 3..5V/V, narzuca p�t- układ generuje wyłącznie sygnał potencjometr�w regulujących
la ujemnego sprz�łenia zwrotnego o cz�stotliwości rezonansowej wsp�łczynnik sprz�łenia zwrot-
z rezystorami R3 i R4. układu selektywnego (L1, C6), nego.
P�tla dodatniego sprz�łenia kiedy to wyst�puje najsilniejsze Niekt�re z otwor�w w płytce
zwrotnego obejmuje dośĘ złołony dodatnie sprz�łenie zwrotne. uniwersalnej pozostaną niewyko-
dzielnik napi�ciowy, ale jej dzia- Teoretycznie impedancja r�w- rzystane, co ułatwia popełnienie
łanie jest całkiem proste. Znajdu- noległego układu selektywnego dla pomyłki i wstawienie jednego z ele-
ją si� w niej regulowany tłumik cz�stotliwości rezonansowej jest ment�w w niewłaściwe miejsce.
z potencjometrami VR1 i VR2, re- niesko�czenie duła, ale rzeczy- Montał wymaga wi�c nieco wi�cej
zystor szeregowy R7 oraz układ wiste indukcyjności i pojemności uwagi, nił gdyby płytka była wy-
rezonansowy. wykazują straty i impedancja ta konana specjalnie do tego układu.
Aby zapewniĘ dostateczną czu- jest tylko bardzo duła. Jakikol- Schemat rozmieszczenia ele-
łośĘ urządzenia, dodatnie sprz�- wiek element metalowy umiesz- ment�w oraz mozaika ściełek
łenie zwrotne powinno byĘ tylko czony w pobliłu indukcyjności L1 druku przedstawione są na rys.
Elektronika Praktyczna 6/98
14
P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E
k� mołna wkleiĘ w przygotowany
otw�r o średnicy 8mm, co da
pewne mocowanie cewki do obu-
dowy. Płytka drukowana powinna
byĘ mocowana przy pomocy koł-
k�w dystansowych i śrub M3 do
g�rnej pokrywy obudowy, w po-
bliłu indukcyjności L1.
Miernik ME1 naleły przymo-
cowaĘ do powierzchni g�rnej po-
krywy obudowy, w pobliłu jej
kraw�dzi, po przeciwnej stronie
nił znajduje si� cewka. Ułatwi to
odczyt wskazania podczas eks-
ploatacji urządzenia i pozostawia
mn�stwo wolnego miejsca na ulo-
kowanie potencjometr�w i włącz-
nika.
Jako ME1 mołna ułyĘ zwyk-
łego miernika wychyłowego lub
wska�nika dostrojenia, kt�ry b�-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
(0,25W, 5%, węglowe warstwowe)
R1, R2: 100k&!
R3, R8, R10: 10k&!
R4: 3,9k&!
R5: 1k&!
R6: 2,2k&!
R7: 22k&!
Rys. 3. Schemat rozmieszczenia elementów, okablowania i mozaika
R9: 3,3k&!
ścieżek druku detektora metali.
VR1: 1k&!, węglowy, obrotowy,
liniowy
3. Układ IC1 nie jest wrałliwy pocynowaĘ, co ułatwi p��niejsze
VR2: 100k&!, węglowy, obrotowy,
na działanie ładunk�w elektrosta- przylutowanie przewod�w. W ra- liniowy
tycznych, niemniej jednak zaleca zie potrzeby, kołki naleły oczyś-
Kondensatory
si� ułycie w jego przypadku pod- ciĘ nołem lub przy pomocy in-
C1: 10�F/25V, wyprowadzenia
stawki. nego ostrego przedmiotu.
jednostronne
Germanowe diody D1 i D2 są Urządzenie mołna z powodze-
C2, C4: 10nF, poliestrowy, raster
bardziej wrałliwe na ciepło wy- niem zamknąĘ w obudowie z two- 5mm
dzielane przy lutowaniu nił dio- rzywa sztucznego, o długości oko-
C3: 0,47�F/50V, wyprowadzenia
dy krzemowe. Przy ich lutowaniu ło 125..150mm. Z elektrycznego
jednostronne
nie jest niezb�dne ułycie elemen- punktu widzenia połołenie pod-
C5, C7: 100nF, poliestrowy, raster
tu odprowadzającego ciepło, nie- zespoł�w urządzenia nie jest is- 5mm
mniej jednak lutowanie to powin- totne, jednak jego ułytkowanie
C6: 3,3nF, poliestrowy, raster 5mm
no trwaĘ stosunkowo kr�tko. narzuca pewien spos�b ich usy-
Półprzewodniki
Diody te posiadają szklane tuowania.
