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 wystÍpujÄ… zawiera generator LC. Wiele de-
Przedstawione w artykule
w dwÛch podstawowych wersjach: tektorÛw wykorzystuje to, Å‚e
urzÄ…dzenie cechuje bardzo
ìdetektorÛw skarbÛwî ukrytych umieszczenie metalu w pobliÅ‚u
prosta konstrukcja i całkiem
w ziemi oraz niewielkich urzÄ…- cewki generatora zmienia nieco
niezłe parametry. Przy jego
dzeÒ sÅ‚uÅ‚Ä…cych do wykrywania jej indukcyjnośĘ, a wiÍc i czÍstot-
pomocy szukanie skarbÛw jest
rur, przewodÛw i innych przed- liwośĘ rezonansu.
raczej wykluczone, ale
miotÛw metalowych znajdujÄ…cych Wykrycie niewielkiej zmiany
mołliwośĘ pierwszych
siÍ w Å›cianach. czÍstotliwoÅ›ci wymaga bardzo
eksperymentÛw i walory
Przedstawiony w artykule bar- wrałliwego ucha. Z tego powodu
praktyczne w innych
dzo prosty detektor metali naleły przedstawiane urządzenie wykry-
zastosowaniach nie sÄ… do
do tej drugiej kategorii i pozwoli wa tÍ zmianÍ w zupeÅ‚nie inny
pominiÍcia. majsterkowiczom na zlokalizowa- sposÛb, a do jej zasygnalizowania
nie przewodÛw ulokowanych wykorzystany zostaÅ‚ miernik wy-
w Å›cianach w sposÛb nie niszczÄ…- chyÅ‚owy.
cy. UrzÄ…dzenie jest niezwykle Zamiast detekowania zmiany
proste w obsÅ‚udze, a miernik wy- czÍstotliwoÅ›ci obwodu rezonanso-
chyÅ‚owy zapewnia wyraüne po- wego, zÅ‚oÅ‚onego z rÛwnolegle po-
twierdzenie obecności przedmiotu łączonych indukcyjności i pojem-
metalowego. ności, są wykrywane zmiany jego
Zastosowanie maÅ‚ej pÍtli jako dobroci.
cewki detekcyjnej zapewnia właś- DobroĘ obwodu rezonansowe-
ciwÄ… reakcjÍ urzÄ…dzenia w przy- go jest miarÄ… jego selektywnoÅ›ci
padku niewielkich przedmiotÛw i wzmocnienia dla rezonansu,
metalowych i umołliwi znalezie- a ulokowanie w pobliłu indukcyj-
nie nawet maÅ‚ej Å›rubki lub gwoü- noÅ›ci kawaÅ‚ka metalu powoduje
dzia w drewnianych drzwiach. stłumienie obwodu (ograniczenie
Maksymalny zakres wykrywania wzmocnienia). W przeciÍtnych
wynosi w przypadku małych warunkach ta zmiana dobroci by-
przedmiotÛw 40..50mm i nie jest Å‚aby zbyt maÅ‚a, by daĘ zauwaÅ‚al-
duÅ‚o wiÍkszy w przypadku obiek- ny efekt. Generator urzÄ…dzenia
tÛw wiÍkszych. jest jednak zaprojektowany w taki
CzuÅ‚ośĘ wykrywania duÅ‚ych sposÛb, Å‚e sprzÍÅ‚enie zwrotne
przedmiotÛw moÅ‚na byÅ‚oby zapewnia speÅ‚nienie warunku ge-
zwiÍkszyĘ stosujÄ…c pÍtlÍ detekcyj- neracji praktycznie bez zapasu
nÄ… (cewkÍ) o duÅ‚ych rozmiarach, amplitudy, tj. tylko podtrzymuje
to jednak utrudniÅ‚oby wykrywa- drgania. Znalezienie siÍ w pobli-
nie i określanie połołenia przed- łu cewki przedmiotu metalowego
miotÛw o maÅ‚ych 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
bÛr ze wzglÍdÛw praktycznych, podawany jest na prostownik
poniewaÅ‚ rzadko kto zaintereso- i ukÅ‚ad wygÅ‚adzajÄ…cy, a nastÍpnie
wany jest wykrywaniem przed- na miernik wychyłowy. Stałe na-
miotÛw znajdujÄ…cych siÍ w Å›cia- piÍcie wyjÅ›ciowe ukÅ‚adu wygÅ‚a-
nie na gÅ‚ÍbokoÅ›ci wiÍkszej niÅ‚ dzajÄ…cego jest proporcjonalne do
około 30mm.
