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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Détecteur de métaux à sensibilité accrue sur les microcircuits. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / détecteurs de métaux L'une des caractéristiques de tous les détecteurs de métaux de type BFO est que les générateurs de référence et d'exemple de ces dispositifs sont structurellement réalisés sur les éléments d'un même microcircuit. Il faut reconnaître qu'en plus de certains avantages (par exemple, simplicité du circuit, stabilisation de la température), de telles conceptions présentent également un certain nombre d'inconvénients. Le principal est l'apparition de connexions parasites entre les éléments individuels à l'intérieur du cristal du microcircuit, qui sont presque impossibles à éliminer. C'est pourquoi, dans de tels détecteurs de métaux, il est nécessaire de choisir une fréquence de battement supérieure à 100-300 Hz, ce qui entraîne inévitablement une diminution de sa sensibilité. Une tentative de débarrasser les détecteurs d'objets métalliques basés sur l'analyse du signal de battement, au moins des lacunes indiquées, a été faite lors de la création d'un appareil basé sur un schéma publié dans des publications nationales et étrangères au milieu des années 90 du siècle dernier. Diagramme schématique La conception proposée est l'une des nombreuses options pour les détecteurs de métaux BFO (Beat Frequency Oscillator), c'est-à-dire qu'il s'agit d'un appareil basé sur le principe de l'analyse des battements de deux signaux proches en fréquence. Dans le même temps, dans cette conception, l'évaluation du changement de fréquence de battement est effectuée à l'oreille. La base du circuit de cet appareil (Fig. 3.6) est constituée des oscillateurs de mesure et de référence, du mélangeur, du filtre passe-bas, de l'analyseur et du circuit d'indication acoustique.
Les oscillateurs de mesure et de référence sont deux oscillateurs LC simples basés sur des éléments de microcircuit IC1 et IC2. Dans ce cas, l'oscillateur de référence est monté sur l'élément IC1.1, et le générateur de mesure ou accordable est monté sur l'élément IC2.1. La fréquence d'oscillation de l'oscillateur de référence est déterminée par les paramètres des éléments de son circuit, c'est-à-dire l'inductance de la bobine L1 et les capacités des condensateurs C1, C2. Les valeurs de ces paramètres sont choisies pour que la fréquence de fonctionnement de l'oscillateur de référence soit d'environ 100 kHz. Le circuit oscillant du générateur de mesure est formé par la bobine de recherche L2 et les condensateurs C3-C5. La fréquence de fonctionnement de ce générateur est proche de la fréquence du générateur de référence et peut être légèrement modifiée en ajustant le condensateur variable C3. Les éléments IC1.2 et IC2.2 remplissent la fonction de cascades qui assurent l'isolation entre générateurs par tension alternative. À partir des sorties des deux générateurs, les signaux RF sont transmis au mélangeur, réalisé sur l'élément IC3.1, à la sortie duquel des oscillations sont formées avec les fréquences totales et différentielles des générateurs et leurs harmoniques, qui sont transmises au circuit de filtrage passe-bas. Contrairement à de nombreux autres détecteurs de métaux de type BFO, dans le dispositif proposé, un filtre passe-bas est utilisé pour isoler les signaux de la différence de fréquence (sonore), qui est assemblé sur les éléments R3 et C6. Ensuite, le signal basse fréquence est envoyé à l'analyseur. Comme on le sait, la sensibilité des détecteurs d'objets métalliques qui estiment la fréquence du signal de battement dépend en grande partie du signal de la fréquence la plus basse pouvant être enregistrée par ce dispositif. Les détecteurs de métaux qui fournissent l'analyse des battements avec une fréquence de plusieurs hertz ont la meilleure sensibilité. Cependant, il est impossible d'écouter un tel signal directement au casque en raison de la plage de fréquence de fonctionnement