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Einfacher empfindlicher Metalldetektor

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Einfacher empfindlicher Metalldetektor

... unter Tage 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 Strukturschema des Metalldetektors.

Der Referenzgenerator EG (Fig. 1) erzeugt eine Sinusspannung von 50 kHz. Konturspule, die die Erzeugungsfrequenz bestimmt, ist der Sensor D des Geräts. Das Sinussignal über den Koppelkondensator Cp wird dem Quarzfilter KF zugeführt. Wenn die Frequenz des Generators und seine eigene Resonanzfrequenz KF zusammenfallen, fällt das Signal auf die Schwellwerteinrichtung PU. Er registriert eine Wechselspannung am Eingang, entnimmt daraus eine konstante Komponente und liefert sie an eine Pfeilanzeige I.
Wenn Sie sich einem Metallgegenstand nähern, ändert sich die Frequenz des EG. Da es sich nun von der Resonanzfrequenz KF unterscheidet, nimmt die Spannung am Eingang des PU ab und der Pfeil wird zum Beginn der Skala um einen Winkel abgelenkt, der proportional zu den Abmessungen des Objekts und umgekehrt proportional zum Abstand zu diesem ist.
Unser Metalldetektor verfügt über eine Funktion - eine Schwellenwertvorrichtung, dank derer die Empfindlichkeit der Schaltung dramatisch zunimmt. So funktioniert es.
Pic2
Abb.2 Die Wellenform am Ein- und Ausgang des Schwellenwertgeräts.

Ein am PU-Eingang ankommendes sinusförmiges Signal wird von unten begrenzt (Abb. 2), und auf der Anzeige erscheinen Spannungsimpulse:
In = Io - Yip,
wo Io der Eingangssignalpegel in Ruhe ist, ist Ip die eingestellte Schwellenspannung.
Die Empfindlichkeit des Geräts wird durch das Verhältnis ausgedrückt:
s = DI / Ii = DI / (Io-Ii),
Dabei ist DI die Änderung der Sinusspannung während der Verstimmung des EG in Abhängigkeit von der Größe des Objekts und der Entfernung zu ihm. Tatsächlich zeigt s, um welchen Betrag die Indikatornadel ausgelenkt wird, wenn die Sensorschaltung nicht übereinstimmt. Durch Auswahl des Wertes von Ip ist es daher möglich, die maximale Abweichung des Instrumentenpfeils mit einer willkürlich kleinen Änderung von Io zu erreichen. Bei realen Geräten muss man jedoch die Instabilität der Schaltungselemente und die Frequenz des Referenzoszillators berücksichtigen.
PRINCIPAL SCHEME

Der Referenzgenerator ist nach dem kapazitiven Dreipunktschema auf dem T1-Transistor aufgebaut (Bild 3). Die Konturspule L1 ist ein Gerätesensor. Die Kondensatoren C3 - C6 dienen dazu, den Generator auf eine Frequenz von 50 kHz abzustimmen. Abb.3
Abb.3 Schematische Darstellung des Metalldetektors.

Über den Trennkondensator C7 wird sinusförmige Spannung vom Generator einem Quarzfilter zugeführt. Die Kapazität C7 wird klein gewählt - 5 pF. Somit ist der Einfluss nachfolgender Kaskaden auf den Betrieb des Generators praktisch ausgeschlossen.
Die Schwellwerteinrichtung ist auf einem T2-Feldeffekttransistor aufgebaut. Die Spannungsschwelle Ip wird durch den Teiler R5 - R7 eingestellt.
Der Kondensator C8 glättet Pulsationen an der Anzeige IP1.
Das Filter R4, C1 sorgt für die Entkopplung des Wechselstroms zwischen dem Schwellwert- und dem Hauptoszillator.
AUFBAU

Das Gerät besteht aus zwei Einheiten: Messung (mit Sensor) und Stromversorgung. Die erste beinhaltet eine Platine, eine Anzeige, Bedienelemente und Einstellungen. Der Sensor ist ein starrer Ringrahmen aus Plexiglas, auf den 65 Windungen des Durchlasses PEL 0.2 gewickelt sind. Die Wicklung ist in ein Aluminiumfoliengitter eingehüllt und mit Epoxidharz beschichtet. Der Sensor wird mit einem Koaxialkabel RK-75 an die Messeinheit angeschlossen.
Das Netzteil enthält fünf Silber-Zink-Batterien. Die Spannung jedes Elements beträgt 1,25 V, Kapazität 2 A-h. Besonderes Augenmerk sollte auf den Rahmen des Metalldetektors gelegt werden. Es sollte leicht, steif und elastisch sein. Ansonsten geht die Generatorfrequenz auch bei leichten Schlägen, die bei der Arbeit mit dem Gerät im Feld unvermeidbar sind, „weg“ - der Metalldetektor wird gestört.
Die Basis des Rahmens ist ein ringförmiger Rahmen aus Plexiglas oder Polystyrol d = 300 mm. Die Wicklung ist mit 0,05 mm starker Aluminiumfolie abgeschirmt. Es ist jedoch unmöglich, die Enden des Bildschirms miteinander zu verbinden (es entsteht eine kurzgeschlossene Windung).
Die Klemmen der Wicklung werden mit dem Kabel RK-75 mit einer Länge von 0,3 - 1 m verbunden (mit dem Geflecht des Kabels wird auch der Schirm der Spule verbunden). Dieser Ort ist mit Epoxid gegossen. Sensoranschluss an die Elektronikeinheit einteilig.
Der Metalldetektor hat eine hohe Empfindlichkeit. Der Anzeigepfeil weicht um eine Teilung ab, wenn sich der Rahmen des Geräts der Scheibe d = 13 cm in einem Abstand von 80 cm nähert.
Das Gerät reagiert nahezu gleichmäßig auf Metall. So ergeben beispielsweise Stahl-, Aluminium- und Messingscheiben gleiche Abstände gleicher Pfeile bei gleichen Abständen. Sie hängen nicht davon ab, ob ein fester Gegenstand oder eine Vertiefung vorliegt.
Bei der Arbeit mit dem Metalldetektor müssen Hintergrundhindernisse berücksichtigt werden. Sandige und torfige Böden, schwarzer Boden, Holz, Wasser geben kein Hintergrundsignal. Daher funktioniert das Gerät gut in Süßwasser, in Holzgebäuden und auf nicht steinigen Böden. Ein starker Hintergrund ergibt einen Ziegelstein (gebrannter Ton hat magnetische Eigenschaften) und einige Mineralien.
Die Messwerte werden auch von Temperaturänderungen beeinflusst. Daher ist es besser, den Rahmen in einem Gehäuse aus einem Wärmeisolator wie Schaumstoff zu platzieren.
Um unter Wasser zu arbeiten, muss der Metalldetektor zunächst 10-15 Minuten im Wasser gehalten und dann eingestellt werden.
Am Boden sollte bei bewölktem Wetter oder abends gesucht werden, um direkte Sonneneinstrahlung auf das Gerät zu vermeiden.