Elektronika domowa
08/2000 25
Mikroprocesorowy wykrywacz jest
po prostu precyzyjnym miernikiem czę-
Impulsowy wykrywacz metali
stotliwoS
ci który pokazuje odchyłkę wy-
Poszukiwanie skarbów staje się coraz popularniejszym zajęciem. wołaną umieszczeniem w polu cewki
Tworzą się fankluby i nawet pojawiają się specjalistyczne czaso- przedmiotu metalowego. Generatory,
których częstotliwoS
ć pracy zależy od in-
pisma poruszające tą tematykę. Co prawda twierdzę nieodmien-
dukcyjnoS
ci cewki pomiarowej są niesta-
nie, że najłatwiej jest znalex
ć na plaży zgubione monety, ale nie
bilne, stąd problemy z tego typu wykry-
wszyscy zgadzają się z tą opinią. W Praktycznym Elektroniku pre-
waczami. Prezentowany wykrywacz pra-
zentowano już dwa układy wykrywaczy metali, lecz ten opisany
cuje w oparciu o zasadę impulsową.
w poniższym artykule bazuje na zupełnie innej metodzie wykry-
Impulsowy wykrywacz metali posia-
wania metalu. Trzeba przyznać, że jak na konstrukcje amatorską
da podobnie jak układ klasyczny cewkę
posiada on naprawdę dużą czułoS
ć. Musimy też ostrzec Czytelni-
pomiarową (detekcyjną). Do cewki wysy-
ków, że pod ziemią kryje się jeszcze wiele niewypałów i niewybu-
łany jest silny a jednoczeS
nie krótki im-
chów. Prowadząc prace poszukiwawcze koniecznie trzeba zacho-
puls prądowy. W chwili gdy prąd płynący
wać odpowiednią ostrożnoS
ć. Pamiętajmy także o tym aby kopiąc
przez cewkę jest przerywany, na jej zaci-
doły nie niszczyć przyrody, a miejsca prac doprowadzić do stanu skach wytwarza się przepięcie, a dalej na-
stępuje szybki zanik napięcia. Jeżeli w po-
pierwotnego.
lu działania cewki znajdzie się przedmiot
metalowy zanik przepięcia jest szybszy.
Spowodowane to jest stratami energii ja-
kie powstają podczas przekazywania jej
do wykrywanego przedmiotu metalowe-
go w przypadku ferromagnetyków.
W przypadku diamagnetyków także wy-
stępuje strata energii wywołana wzbu-
dzaniem prądów wirowych. Strata energii
i związane z nią odkształcenie częS
ci opa-
dającej przebiegu są niezmiernie małe,
ale wykrywalne. Wystarczy tylko wzmoc-
nienie sygnału o 80 dB czyli 10000 razy.
Tego typu stosunkowo prosty wykrywacz
jest w stanie wykryć przedmiot metalowy
o masie 1 kg z odległoS
ci ok. 1�1,5 m.
Obrączkę ważącą 3 g wykrywa z 10 cm.
Dane te dotyczą powietrza. Zasięg pod
Opisane dotychczas w Praktycznym wyższy tym zmiana indukcyjnoS
ci więk- ziemią jest z reguły nieco mniejszy i zale-
elektroniku wykrywacze charakteryzowa- sza. Zmiana częstotliwoS
ci zależy od ży w dużym stopniu od składu gleby i jej
ły się pracą ciągłą. Cewka pomiarowa wielkoS
ci przedmiotu umieszczonego wilgotnoS
ci.
w kształcie koła zasilana była z generato- w polu cewki i od odległoS
ci cewki od
ra o częstotliwoS
ci kilkunastu kilocher- wykrytego przedmiotu.