Zasada działania
Zasada działania
urzÄ…dzenia jest na-
prawdÍ 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
tektorÛw metali, ukÅ‚ad
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 wiÍc i jego impedancjÍ.
To z kolei sprawia, Å‚e straty wpro-
wadzane przez rezystor R7 stajÄ…
siÍ wiÍksze, 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 niÅ‚sze napiÍcie przewodzenia
nił diody krzemowe, w związku
z czym zapewniajÄ… nieco lepsze
własności układu.
Dodatnie napiÍcie wyjÅ›ciowe
prostownika jest w przybliłeniu
proporcjonalne do amplitudy ge-
nerowanego sygnaÅ‚u. NapiÍcie to
jest mierzone przez prosty wol-
tomierz z elementami R10 i ME1.
Rys. 2. Schemat ideowy prostego detektora metali.
Oczywiście, w przedstawianym
amplitudy drgaÒ generatora. na tyle "silne", by podtrzymaĘ zastosowaniu wartośĘ generowa-
Umieszczenie w pobliÅ‚u cewki drgania ukÅ‚adu. W zwiÄ…zku z tym nego napiÍcia nie jest istotna,
metalowego przedmiotu powoduje wspÛÅ‚czynnik sprzÍÅ‚enia zwrot- a interesujÄ…ce sÄ… wyÅ‚Ä…cznie jego
wiÍc spadek wychylenia mierni- nego naleÅ‚y bardzo dokÅ‚adnie wzglÍdne zmiany. Potencjometry
ka, a jeÅ›li przedmiot ten znajdzie ustawiĘ. VR1 i VR2 sÅ‚uÅ‚Ä… wiÍc do uzys-
siÍ bardzo blisko cewki, wskaza- Potencjometr VR1 sÅ‚uÅ‚y do kania wychylenia do okoÅ‚o poÅ‚o-
nie moÅ‚e spaśĘ do zera. zgrubnej, a potencjometr VR2 (o wy skali przy czÍstotliwoÅ›ci re-
bardzo ograniczonym zakresie re- zonansowej, a spadek wychylenia
Działanie układu gulacji) do precyzyjnej regulacji oznacza obecnośĘ elementu meta-
Kompletny schemat elektrycz- poziomu sprzÍÅ‚enia. Elementy lowego w pobliÅ‚u indukcyjnoÅ›ci.
ny prostego detektora metali znaj- VR2 i R8 poÅ‚Ä…czone sÄ… rÛwnolegle UkÅ‚ad zasila bateria PP3, a po-
duje siÍ na rys. 2. z rezystorem R6, co umoÅ‚liwia niewaÅ‚ natÍÅ‚enie pobieranego prÄ…-
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 sprzÍÅ‚enie zwrotne. ograniczony zakres zmian pozwa- CzÍstotliwośĘ rezonansowa ukÅ‚a-
UkÅ‚ad bÍdzie generowaÅ‚ pod wa- la na Å‚atwe ustawienie wÅ‚aÅ›ciwe- du wynosi okoÅ‚o 50kHz, co mieÅ›-
runkiem, Å‚e straty w pÍtli sprzÍ- go poziomu dodatniego sprzÍÅ‚e- ci siÍ w zakresie czÍstotliwoÅ›ci
Å‚enia bÍdÄ… niÅ‚sze niÅ‚ wzmocnie- nia zwrotnego. dozwolonych dla tego rodzaju
nie ukÅ‚adu. W przedstawianym WyjÅ›cie dzielnika poÅ‚Ä…czone urzÄ…dzeÒ. SygnaÅ‚ emitowany
przypadku mamy do czynienia jest przez rezystor R7 z rÛwnoleg- przez urzÄ…dzenie jest bardzo sÅ‚a-
z prostym wzmacniaczem nieod- Å‚ym ukÅ‚adem rezonansowym z ele- by i mieÅ›ci siÍ w granicach do-
wracającym, zbudowanym na mentami L1 i C6. Taki układ puszczanych przez przepisy.
