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Einfacher empfindlicher Metalldetektor

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Einfacher empfindlicher Metalldetektor

... unterirdisch und in Süßwasserkörpern, in Gebäudedecken und in der Dicke von Beton wird es von einem elektronischen Gerät - einem Metalldetektor - erfasst. So funktioniert es.
Abb. 1
Abb. 1 Blockschaltbild eines Metalldetektors.

Der Referenz-EG-Generator (Abb. 1) erzeugt eine sinusförmige Spannung mit einer Frequenz von 50 kHz. Die Schleifenspule, die die Erzeugungsfrequenz bestimmt, ist der Sensor D des Geräts. Das sinusförmige Signal wird über einen Trennkondensator Cp einem Quarzfilter KF zugeführt. Wenn die Generatorfrequenz und die Eigenresonanzfrequenz des CF zusammenfallen, tritt das Signal in die Schwellenwertvorrichtung des Bedienfelds ein. Es registriert eine Wechselspannung am Eingang, extrahiert eine konstante Komponente daraus und führt sie der Messuhr I zu.
Die Annäherung an ein Metallobjekt bewirkt eine Änderung der Frequenz des EG. Da es sich jetzt von der Resonanzfrequenz des CF unterscheidet, nimmt die Spannung am Eingang des Bedienfelds ab und der Pfeil weicht zum Beginn der Skala um einen Winkel ab, der proportional zu den Abmessungen des Objekts und umgekehrt proportional zum Abstand zu diesem ist.
Unser Metalldetektor hat eine Funktion - ein Schwellenwertgerät, aufgrund dessen die Empfindlichkeit der Schaltung stark ansteigt. So funktioniert es.
Abb.2
Abb. 2 Wellenform am Ein- und Ausgang des Schwellenwertgeräts.

Das dem Eingang der Steuereinheit zugeführte sinusförmige Signal wird von unten begrenzt (Abb. 2), und auf der Anzeige erscheinen Spannungsimpulse:
Ying = Io - Ip,
Dabei ist Io der Eingangssignalpegel in Ruhe, Ip die eingestellte Schwellenspannung.
Die Empfindlichkeit des Geräts wird ausgedrückt durch das Verhältnis:
s = DI / II = DI / (Io-II),
wobei DI die Änderung der sinusförmigen Spannung während der EG-Verstimmung ist, abhängig von der Größe des Objekts und dem Abstand zu ihm. Tatsächlich zeigt s, wie stark der Anzeigepfeil während der Verstimmung der Sensorschleife abweicht. Daher ist es bei Auswahl des Ip-Werts möglich, die maximale Abweichung des Pfeils des Geräts mit einer beliebig kleinen Änderung von Io zu erreichen. Bei realen Geräten ist es jedoch erforderlich, die Instabilität der Schaltungselemente und die Frequenz des Referenzgenerators zu berücksichtigen.
PRINZIPIELLES DIAGRAMM

Der Referenzgenerator ist gemäß der kapazitiven Dreipunktschaltung am Transistor T1 zusammengebaut (Fig. 3). Die Schleifenspule L1 ist der Sensor des Geräts. Die Kondensatoren C3 - C6 dienen zur Abstimmung des Generators auf eine Frequenz von 50 kHz. Abb.3
Abb. 3 Schematische Darstellung eines Metalldetektors.

Über den Isolationskondensator C7 wird die sinusförmige Spannung vom Generator dem Quarzfilter zugeführt. Kapazität C7 ausgewählt klein - 5 pF. Somit ist der Einfluss nachfolgender Kaskaden auf den Betrieb des Generators praktisch ausgeschlossen.
Die Schwellenwertvorrichtung ist auf einem T2-Feldeffekttransistor zusammengebaut. Die Schwellenspannung Ip wird durch den Teiler R5 - R7 eingestellt.
Der Kondensator C8 glättet die Welligkeit der IP1-Anzeige.
Das Filter R4, C1 führt eine Entkopplung durch Wechselstrom zwischen dem Schwellen- und dem Masteroszillator durch.
DESIGN

Das Gerät besteht aus zwei Einheiten: Messen (mit Sensor) und Leistung. Die erste enthält eine Leiterplatte, eine Anzeige, Bedienelemente und Einstellungen. Der Sensor ist ein starrer Ringrahmen aus Plexiglas, auf den 65 Windungen eines PEL 0,2-Durchgangs gewickelt sind. Die Wicklung ist in einem Aluminiumfolienschirm eingeschlossen und mit Epoxidharz beschichtet. Der Sensor wird mit einem RK-75-Koaxialkabel an die Messeinheit angeschlossen.
Das Netzteil enthält fünf Silber-Zink-Batterien. Die Spannung jedes Elements beträgt 1,25 V, die Kapazität beträgt 2A-h. Besonderes Augenmerk sollte auf den Rahmen des Metalldetektors gelegt werden. Es sollte leicht, steif und elastisch sein. Andernfalls „verlässt“ die Generatorfrequenz selbst bei leichten Erschütterungen, die bei der Arbeit mit dem Gerät im Feld unvermeidlich sind - der Metalldetektor ist gestört.
Die Basis des Rahmens ist ein ringförmiger Rahmen aus Plexiglas oder Polystyrol d = 300 mm. Die Wicklung ist mit 0,05 mm dicker Aluminiumfolie abgeschirmt. Sie können jedoch die Enden des Bildschirms nicht verbinden (es entsteht eine kurzgeschlossene Schleife).
Die Wicklungskabel sind an ein Kabel RK-75 mit einer Länge von 0,3-1 m angeschlossen (mit dem Kabelmantel auch das Sieb der Spule verbinden). Dieser Ort ist mit Epoxidharz gefüllt. Der Anschluss des Sensors an die Elektronik ist einteilig.
Der Metalldetektor hat eine hohe Empfindlichkeit. Der Anzeigepfeil weicht um eine Teilung ab, wenn sich der Instrumentenrahmen in einem Abstand von 80 cm der Scheibe d = 13 cm nähert.
Das Gerät reagiert fast gleich auf jedes Metall. So ergeben beispielsweise Stahl-, Aluminium- und Messingscheiben bei gleichen Abständen gleiche Abweichungen des Pfeils. Sie hängen nicht davon ab, ob es sich um einen festen oder einen hohlen Gegenstand handelt.
Bei der Arbeit mit einem Metalldetektor müssen Hintergrundgeräusche berücksichtigt werden. Sandige und torfige Böden, Chernozem, Holz und Wasser geben kein Hintergrundsignal. Daher funktioniert das Gerät gut in Süßwasser, in Holzgebäuden und auf nicht felsigen Böden. Ein starker Hintergrund ergibt einen Ziegelstein (gebrannter Ton hat magnetische Eigenschaften) und einige Mineralien.
Temperaturänderungen wirken sich auch auf die Instrumentenwerte aus. Daher ist es besser, den Rahmen in einem Gehäuse aus einem Wärmeisolator wie Polystyrol zu platzieren.
Um unter Wasser zu arbeiten, muss der Metalldetektor zuerst 10-15 Minuten in Wasser gehalten und dann aufgestellt werden.
Am Boden wird am besten bei bewölktem Wetter oder abends gesucht, um direktes Sonnenlicht zu vermeiden.