Opis układu
ców. Dokładniej mówiąc cewka ta była Klasyczny układ takiego wykrywacza
elementem generatora. IndukcyjnoS
ć nie jest w stanie rozróżnić czy częstotli- Układem wytwarzającym impulsy jerst
cewki wraz z dołączoną pojemnoS
cią woS
ć wzrosła czy też zmalała. Zmiana to- generator US1 (rys. 1). Na jego wyjS
ciu
tworzyła obwód rezonansowy. Gdy nu w obu przypadkach jest jednakowa. otrzymuje się ujemną szpilkę napięcia
w polu działania cewki znalazł się Możliwe jest jednak wyposażenie wykry- o czasie trwania 150 ms, powtarzającą się
przedmiot metalowy działał on jak rdzeń wacza w dodatkowy układ porównujący co 16 ms. Jak widać szerokoS
ć szpilki jest
wpływając na zmianę indukcyjnoS
ci. Po- obie częstotliwoS
ci i pokazujący kierunek bardzo mała. Stopień wzmacniacza prą-
ciągało to za sobą zmianę częstotliwoS
ci zmian. Taki wykrywacz jest w stanie dowego T2 steruje tranzystorem Darling-
generacji. Niewielkie odchyłki częstotli- odróżnić żelazo od złota czy srebra. To tona T1, do którego połączona jest cewka
woS
ci generatora można zmierzyć na pierwsze jest ferromagnetykiem, czyli po- pomiarowa. Małe wartoS
ci rezystorów
dwa sposoby. Pierwszym jest metoda woduje wzrost indukcyjnoS
ci i zmniejsze- w obwodzie bazy T2 i T2 pozwalają uzy-
zdudnieniowa, polegająca na zmieszaniu nie częstotliwoS
ci generacji. Natomiast skać niezbędne krótkie czasy narostu sy-
ze sobą sygnałów generatora wzorcowe- złoto lub srebro zalicza się do grupy dia- gnału, tak aby impuls prądowy bardzo
go i generatora LC w którym indukcyj- magnetyków, czyli materiałów o przeni- szybko zanikał. Cewka pomiarowa włą-
noS
ć tworzy cewka pomiarowa. Efektem kalnoS
ci magnetycznej mniejszej niż próż- czona jest pomiędzy napięcie zasilania
zdudnienia jest ton o częstotliwoS
ci za- nia. Powodują one zmniejszenie induk- i kolektor tranzystora T1. Równolegle do
leżnej od różnicy częstotliwoS
ci generato- cyjnoS
ci cewki pomiarowej i wzrost czę- cewki dołączony jest rezystor R7 o małej
ra LC i generatora wzorcowego. Im ton stotliwoS
ci generacji. wartoS
ci, który silnie tłumi oscylacje poja-
Wykrywacz metali
26 8/2000
wiające na cewce po wyłączeniu prądu. rowanie, które można przeprowadzić impulsu przepięciowego, którego nie
WartoS
ć przepięcia na cewce dochodzi przy pomocy potencjometru P2. Ponad- można zaobserwować na wyjS
ciu cewki
nawet do 60 V (rys. 2). to wzmacniacz zasilany jest wyższym ze względu na bardzo małą amplitudę.
Sygnał z cewki pomiarowej podlega napięciem +12 V pochodzącym z lokal- Ponieważ interesujący nas obszar
ograniczeniu amplitudy w układzie dio- nej przetwornicy +6 V na +12 V. Oby- opadania przepięcia znajduje się w ob-
dowym D2, D3, skąd doprowadzony jest dwa wejS
cia wzmacniacza polaryzowa- szarze czasu od 45 ms do 105 ms po za-
do wzmacniacza operacyjnego US5. ne są napięciem +6 V doprowadzanym kończeniu przepływu prądu przez cewkę
Wzmocnienie tego wzmacniacza okreS
lo- przez rezystory R27 i R28. Kształty prze- konieczny jest układ generowania steru-
ne jest stosunkiem rezystorów R26 do biegów występujących na nóżkach jącego impulsu  selekcyjnego położone-
