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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Détecteur de métaux à sensibilité accrue utilisant des transistors. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / détecteurs de métaux Le fonctionnement du détecteur de métaux, dont le circuit et la conception sont discutés dans cette section, est basé sur le principe de l'analyse des changements dans les battements d'oscillation de deux générateurs, dont la fréquence de l'un est stable et la fréquence du second. change lorsqu'un objet métallique apparaît dans la zone de couverture de l'appareil. En travaillant sur cet appareil, on a tenté de créer un détecteur de métaux exempt d'un certain nombre d'inconvénients inhérents à d'autres conceptions similaires. Bien que le circuit de cet appareil ait été développé il y a plus de 20 ans, ses avantages incluent une sensibilité relativement élevée, une stabilité de fonctionnement et la capacité de distinguer les métaux non ferreux des métaux ferreux. Les solutions de circuit utilisées assuraient une stabilité accrue des fréquences de fonctionnement des générateurs, ce qui permettait d'estimer des fréquences de battement comprises entre 1 et 10 Hz. En conséquence, la sensibilité de l'appareil a augmenté et le courant consommé par celui-ci a également diminué. Diagramme schématique Comme déjà indiqué, la conception proposée est l'une des nombreuses options pour les détecteurs de métaux de type BFO (Beat Frequency Oscillator), c'est-à-dire qu'il s'agit d'un dispositif basé sur le principe de l'analyse des battements de deux fréquences (Fig. 2.10).
La base du dispositif est un oscillateur de mesure et de référence, un détecteur de vibrations RF, un préamplificateur, un premier amplificateur limiteur, un circuit différenciateur, un deuxième amplificateur limiteur et un amplificateur basse fréquence. Deux générateurs LC simples réalisés sur les transistors T1 et T2 ont été utilisés comme oscillateurs de mesure et de référence. Ces transistors font partie du microcircuit K159NT1G, qui est une paire de transistors identiques situés dans le même boîtier. L'utilisation d'un ensemble transistor peut augmenter considérablement la stabilité en température des fréquences du générateur. Chaque générateur est assemblé selon un circuit capacitif à trois points, avec des transistors T1 et T2 connectés selon un circuit à base commune. L'excitation des oscillations est assurée par l'introduction d'une rétroaction positive entre le collecteur et l'émetteur de chaque transistor. La fréquence de fonctionnement des générateurs est déterminée par les paramètres des circuits de réglage de fréquence connectés entre les collecteurs et les émetteurs des transistors T1 et T2. Dans ce cas, les éléments de réglage de fréquence du premier générateur, qui remplit les fonctions de générateur de mesure, sont la bobine de recherche L1 et les condensateurs C1, C2 et C3. La fréquence de fonctionnement du deuxième générateur de référence est déterminée par les paramètres de l'inductance L2, ainsi que des condensateurs C6, C7 et C9. Dans ce cas, les deux générateurs sont réglés sur une fréquence de fonctionnement de 40 kHz. À l'aide des résistances R1-R4, les modes de fonctionnement des transistors T1 et T2 pour courant continu sont définis. Lors du processus de configuration du dispositif, en modifiant la capacité du condensateur C6, l'oscillateur de référence est approximativement réglé sur l'harmonique sélectionnée de la fréquence de battement. Dans ce cas, la capacité du condensateur C6 peut varier de 100 à 330 pF. Le réglage fin de la fréquence de battement est effectué par la résistance variable R7, à l'aide de laquelle la polarisation de la diode Zener D1, qui dans ce circuit agit comme un varicap, change. Lorsque la bobine de recherche L1 du circuit oscillatoire du générateur accordable s'approche d'un objet métallique, son inductance change, ce qui provoque une modification de la fréquence de fonctionnement du générateur. De plus, s'il y a un objet en métal ferreux (ferromagnétique) à proximité de la bobine L1, son inductance augmente, ce qui entraîne une diminution de la fréquence du générateur. Les métaux non ferreux réduisent l'inductance de la bobine L1 et la fréquence de fonctionnement du générateur augmente. Le signal RF, généré suite au mélange des signaux des oscillateurs de mesure et de référence, est isolé au niveau de la résistance de charge R5. Dans ce cas, l'amplitude du signal change avec la fréquence de battement, qui est égale à la différence des fréquences des signaux RF. L'enveloppe basse fréquence du signal RF est détectée par un détecteur spécial réalisé sur les diodes D2 et D3 à l'aide d'un circuit doubleur de tension. Dans ce cas, le condensateur C11 assure le filtrage de la composante haute fréquence du signal. À partir de la charge du détecteur, qui est la résistance R6, le