limitée des capsules téléphoniques. Assez souvent, les développeurs ont recours à la solution la plus simple à ce problème, à savoir : ils augmentent simplement la fréquence du signal de battement à l'aide de divers multiplicateurs. L'une des options du circuit de doublage de fréquence (plus précisément, la conversion d'un signal sinusoïdal en une séquence d'impulsions de fréquence doublée) a déjà été envisagée dans le chapitre précédent lors de la description d'un détecteur de métaux à transistor à sensibilité accrue. Dans l'analyseur du détecteur de métaux considéré, pour augmenter la fréquence du signal de battement, un circuit est utilisé qui convertit un signal sinusoïdal (presque triangulaire) en impulsions courtes avec un taux de répétition doublé. Pour cela, un comparateur de tension est utilisé, réalisé sur les éléments IC3.2-IC3.4. Pendant une période de la fréquence de battement, le comparateur passe deux fois d'un état logique à un autre, après quoi les impulsions rectangulaires générées par celui-ci sont différenciées par le circuit C7R8 puis transmises à travers le condensateur C7 à la commande de volume R8. En conséquence, les écouteurs BF1 connectés au connecteur X2 reçoivent de courtes impulsions de tension d'une fréquence double. Le dispositif est alimenté à partir d'une source B1 avec une tension de 9 V. En même temps, les microcircuits IC1 et IC2 du détecteur de métaux sont alimentés à partir d'une source continue à travers des filtres de découplage R6C8 et R7C9. Détails et fabrication Toutes les parties du détecteur de métaux considérées (à l'exception de la bobine de recherche L2, de la résistance R8, du condensateur C3, des connecteurs X1 et X2, ainsi que de l'interrupteur S1) sont situées sur une carte de circuit imprimé de taille 80x60 mm, en double getinax ou textolite déjoué sur les côtés (Fig. 3.7). Dans ce cas, les éléments sont montés du côté des conducteurs, et la feuille de l'autre côté joue le rôle d'écran.
Il n'y a pas d'exigences particulières pour les pièces utilisées dans cet appareil. Il est recommandé d'utiliser des condensateurs et des résistances de petite taille pouvant être placés sur une carte de circuit imprimé sans aucun problème. Le condensateur C3 doit avoir une capacité maximale de 180-240 pF. Vous pouvez utiliser n'importe quel condensateur d'accord d'un récepteur radio de petite taille (par exemple, type KP-180). Pour améliorer la stabilité thermique, il est souhaitable que les condensateurs C1, C2, C4 et C5 aient un TKE pas pire que M1500. Les résistances fixes peuvent être, par exemple, de type MLT-0,125. Les microcircuits de type K561LE5 peuvent être remplacés par des microcircuits K176LE5, K176LA7 ou K561LA7. La bobine L1 contient 30 tours de fil PEV-2 d'un diamètre de 0,08 mm. Pour l'enrouler, il est recommandé d'utiliser un cadre de la bobine du circuit IF d'un récepteur radio à transistor (par exemple, "Alpinist-407" ou similaire). La bobine de recherche L2 contient 100 tours de fil PEV-2 d'un diamètre de 0,6 mm et se présente sous la forme d'un tore d'un diamètre intérieur de 240-250 mm. Ce coil est plus facile à réaliser sur un châssis rigide, mais vous pouvez vous en passer. Dans ce cas, tout objet rond approprié, tel qu'un bocal, 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, pour la fabrication duquel une bande de papier d'aluminium est enroulée sur le faisceau de spires. L'écart entre le début et la fin de l'enroulement de la bande (l'écart entre les extrémités de l'écran) doit être d'environ 10 mm. Lors de la fabrication de la bobine L2, il faut surtout veiller à ce que les extrémités du ruban de blindage ne se referment pas, car dans ce cas une bobine court-circuitée est formée. Pour augmenter la résistance mécanique, la bobine peut être imprégnée de colle époxy avant blindage. Soudez les conducteurs d'un câble blindé à deux conducteurs d'environ un mètre de long aux bornes de la bobine, à l'autre extrémité de laquelle un connecteur SSH-3 ou tout autre connecteur de petite taille