R25 i wynosi blisko 80 dB. W układzie za- wzmacniacza pokazano na rysunku 2. go w tym czasie. Zadanie to spełnia
stosowano stary wzmacniacz LM 709 Sygnał występujący na wyjS
ciu wzmac- układ monowibratorów zbudowanych
z zewnętrzną kompensacją charakterysty- niacza jest w specyficzny sposób znie- z bramek NAND. Bramka A jest niewyko-
ki częstotliwoS
ciowej. W układzie kom- kształcony. W czasie trwania impulsu rzystywana. Układ różniczkujący C4, R9
pensacji pracują elementy R29, C19, prądowego płynącego przez cewkę i bramka B wytwarzają dodatni impuls
C20. Układ ten posiada szerokie bardzo wzmacniacz jest nasycony, a właS
ciwy o czasie trwania ok. 45 ms (rys. 2). Opa-
szerokie pasmo częstotliwoS
ci. Można go sygnał użyteczny pojawia się kawałek dające zbocze tego impulsu wyzwala mo-
zastąpić nowszą konstrukcją odpowie- dalej w postaci charakterystycznej  gór- nowibrator pracujący z bramkami C i D,
dniego wzmacniacza, ale takie typy są ki . WysokoS
ć  górki można regulować wytwarzający interesujący nas impuls
doS
ć trudno dostępne. przy pomocy potencjometru zerowania.  selekcyjny , pojawiający się na wyjS
ciu
Przy tak dużym wzmocnieniu  Górkę tworzy wzmocniony o 80 dB bramki C. Zostaje on doprowadzony do
wzmacniacz musi być wyposażony w ze- sygnał fragmentu opadającego zbocza klucza analogowego zbudowanego na
C1 D1
1000mF 1N4001
+6V
US2 CD4011
R1 R10
C4 1n
100k 8 4 R4
7 330W
47k
T2
5 R9 14
C6 1n
4 1 12
C7 1n
R3 BC 6 A 3 8 11
R2 US1 3 2 B 10 13 D
557B 9 C
33k
1k
NE555
7
1,2k
R8 C5
6 R11 R12
+6V
33k 1n
R7 100k 47k
R5
2 1 5 100W L1
240W
C3
C2
100n
R27
220n
R23 D2 D3
1k
10k
C18
R6 T1 R24
100W BDX53A
C19
S
330W
T3
100n
G
10p
R31
BF245C R29
R26
100k
D 1,5k
1M
8
R25
2
7 P2
R16
1
470k
US5 6
100W R32
100W
R17 1M R28 1k
LM709
220k
3
R18
C20
5
1M 4
T5 T4 3,3p
C8 470n D4
C13
BC547B KP103Ż
47mF
R33
R13* US3
R19 R20
GŁ1
820k
C14 C21 R30
200k 2
7
16�32W
8 4
22mF 47mF 620W
6
10k 18k
R15 741 7
P1 3
4 C12
100k
R21 US4 3
10k
C9
2,2k
NE555
R14* D5
22mF 47mF
6 C17
56k
2 5 1
22mF
D6
C11
C10
100n
220n
8 2
US6
C15 C16
R22
ICL7660
47n 47mF
180W
D2�D6  1N4148
3 5 6
Rys. 1 Schemat ideowy impulsowego wykrywacza metali
Wykrywacz metali
08/2000 27
ne jako jedyne JFET-y z kanałem. W miej-
sce tego tranzystora można zastosować
prawie każdy tranzystor polowy małej
3 nóżka
mocy z kanałem p np.: 2N5460,
US1
2N5161, 2N5462.
150mS ~16ms
Cewkę nawija się po okręgu o S
redni-
cy 19 cm, nawijając 21 zwojów. Do nawi-
6V
nięcia zastosować można drut nawojowy
nóżka 3
150ms
DNE 0,3�0,4 mm. Po nawinięciu cewkę
US1
0V
należy zalać żywicą, tak aby uzyskała
~45ms
sztywnoS
ć, a druty nie mogły się przemie-
6V
szczać. Niestety czynnoS
ć ta wymaga tro-
nóżka 3
US2
chę pracy i dokładnoS
ci. Połączenie cewki
0V
~60ms
z wykrywaczem należy poprowadzić
6V
przewodem ekranowanym o długoS
ci nie
nóżka 10
przekraczającej 1 m. Ekran przewodu łą-
US2
0V czy się z napięciem +6 V, a żyłę z kolek-
torem T1. Odpowiednie punkty na płytce
60V
oznaczone są literą L1. Drugie końce
przewodu łączy się z cewką, przy czym
kolektor
T1
kolejnoS
ć połączenia wyprowadzeń cewki
6V nie ma znaczenia.