wzmacniaczu operacyjnym IC1. w pobliÅ‚u czÍstotliwoÅ›ci rezonan-
Rezystory R1 i R2 określają po- sowej wykazuje wysoką impedan- Wykonanie
ziom napiÍcia staÅ‚ego na wejÅ›ciu cjÍ oraz niskÄ… przy innych czÍs- UkÅ‚ad moÅ‚na zmontowaĘ na
wzmacniacza oraz jego opornośĘ totliwościach. Wobec tego, przy płytce uniwersalnej. W egzempla-
wejÅ›ciowÄ…, rÛwnÄ… 50k&!. Wzmoc- odstrojeniu rezystor R7 powoduje rzu modelowym trzy rezystory
nienie napiÍciowe ukÅ‚adu, wyno- jego znaczne tÅ‚umienie i dlatego montowane sÄ… bezpoÅ›rednio do
szÄ…ce okoÅ‚o 3..5V/V, narzuca pÍt- ukÅ‚ad generuje wyÅ‚Ä…cznie sygnaÅ‚ potencjometrÛw regulujÄ…cych
la ujemnego sprzÍÅ‚enia zwrotnego o czÍstotliwoÅ›ci rezonansowej wspÛÅ‚czynnik sprzÍÅ‚enia zwrot-
z rezystorami R3 i R4. układu selektywnego (L1, C6), nego.
PÍtla dodatniego sprzÍÅ‚enia kiedy to wystÍpuje najsilniejsze NiektÛre z otworÛw w pÅ‚ytce
zwrotnego obejmuje dośĘ zÅ‚oÅ‚ony dodatnie sprzÍÅ‚enie zwrotne. uniwersalnej pozostanÄ… niewyko-
dzielnik napiÍciowy, ale jej dzia- Teoretycznie impedancja rÛw- rzystane, co uÅ‚atwia popeÅ‚nienie
łanie jest całkiem proste. Znajdu- noległego układu selektywnego dla pomyłki i wstawienie jednego z ele-
jÄ… siÍ w niej regulowany tÅ‚umik czÍstotliwoÅ›ci rezonansowej jest mentÛw w niewÅ‚aÅ›ciwe miejsce.
z potencjometrami VR1 i VR2, re- nieskoÒczenie duÅ‚a, ale rzeczy- MontaÅ‚ wymaga wiÍc nieco wiÍcej
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-
Å‚ośĘ urzÄ…dzenia, dodatnie sprzÍ- wiek element metalowy umiesz- mentÛw oraz mozaika Å›cieÅ‚ek
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
kÍ moÅ‚na wkleiĘ w przygotowany
otwÛr o Å›rednicy 8mm, co da
pewne mocowanie cewki do obu-
dowy. PÅ‚ytka drukowana powinna
byĘ mocowana przy pomocy koł-
kÛw dystansowych i Å›rub M3 do
gÛrnej pokrywy obudowy, w po-
bliłu indukcyjności L1.
Miernik ME1 naleły przymo-
cowaĘ do powierzchni gÛrnej po-
krywy obudowy, w pobliłu jej
krawÍdzi, po przeciwnej stronie
niÅ‚ znajduje siÍ cewka. UÅ‚atwi to
odczyt wskazania podczas eks-
ploatacji urzÄ…dzenia i pozostawia
mnÛstwo wolnego miejsca na ulo-
kowanie potencjometrÛw i wÅ‚Ä…cz-
nika.
Jako ME1 mołna ułyĘ zwyk-
łego miernika wychyłowego lub
wskaünika dostrojenia, ktÛry bÍ-
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. UkÅ‚ad IC1 nie jest wraÅ‚liwy pocynowaĘ, co uÅ‚atwi pÛüniejsze
VR2: 100k&!, węglowy, obrotowy,
na dziaÅ‚anie Å‚adunkÛw elektrosta- przylutowanie przewodÛw. W ra- liniowy
tycznych, niemniej jednak zaleca zie potrzeby, kołki naleły oczyś-
Kondensatory
siÍ uÅ‚ycie w jego przypadku pod- ciĘ noÅ‚em lub przy pomocy in-
C1: 10µF/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: 0,47µF/50V, wyprowadzenia
dy krzemowe. Przy ich lutowaniu Å‚o 125..150mm. Z elektrycznego
jednostronne
nie jest niezbÍdne uÅ‚ycie elemen- punktu widzenia poÅ‚oÅ‚enie pod-
C5, C7: 100nF, poliestrowy, raster
tu odprowadzajÄ…cego ciepÅ‚o, nie- zespoÅ‚Ûw urzÄ…dzenia nie jest is- 5mm
mniej jednak lutowanie to powin- totne, jednak jego ułytkowanie
C6: 3,3nF, poliestrowy, raster 5mm
no trwaĘ stosunkowo krÛtko. narzuca pewien sposÛb ich usy-
Półprzewodniki
Diody te posiadajÄ… 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 naleÅ‚y do szczegÛlnie wyso- wadzenia z jednej strony. UrzÄ…-
ME1: miernik wychyłowy (z
kich i naleÅ‚y obchodziĘ siÍ z ni- dzenie testowano tylko z nisko-
ruchomÄ… cewkÄ…) 200µA (patrz
mi ostrołnie. prądową cewką RS oraz cewką
tekst)
PrzestrzeÒ na pÅ‚ytce pod kon- 8RB Toko. DziaÅ‚anie w obu przy-
S1: przełącznik jednobiegunowy,
densatory inne nił elektrolityczne padkach było takie samo. Układ
jednopozycyjny
jest ograniczona i trudno bÍdzie powinien pracowaĘ prawidÅ‚owo
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 wyprowadzeÒ 5mm. no to zagwarantowaĘ.