signal de battement basse fréquence est transmis via le condensateur C12 à un préamplificateur réalisé sur le transistor T3. Depuis le collecteur du transistor T3, le signal amplifié à travers le condensateur C13 est fourni au premier amplificateur-limiteur, réalisé sur le transistor T4 et assurant la formation d'impulsions rectangulaires. A l'aide d'un diviseur constitué des résistances R11 et R12, une tension de polarisation est appliquée à la base du transistor T4 pour laquelle le transistor est au seuil d'ouverture. Le signal sinusoïdal arrivant à la base du transistor T4 est limité des deux côtés. En conséquence, des impulsions rectangulaires sont formées au niveau de la charge en cascade, dont le rôle est joué par la résistance R13, qui sont ensuite différenciées par le circuit C14, R14, R15 et converties en pics pointus. Dans ce cas, un pic de polarité positive se forme à l'endroit du front de chaque impulsion, et un pic de polarité négative se forme à l'endroit de la chute. Il est à noter que la durée de ces pics ne dépend pas du taux de répétition des impulsions rectangulaires et de leur durée. Les pics positifs vont à la base du transistor T5 et les pics négatifs sont coupés par la diode D4. Le transistor T5, comme le transistor T4, fonctionne en mode commutation et limite le signal d'entrée de sorte que de courtes impulsions rectangulaires d'une durée fixe soient formées au niveau de la charge du collecteur formée par les résistances R16 et R17. Le condensateur C15 filtre le signal de sortie et améliore le timbre du signal dans le casque BF1. De la résistance R16, qui est un contrôle de volume, le signal va à un étage amplificateur composé de transistors T6 et T7, connectés selon le circuit dit à transistors composés. Avec cette connexion, un équivalent à un transistor de conduction PNP haute puissance avec un coefficient de transfert de courant élevé est formé. Ensuite, le signal amplifié est envoyé au casque BF1. La méthode utilisée dans cette conception pour générer un signal impulsionnel à partir d'un signal sinusoïdal permet de réduire la puissance consommée par l'amplificateur, notamment dans l'étage de sortie, puisque les transistors T5, T6 et T7 sont fermés pendant les pauses entre les impulsions. Le détecteur de métaux est alimenté par la source B1 avec une tension de 4,5 V, tandis que la consommation de courant ne dépasse pas 2 mA. Détails et fabrication Il n'y a pas d'exigences particulières concernant les pièces utilisées lors de l'assemblage d'un détecteur de métaux à sensibilité accrue. La seule limitation est liée aux dimensions hors tout, puisque la plupart des pièces de cet appareil sont montées sur un circuit imprimé mesurant 70x110 mm, constitué d'une feuille getinax unilatérale ou de fibre de verre. Le circuit imprimé est conçu pour utiliser des résistances fixes MLT-0,125, des condensateurs KSO, PM, MBM, K50-6 ou similaires (Fig. 2.11). Lorsque vous répétez cette conception en tant qu'assemblage de transistors (transistors T1 et T2), vous pouvez utiliser le microcircuit K159NT1 avec n'importe quelle lettre d'index. Cependant, de nos jours, il n’est pas toujours possible de le trouver. Ainsi, si nécessaire, à la place d'un montage transistor, il est recommandé d'utiliser deux transistors de type KT315G avec des paramètres identiques ou éventuellement similaires (coefficient de transfert de courant statique et courant collecteur initial).
Dans les étages amplificateurs (transistors T3, T4 et T5), à la place des transistors de type KT342B, vous pouvez installer des transistors de type KT315G, KT503E ou KT3102A - KT3102E. Un transistor de type KT502E (T6) est entièrement remplaçable par KT361, et un transistor de type K503E (T7) par KT315 avec n'importe quelle lettre. Mais dans ce cas, les écouteurs doivent être à haute impédance (type TON-2 ou TEG-1). Lors de l'utilisation de téléphones à faible impédance, le transistor T7 doit être plus puissant, par exemple du type KT603B ou KT608B. Comme diode Zener D1, vous pouvez également utiliser des diodes Zener de type D808-D813 ou KS156A. Les diodes D2 et D3 peuvent appartenir à l'une des séries D1, D9 ou D10. La bobine L2 contient 250 tours de fil PEV-2 d'un diamètre de 0,1 mm, enroulé sur un noyau magnétique SB-23-11a. D'autres noyaux peuvent être utilisés dans sa fabrication. L'essentiel est que l'inductance de la bobine finie soit de 4 mH. La bobine de mesure L1 contient 100 tours de fil PEV-1 d'un diamètre de 0,3 mm et se présente sous la forme d'un tore d'un diamètre de 160 mm. Il est plus simple de réaliser cette coil sur un châssis rigide, mais on peut s'en passer. Dans ce cas, tout objet rond approprié, tel qu'un pot, peut être utilisé comme cadre temporaire. Les spires de la bobine sont enroulées en vrac, après quoi elles sont retirées du cadre et protégées par un écran électrostatique, qui est une bande ouverte de feuille d'aluminium