0V
Do uruchamiania wykrywacza wska-
8V
zane jest posiadanie oscyloskopu. Należy
nóżka 2
wtedy sprawdzić wszystkie przebiegi po-
6,7V
US5
6V dane na rysunku 2. Potencjometrem P2
należy uzyskać  górkę jak najbardziej
zbliżoną do tej narysowanej na rysunku
nóżka 6
US5
drugim (przedostatni przebieg). Jej am-
plituda powinna być równa ok. 1/3 am-
plitudy, znajdującego się na lewo od gór-
nóżka 2
ki, przebiegu prostokątnego. Zbliżając do
US3
cewki niewielki przedmiot metalowy
można zaobserwować zmniejszanie się
amplitudy  górki , co wykrywa kompara-
tor. Sygnał na wejS
ciu komparatora (nóż-
Rys. 2 przebiegi w punktach układu
ka 2) powinien być zbliżony do tego
tranzystorze polowym z kanałem n T3. tranzystor T4 powoli otwiera się i w gło- z rys. 2 (przebieg na samym dole).
W czasie trwania impulsu, gdy do bram- S
niczku słychać stuki, które w miarę zbli- Kręcąc potencjometrem P1 należy
ki jest doprowadzony poziom wysoki na- żania do cewki przedmiotu metalowego ustawić go w takim położeniu aby z gło-
pięcia tranzystor jest włączony, przepu- przechodzą w coraz szybszy stukot, S
niczka dobiegały pojedyncze  stuknię-
szczając tym samym sygnał do dalszej a póx
niej w ton ciągły. cia . Zbliżenie metalowego przedmiotu
częS
ci układu. Do zasilania układów US5 i US3 do cewki powinno spowodować wzrost
Detekcja sygnału przeprowadzana niezbędne jest napięcie wyższe niż na- częstotliwoS
ci stuków, aż do tonu ciągłe-
jest w układzie komparatora będącego pięcie zasilania wynoszące +6 V. Do go. Jeżeli na wyjS
ciu US6  górka jest pra-
równoczeS
nie układem całkującym US3. podwyższania napięcia wykorzystano widłowa, a głoS
nik nie  stuka należy do-
Poziom detekcji ustawia się wyprowa- scaloną przetwornicę podwajającą na- brać zakres regulacji P1 zmieniając warto-
dzonym na zewnątrz potencjometrem pięcie US6. Układ pobiera z baterii prąd S
ci R13* i R14*. Wskazane jest aby zakres
P1. Sygnał wyjS
ciowy układu całkującego rzędu 20 mA. regulacji P1 nie był zbyt duży, gdyż wte-
steruje pracą tranzystora T5. Tranzystor dy ciężko jest ustawić pojedyncze stuki
ten z kolei połączony jest z tranzystorem generatora akustycznego. W trakcie pracy
Montaż i uruchomienie
polowym T4 posiadającym kanał typu P. regulowanie potencjometrem P1 jest nie-
T4 spełnia funkcję regulowanego rezy- Przy zakupie elementów jedyny pro- zbędne. W ten sposób uzyskuje się ma-
stora w stałej czasowej generatora aku- blem może sprawić tranzystor polowy ksymalną czułoS
ć.
stycznego US4, do którego wyjS
cia dołą- z kanałem typu p. Na schemacie podano Podczas obserwacji oscyloskop
czony jest miniaturowy głoS
niczek lub tranzystor produkcji dawnego ZSRR dobrze jest synchronizować sygna-
słuchawki. W stanie spoczynku generator w zapisie łacińskim. Na oryginalnym łem opadającego zbocza przebiegu na
jest zablokowany. Po pojawieniu się sy- tranzystorze litery zapisane są cyrylicą. wyjS
ciu US1 (nóżka 3), otrzyma się wtedy
gnału na wyjS
ciu układu całkującego Tranzystory te były kiedyS
u nas popular- stabilny obraz.