niewielka obudowa z tworzywa
W miejscach poÅ‚Ä…czeÒ z ze- IndukcyjnośĘ L1 naleÅ‚y przy-
sztucznego (ok. 150mm x 100mm
wnÍtrznymi podzespoÅ‚ami (poten- mocowaĘ do jednej z powierzchni
x 60mm), łączówka do baterii,
cjometry, bateria itp.) naleÅ‚y wlu- obudowy, ktÛra stanie siÍ aktyw-
pokrętło 2 szt., przewód plecionka,
towaĘ koÅ‚ki. NaleÅ‚y je obficie nÄ… ìkoÒcÛwkÄ…î urzÄ…dzenia. Cew- cyna, koÅ‚ki 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 taÒszy i w zupeÅ‚noÅ›ci wy- cy 15..16mm, a nastÍpnie usunąĘ nia, naleÅ‚y ustawiĘ oba potencjo-
starczajÄ…cy. W prototypie uÅ‚yto resztÍ materiaÅ‚u przy pomocy pil- metry w Å›rodkowych poÅ‚oÅ‚eniach
wskaünika firmy Maplin, ale mo- nika. Miernik nie posiada otwo- i wÅ‚Ä…czyĘ zasilanie. Przy potencjo-
Å‚e to byĘ dowolny inny miernik, rÛw pod Å›ruby i naleÅ‚y przykleiĘ metrze VR1 przesuniÍtym w kierun-
o czuÅ‚oÅ›ci zakresowej 200..250µA. go do obudowy. ku zgodnym z ruchem wskazÛwek
Jeśli ktoś woli zastosowaĘ Okablowanie jest bardzo proste, zegara wskazanie powinno byĘ
miernik wychyÅ‚owy, powinien to moÅ‚e z wyjÄ…tkiem etapu lutowania duÅ‚e. ObrÛt tego potencjometru
byĘ miernik o czuÅ‚oÅ›ci 100µA, rezystorÛw do potencjometrÛw w kierunku przeciwnym powinien
a wartośĘ R10 trzeba wÛwczas VR1. Przed lutowaniem naleÅ‚y od- zaowocowaĘ spadkiem wychylenia
zwiÍkszyĘ do 18k&!. powiednio uformowaĘ, przyciąĘ wskazÛwki do zera.
Wskaünik dostrojenia wymaga i pocynowaĘ wyprowadzenia tych Przy VR1 ustawionym nieco
wykonania w obudowie otworu rezystorÛw, a takÅ‚e pocynowaĘ koÒ- powyÅ‚ej punktu spadku wskaza-
prostokÄ…tnego z dwoma zaokrÄ…g- cÛwki potencjometrÛw. nia, regulujÄ…c potencjometrem
lonymi rogami. Najprościej jest go Po ostatecznym sprawdzeniu VR2 uzyskaĘ wychylenie około
wykonaĘ wiercÄ…c otwÛr o Å›redni- prawidÅ‚owoÅ›ci montaÅ‚u i okablowa- poÅ‚owy maksimum. Umieszczenie
kawałka metalu obok cewki L1
powinno spowodowaĘ spadek wy-
chylenia.
Aby zapewniĘ prawidłowe
działanie urządzenia, połołenie
potencjometru VR2 wymagaĘ bÍ-
dzie okresowej regulacji. Przy
zbyt sÅ‚abym sprzÍÅ‚eniu ukÅ‚ad nie
bÍdzie generowaÅ‚, a przy zbyt
silnym jego czuÅ‚ośĘ bÍdzie bardzo
mała.
EPE
Artykuł publikujemy na pod-
stawie umowy z redakcjÄ… mie-
siÍcznika "Everyday Practical
Electronics".
Elektronika Praktyczna 6/98
16