enroulée sur un faisceau de spires. L'espace entre le début et la fin de l'enroulement du ruban (l'espace entre les extrémités de l'écran) doit être d'au moins 10 mm. Lors de la réalisation de la bobine L1, il faut veiller à ce que les extrémités du ruban de blindage ne court-circuitent pas, car dans ce cas une spire court-circuitée se forme. Pour augmenter la résistance mécanique, la bobine peut être imprégnée de colle époxy. Les conducteurs d'un câble blindé à deux conducteurs d'environ un mètre de long doivent être soudés aux bornes de la bobine, à l'autre extrémité desquelles est installé un connecteur de type SSh-3 ou tout autre connecteur approprié de petite taille. La tresse du câble doit être connectée au blindage de la bobine. En position de fonctionnement, le connecteur de la bobine est connecté à la partie correspondante du connecteur située sur le corps de l'appareil. Le détecteur de métaux haute sensibilité est alimenté par la source B1 avec une tension de 4,5 V. Comme telle source, vous pouvez utiliser par exemple une batterie dite carrée de type 3336L ou trois éléments de type 316, 343 connectés en série . Le circuit imprimé avec les éléments qui s'y trouvent et l'alimentation électrique sont placés dans n'importe quel boîtier en plastique ou en bois approprié. Sur le couvercle du boîtier se trouvent les résistances variables R7 et R16, le connecteur X1 pour connecter la bobine de recherche L1, l'interrupteur S1 et le connecteur X2 pour connecter le casque BF1. Établissement Comme pour le réglage des autres détecteurs de métaux, le réglage de cet appareil doit être effectué dans des conditions où les objets métalliques sont retirés de la bobine de recherche L1 à une distance d'au moins 1,5 m. L'installation proprement dite d'un détecteur de métaux doit commencer par sélectionner la fréquence de battement souhaitée. Pour ce faire, il est recommandé d'utiliser un oscilloscope ou un fréquencemètre numérique. Lorsque vous travaillez avec un oscilloscope, sa sonde doit être connectée au point de connexion des résistances R1, R4, R5 et du condensateur C8, c'est-à-dire à l'entrée du détecteur. La forme d'onde à ce stade ressemble à la forme d'onde d'un signal RF modulé. Ensuite, en ajustant la bobine L2 et en sélectionnant les capacités des condensateurs C2 et C6, vous devez vous assurer que la fréquence de modulation (fréquence de battement) est d'environ 10 Hz. Lorsque vous utilisez un fréquencemètre numérique pour configurer un détecteur de métaux, le fréquencemètre doit être connecté d'abord au circuit collecteur du transistor T1, puis au collecteur du transistor T2. En sélectionnant les paramètres des éléments mentionnés précédemment (inductance de la bobine L2, capacité des condensateurs C2 et C6), il faut s'assurer que la différence de fréquences des signaux au niveau des collecteurs des transistors T1 et T2 est d'environ 10 Hz. Ensuite, en sélectionnant la résistance R8, on fixe le gain maximum de la cascade réalisée sur le transistor T3. Si vous ne disposez pas d'oscilloscope ni de fréquencemètre, vous pouvez sélectionner la fréquence de battement souhaitée sans eux. Dans ce cas, vous devez d'abord placer le curseur de la résistance R7 en position médiane, puis, en faisant tourner le noyau d'accord de la bobine L2, faire apparaître des clics dans les téléphones avec une fréquence d'environ 1 à 5 Hz. Si vous ne pouvez pas régler la fréquence souhaitée, vous devez sélectionner la capacité du condensateur C6. Pour réduire l'influence du fond au sol, la sélection finale de la fréquence de battement doit être effectuée lorsque la bobine de recherche L1 s'approche du sol. Ceci termine le processus de configuration d'un détecteur de métaux avec une sensibilité accrue. Procédure de travail Dans la pratique de ce détecteur de métaux, la résistance variable R7 doit être utilisée pour maintenir la fréquence requise du signal de battement, qui change lorsque la batterie est déchargée, lorsque la température ambiante change ou lorsque les propriétés magnétiques du sol s'écartent. Vous devez également régler le volume des clics à l'aide du régulateur R16. Si pendant le fonctionnement il y a un objet métallique dans la portée de la bobine de recherche L1, la fréquence du signal dans les téléphones changera. À l'approche de certains métaux, la fréquence du signal de battement augmentera et à l'approche d'autres, elle diminuera. En changeant la tonalité du signal de battement, avec une certaine expérience, vous pouvez facilement déterminer de quel métal, magnétique ou non magnétique, est fait l'objet détecté. À l'aide d'un tel détecteur de métaux, de petits objets, tels que des clous, peuvent être détectés sous la couche de sol à une profondeur de 10 à 15 cm, et de gros objets (par exemple des couvercles de puits) à une profondeur de 50 à 60 cm. . Auteur : Adamenko M.V.
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