approprié est installé. La gaine du câble doit être reliée au blindage de la bobine. En position de travail, le connecteur de la bobine est connecté au connecteur homologue situé sur le corps de l'appareil. Le détecteur de métaux à sensibilité accrue est alimenté à partir d'une source B1 avec une tension de 9 V. Comme telle source, vous pouvez utiliser, par exemple, une batterie Krona ou deux batteries 3336L connectées en série. La carte de circuit imprimé avec les éléments qui s'y trouvent et l'alimentation sont placés dans n'importe quel boîtier métallique approprié. Le condensateur C3, la résistance variable R8, le connecteur X1 pour connecter la bobine de recherche L2, l'interrupteur S1 et le connecteur X2 pour connecter le casque BF1 sont installés sur le couvercle du boîtier. Établissement Le détecteur de métaux en question doit être réglé dans des conditions où des objets métalliques sont retirés de la bobine de recherche L2 à une distance d'au moins 1,5 m. La configuration directe de l'appareil 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 à l'entrée du filtre passe-bas (broche IC3 / 3). La forme d'onde à ce stade ressemble à la forme d'onde d'un signal RF modulé. De plus, en ajustant la bobine L1 et, si nécessaire, en sélectionnant les capacités des condensateurs C1 et C2, il est nécessaire de s'assurer que la fréquence de modulation (fréquence de battement) est d'environ 5-10 Hz. Lorsque vous utilisez un fréquencemètre numérique pour configurer un détecteur de métaux, le fréquencemètre doit d'abord être connecté à la broche 1 de IC3, puis à la broche 2 de la même puce. En modifiant les paramètres des éléments mentionnés précédemment (l'inductance de la bobine L1, les capacités des condensateurs C1 et C2), il faut s'assurer que la différence des fréquences des signaux aux points indiqués est également d'environ 5- 10 Hz. Vous pouvez sélectionner la fréquence de battement souhaitée sans oscilloscope ni fréquencemètre. Dans ce cas, il suffit généralement d'ajuster la fréquence de fonctionnement de l'oscillateur de référence. Pour ce faire, des téléphones à haute résistance (par exemple, TON-3.1) doivent être connectés à la sortie de l'élément IC3 (broche IC3 / 2), puis, en ajustant le noyau d'accord de la bobine L1, un audio le signal doit apparaître dans le casque. Dans ce cas, le rotor du condensateur C3 doit être réglé en position médiane. Ensuite, en faisant tourner le noyau d'accord de la bobine L1, il est nécessaire de régler le mode dans lequel les clics seront entendus dans les téléphones, suivant une fréquence de plusieurs hertz. Après avoir réglé le générateur, il est conseillé de fixer le noyau de réglage de la bobine L1 avec une goutte de colle. Ensuite, vous devez configurer le comparateur de tension. Pour ce faire, vous devez choisir la valeur de la résistance R9 illustrée à la Fig. 3.6 lignes pointillées. Sa résistance peut être comprise entre 300 kΩ et 1 MΩ. Il est à noter que la résistance R9 doit être connectée entre les broches 5, 6 de IC3.2 et le fil commun s'il y a une tension de niveau haut en sortie du comparateur (broches IC3/10,11). Procédure de travail Dans l'utilisation pratique de cet appareil, la fréquence nécessaire du signal de battement doit être maintenue par le condensateur variable C3, qui peut changer sous l'influence de divers facteurs (par exemple, lorsque les propriétés magnétiques du sol changent, la température ambiante ou la batterie est déchargée). Si, pendant le fonctionnement, un objet métallique apparaît dans la zone de couverture de la bobine de recherche L2, la fréquence des clics dans le casque changera. À l'approche de certains métaux, il augmentera et à l'approche d'autres, il diminuera. En changeant la fréquence des clics, ayant une certaine expérience, vous pouvez facilement déterminer de quel métal, magnétique ou non magnétique, l'objet détecté est fait. Le volume des clics est régulé par une résistance variable R8. Auteur : Adamenko M.V.
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