D1, D2: OA91
obudowy, w związku z czym ich Jako L1 mołna ułyĘ wyłącznie
IC1: TL071C
wytrzymałośĘ mechaniczna takłe indukcyjności posiadającej wypro-
Różne
nie naleły do szczeg�lnie wyso- wadzenia z jednej strony. Urzą-
ME1: miernik wychyłowy (z
kich i naleły obchodziĘ si� z ni- dzenie testowano tylko z nisko-
ruchomą cewką) 200�A (patrz
mi ostrołnie. prądową cewką RS oraz cewką
tekst)
Przestrze� na płytce pod kon- 8RB Toko. Działanie w obu przy-
S1: przełącznik jednobiegunowy,
densatory inne nił elektrolityczne padkach było takie samo. Układ
jednopozycyjny
jest ograniczona i trudno b�dzie powinien pracowaĘ prawidłowo
B1: bateria 9V (PP3) z łączówką
umieściĘ na niej inne elementy z innymi indukcyjnościami o po-
L1: indukcyjność 2,2mH (patrz
nił przeznaczone do druku, z roz- dobnych wartościach, choĘ trud-
tekst)
stawem wyprowadze� 5mm. no to zagwarantowaĘ.
niewielka obudowa z tworzywa
W miejscach połącze� z ze- IndukcyjnośĘ L1 naleły przy-
sztucznego (ok. 150mm x 100mm
wn�trznymi podzespołami (poten- mocowaĘ do jednej z powierzchni
x 60mm), łączówka do baterii,
cjometry, bateria itp.) naleły wlu- obudowy, kt�ra stanie si� aktyw-
pokrętło 2 szt., przewód plecionka,
towaĘ kołki. Naleły je obficie ną �ko�c�wką� urządzenia. Cew- cyna, kołki lutownicze itp.
Elektronika Praktyczna 6/98
15
P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E
dzie ta�szy i w zupełności wy- cy 15..16mm, a nast�pnie usunąĘ nia, naleły ustawiĘ oba potencjo-
starczający. W prototypie ułyto reszt� materiału przy pomocy pil- metry w środkowych połołeniach
wska�nika firmy Maplin, ale mo- nika. Miernik nie posiada otwo- i włączyĘ zasilanie. Przy potencjo-
łe to byĘ dowolny inny miernik, r�w pod śruby i naleły przykleiĘ metrze VR1 przesuni�tym w kierun-
o czułości zakresowej 200..250�A. go do obudowy. ku zgodnym z ruchem wskaz�wek
Jeśli ktoś woli zastosowaĘ Okablowanie jest bardzo proste, zegara wskazanie powinno byĘ
miernik wychyłowy, powinien to mołe z wyjątkiem etapu lutowania dułe. Obr�t tego potencjometru
byĘ miernik o czułości 100�A, rezystor�w do potencjometr�w w kierunku przeciwnym powinien
a wartośĘ R10 trzeba w�wczas VR1. Przed lutowaniem naleły od- zaowocowaĘ spadkiem wychylenia
zwi�kszyĘ do 18k&!. powiednio uformowaĘ, przyciąĘ wskaz�wki do zera.
Wska�nik dostrojenia wymaga i pocynowaĘ wyprowadzenia tych Przy VR1 ustawionym nieco
wykonania w obudowie otworu rezystor�w, a takłe pocynowaĘ ko�- powyłej punktu spadku wskaza-
prostokątnego z dwoma zaokrąg- c�wki potencjometr�w. nia, regulując potencjometrem
lonymi rogami. Najprościej jest go Po ostatecznym sprawdzeniu VR2 uzyskaĘ wychylenie około
wykonaĘ wiercąc otw�r o średni- prawidłowości montału i okablowa- połowy maksimum. Umieszczenie
kawałka metalu obok cewki L1
powinno spowodowaĘ spadek wy-
chylenia.
Aby zapewniĘ prawidłowe
działanie urządzenia, połołenie
potencjometru VR2 wymagaĘ b�-
dzie okresowej regulacji. Przy
zbyt słabym sprz�łeniu układ nie
b�dzie generował, a przy zbyt
silnym jego czułośĘ b�dzie bardzo
mała.
EPE
Artykuł publikujemy na pod-
stawie umowy z redakcją mie-
si�cznika "Everyday Practical
Electronics".
Elektronika Praktyczna 6/98
16