Wykrywacz metali
28 8/2000
Wykaz elementów
Półprzewodniki
US1, US4  NE 555
US2  CD 4011
US3  mA 741
ARTKELE
US5  LM 709
530
US6  ICL 7660
T1B  DX 53A
T2  BC 557B
T3  BF 245C
T4  KP 103Ż, 2N5460,
741
2N5461, 2N5462
T5  BC 547B
D1  1N4001
D2�D6  1N4148
Rezystory
R6, R7,
R16, R25  100 W/0,125 W
R22  180 W/0,125 W
R5  240 W/0,125 W
LM
R4, R24  330 W/0,125 W
709
R30  620 W/0,125 W
R2, R27, R28  1 kW/0,125 W
R3  1,2 kW/0,125 W
CD4011
R29  1,5 kW/0,125 W
R21  2,2 kW/0,125 W
R15, R19, R23  10 kW/0,125 W
R20  18 kW/0,125 W
R8, R9  33 kW/0,125 W
R10, R12  47 kW/0,125 W
R14*  56 kW/0,125 W
patrz opis w tekS
cie
R1, R11, R31  100 kW/0,125 W
R13*  200 kW/0,125 W
patrz opis w tekS
cie
R32  220 kW/0,125 W
R33  820 kW/0,125 W
Rys. 3 Płytka drukowana i rozmieszczenie elementów
R17, R18, R26  1 MW/0,125 W
Jeżeli nie posiadamy oscyloskopu skorygowania P1 aby otrzymać poje- P1  100 kW-A PR 185
pozostaje eksperymentalne kręcenie dyncze  stuki . P2  470 kW miniaturowy
potencjometrami P1 i P2, tak aby W trakcie regulacji cewka wykrywa- Kondensatory
w głoS
niczku dało się słyszeć pojedyncze cza powinna znajdować się z dala od C20  3,3 pF/50 V ceramiczny
 stuki . Teraz należy zbliżyć do cewki przedmiotów metalowych. Uruchamianie C19  10 pF/50 V ceramiczny
niewielki przedmiot metalowy i zaob- należy prowadzić z dala od włączonych C4�C7  1 nF/25 V KSF-ZM-020
serwować w jakiej odległoS
ci od cewki urządzeń sieciowych posiadających prze- C15  47 nF/50 V ceramiczny
częstotliwoS
ć stuków zacznie wzras- twornicę (telewizor, komputer, monitor, C3, C11, C18  100 nF/50 V MKSE-20
tać. Po tym należy nieco zmienić usta- żarówki energooszczędne). Niewielkie C2, C10  220 nF/50 V MKSE-20
wienie P2, a przy pomocy P1 ponownie pole magnetyczne emitowane przez te C8  470 nF/50 V MKSE-20
doprowadzić do pojedynczych  stu- urządzenia wychwytywane jest przez C9, C14, C17  22 mF/25 V
ków . Ponownie zbliżając ten sam co cewkę pomiarową i zakłóca pracę bardzo C12, C13,
poprzednio przedmiot metalowy spraw- czułego wykrywacza. C16, C21  47 mF/25 V
dzić czy jest ona wykrywany z większej Teraz pozostaje już tylko wyprawa po C1  1000 mF/16 V
Inne
czy z mniejszej odległoS
ci. Powtarzając skarby. Życzę przyjemnych poszukiwań.
te czynnoS
ci kilka razy można ustawić Płytki drukowane wysyłane są za zalicze- L1  patrz opis w tekS
cie
największą czułoS
ć, czyli maksymalną niem pocztowym. Płytki można zama- płytka drukowana numer 530
odległoS
ć wykrywania przedmiotu. Na- wiać w redakcji PE.
leży pamiętać, że każdorazowe ruszenie Cena: płytka numer 530  9,80 zł
potencjometru P2 wymaga ponownego + koszty wysyłki.
ą Jan Domagalik
T
US4
GL
C11
C10
C12
C13
C9
T5
D5
C17
T4
C14
D6
S
ICL
7660
US6
R13
P1
R17
US3
C16
C15
C18
R24
C8
R23
T3
R16
R31
R26
P2
R30
D5
C6
C
20
R32
R29
R12
R10
C7
C
C19
US5
+
D2
C1
L1
US2
21
D3
C5
ARTKELE 530
C4
C2
D1
R25
T2
R5
C3
R6
R7
L1
US1
T1
R22
555
NE
ARTKELE
R21
R20
530
R19
R18
R14
R15
R33
R23
R11
R28
R27
R8
R9
R4
R3
555
NE
R1
R2