В последние годы резко повысился интерес радиолюбителей к различным устройствам для поиска металлических предметов, которые принято называть металлодетекторами или металлоискателями. В статье [1] были приведены схема и краткое описание радиолюбительского металлоискателя типа RF two-box. Некоторые читатели журнала «Радиоаматор» повторили эту конструкцию и отметили одно его неудобство: поиск металла только по отклонению стрелки индикатора при отсутствии изменяющегося звукового сигнала при поиске. Поэтому в редакции журнала «Радиоаматор» были опробованы схемы простейших звуковых сигнализаторов, которые рассмотрены в этой статье.
Из писем, пришедших в редакцию, видно, что отсутствие звукового сигнализатора – это «болезнь» не только металлоискателя типа RF two-box из [1], но и многих других подобных радиолюбительских конструкций. Приведенные в настоящей статье сигнализаторы пригодны и для усовершенствования и этих металлоискателей тоже, но сначала разберемся в требованиях, которые предъявлялись автором к разработке схем сигнализаторов. Они следующие:
- звуковой сигнал должен иметь вид кратковременных посылок звуковой частоты (период повторения посылок 0,5…2 с);
- длительность посылок должна плавно и одинаково изменяться как при обнаружении и «подходе» к металлическому предмету, так и при «отходе» от него;
- для управления работой сигнализатора должны использоваться сигналы, имеющиеся в металлоискателе;
- сигнализатор должен быть прост в изготовлении и не должен содержать дефицитных и дорогих радиодеталей.
Какой сигнал металлоискателя RF two-box из [1] можно использовать для управления звуковым сигнализатором?
Для ответа на этот вопрос вспомним вкратце схему этого металлоискателя (Fig.1 ).
Он состоит из:
- двухполярного источника питания ±6 В на операционном усилителе (ОУ) IC1.4 1/4LM324N;
- передатчика на микросхеме IC2 типа NE555 и МДП-транзисторе Q1 типа IRF640;
- приемника на остальных трех ОУ микросхемы IC1 LM324N.
Управляющим сигналом для сигнализатора может служить постоянное напряжение с выхода пикового детектора (с конденсатора С2), которое зависит от наличия материала и размеров обнаруженного металлического предмета, а также близости его от рамок металлоискателя.
Рассмотрим схемы двух простейших звуковых сигнализаторов.
Звуковой сигнализатор с магнитоэлектрическим или пьезоэлектрическим бузером (зуммером)
Основой этого узла служит 555-й таймер IC1. На нем собран генератор импульсов (см. схему Fig. 2).
Микросхема IC1 NE555N и бузер BZ1 в этой схеме питаются от двухполярного источника питания V+ и V- (±6 В) металлоискателя, точнее говоря, он питается разностью напряжений этого источника, которая равна 12 В.
Частота следования импульсов генератора определяется номиналами элементов времязадающей цепи R2C2. Ее можно рассчитать по формуле:
При указанных на схеме номиналах частота генератора равна приблизительно:
Как известно, изменением напряжения на выводе 5 555-го таймера можно изменять длительность выходных импульсов этой микросхемы, т.е. осуществлять широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Это свойство использовано в схеме Fig.1: на вывод 5 IС 1 через фильтр R1*СЗ. Подбором сопротивления резистора R1* добиваются оптимального значения максимального изменения длительности выходного импульса таймера на выводе 3 IC1.
Этот импульс, длительность которого зависит от наличия, материала и размеров обнаруженного металлического предмета, а также близости его от рамок металлоискателя – это основа пакета сигнала более высокой звуковой частоты. Для преобразования электрических импульсов в пакеты звукового сигнала частотой 3,1 ±0,5 кГц к выводу 3 таймера IC1 подключен бузер (звуковой излучатель с генератором) BZ1 типа KPX-G1212B. В принципе в устройстве можно использовать 12-вольтовые бузеры других типов.
В некоторых случаях входные цепи звукосигнализатора могут шунтировать выход пикового детектора металлоискателя. Для компенсации этого достаточно включить эмиттерный повторитель (ЭП) между конденсатором С2 и резистором R1 (Fig. 2) так, как это показано на Figure 3.
Заметим, что частота, близкая к 3 кГц, утомительна для слуха. Кроме того, сигнал бузера слышен не только оператору, работающему с металлоискателем, но и случайным наблюдателям, находящимся в десятках метров от металлоискателя.
Buzzer with headphones
При отсутствии бузера необходимо генерировать или «разыскать» в металлоискателе сигнал звуковой частоты (ЗЧ) для заполнения импульсов от 555-го таймера. Для формирования такого сигнала необходимо вводить в схему дополнительный каскад – генератор. Автор решил использовать сигнал ЗЧ, уже имеющийся в металлоискателе. Он генерируется микросхемой IC2 NE555 (Fig.1).
Частоту этого сигнала несложно вычислить с достаточной точностью по формуле:
Она равна приблизительно 2,3 кГц.
Driving the buzzer with headphones shown in Fig. 4.
В этом узле используется сигнал, выработанный таймером IC2 передатчика металлоискателя (Fig.1 ), но снимается он с приемника с вывода 7 микросхемы IC1 LM324N.
Этот сигнал через разделительный конденсатор СЗ (Fig. 4) поступает на базы комплементарного усилителя мощности на транзисторах Q2 КТ3102Д и Q3 КТ3107Д, который используется в качестве телефонного усилителя. Высокоомные головные телефоны ВА1 подключены к эмиттерам Q2 и Q3 через регулятор громкости R5 разъем Х1. Для формирования из непрерывного сигнала пакетов с заполнением звуковой частотой, длительность которых зависит от материала и размеров обнаруженного металлического предмета, а также близости его от рамок металлоискателя, сигнал, подаваемый на телефоны, будет шунтироваться через С4, который подключен к выводу 3 микросхемы IC1, когда на этом выводе будет низкий потенциал.
Не исключено, что и в этот в звуковой сигнализатор необходимо ввести ЭП в соответствии с фрагментом схемы Figure 3.
Features of functioning alarm Fig. 4 является то, что при поиске будет меняться не только длительность пакетов звукового сигнала, но и его громкость. Причем при отсутствии металлических предметов между рамками-катушками металлоискателя звукового сигнала в головных телефонах не будет, а громкость этого сигнала будет увеличиваться после «захвата» предмета и до точного места его расположения и уменьшаться при удалении от него, что обеспечивает дополнительные удобства при поиске предметов.
В заключение хочу заметить, что сигнализаторы для металлоискателей можно совершенствовать до бесконечности, дорабатывая их под свои требования. Помочь в этом может личный опыт и техническая литература, например статья [2].
Literature
1. Бабыч В., Безверхний И. Особенности металлоискателей разных типов // Радиоаматор – 2013. – №11. – С.24-27.
2. Петров П. Sound-light signaling network incorporating two 555's Timers // Радиоаматор – 2014. – №2. – С.ЗЗ, 34.
Author: Игорь Безверхний, г. Киев
Source: Радиоаматор №11/12, 2014
