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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Un simple détecteur de métaux pulsé sur microcircuits. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / détecteurs de métaux Récemment, les détecteurs de métaux pulsés de type PI (Puls Induction) sont devenus relativement répandus, dans lesquels le phénomène d'apparition de courants de Foucault dans un objet métallique sous l'influence d'un champ électromagnétique externe est utilisé pour évaluer la présence d'objets métalliques. dans la zone de recherche. Dans les détecteurs de métaux de type PI, un signal pulsé est appliqué à une bobine émettrice dans laquelle un champ électromagnétique alternatif est initié. Lorsqu'un objet métallique apparaît dans la zone d'action de ce champ, des courants de Foucault apparaissent périodiquement à sa surface sous l'influence d'un signal impulsionnel. Ces courants sont la source du signal secondaire reçu par la bobine réceptrice. En raison du phénomène d'auto-induction, la forme du signal secondaire sera différente de la forme de l'impulsion émise par la bobine émettrice. Dans ce cas, les différences dans les paramètres du signal d'impulsion secondaire sont utilisées pour l'analyse avec la génération ultérieure de données pour l'unité d'affichage. Dans tous les détecteurs de métaux pulsés connus de l'auteur, le changement de forme du front arrière de l'impulsion secondaire est évalué. L'appareil en question utilise un microprocesseur doté d'un logiciel approprié. Malheureusement, au moment de la publication de ce livre, il n'était pas possible de publier une version fonctionnelle à 100 % de son firmware. Par conséquent, les lecteurs intéressés et préparés ont la possibilité de tester leurs capacités dans la création d'un micrologiciel pour un microcontrôleur. L'auteur ne doute pas une seconde que les artisans russes s'acquitteront de cette tâche avec honneur. Cependant, selon l'auteur, la conception du détecteur de métaux proposé est assez complexe à reproduire pour les radioamateurs débutants. Il convient également de mentionner les difficultés qui surviennent lors du réglage de cet appareil. Il faut particulièrement prêter attention au fait que des erreurs d'installation et une configuration incorrecte de l'appareil peuvent entraîner la défaillance d'éléments coûteux. Diagramme schématique Le diagramme schématique du détecteur de métaux à impulsion simple proposé peut être divisé en deux parties, à savoir : un bloc émetteur et un bloc récepteur. Malheureusement, l'espace limité de ce livre ne permet pas de s'attarder en détail sur toutes les caractéristiques des solutions de circuits utilisées pour créer cet appareil. Par conséquent, nous examinerons plus en détail les bases du fonctionnement des nœuds et des cascades les plus importants uniquement. Le bloc émetteur (Fig. 3.14) comprend un module de génération et de synchronisation d'impulsions, l'émetteur lui-même et un convertisseur de tension.
Le composant principal de l'ensemble de la conception est le module de génération et de synchronisation d'impulsions, réalisé sur un microprocesseur IC1 de type AT89C2051 d'ATMEL et fournissant la génération d'impulsions pour l'émetteur, ainsi que des signaux qui contrôlent le fonctionnement de tous les autres blocs. La fréquence de fonctionnement du microcontrôleur IC1 est stabilisée par un résonateur à quartz (3,5 MHz). À la fréquence de fonctionnement spécifiée, le microprocesseur génère une séquence périodique d'impulsions de commande pour différents étages du détecteur de métaux. Cette séquence comprend 250 cycles d'horloge de 9 µs chacun. Initialement, une impulsion de commande est générée sur la broche IC1/14 du microprocesseur pour le transistor T6, après quoi une impulsion similaire est générée sur la broche IC1/15 pour le transistor T7. Ce processus est ensuite répété une fois de plus. En conséquence, le convertisseur de tension démarre. Ensuite, les impulsions de déclenchement de l'émetteur sont générées séquentiellement au niveau des broches IC1/8, IC1/7, IC1/6, IC1/16, IC1/17, IC1/19 et IC1/18. Dans ce cas, ces impulsions ont la même durée, mais chaque impulsion suivante est retardée par rapport à la précédente de plusieurs cycles d'horloge. Le début de la première impulsion générée sur la broche IC1/8 coïncide avec la fin de la deuxième impulsion sur la broche IC1/15. À l'aide du commutateur P1, vous pouvez sélectionner le temps de retard de l'impulsion de démarrage de l'émetteur par rapport à l'impulsion de démarrage. Quelques cycles d'horloge après la fin de l'impulsion sur la broche IC1/18, une courte impulsion de déclenchement pour l'un des canaux de l'analyseur est formée sur la broche IC1/3. Ensuite, une impulsion similaire destinée au deuxième canal de l'analyseur est générée sur la broche IC1/9. Ensuite, un signal de commande est généré sur la broche IC1/11 pour le transistor T10 du circuit de signalisation acoustique de l'unité de réception. Ensuite, après une courte pause, la séquence d'impulsions de commande aux sorties correspondantes du microcontrôleur est à nouveau formée. La tension d'alimentation +5 V, préalablement stabilisée par IC2, est appliquée sur la broche IC1/20 du microcontrôleur. Le convertisseur de tension, réalisé sur les transistors T6-T8 et le stabilisateur IC3, assure la formation d'une tension d'alimentation bipolaire de 12 V, nécessaire à l'alimentation des cascades de la partie réceptrice. Les signaux de commande des transistors T7 et T8 sont générés au niveau des broches correspondantes du microcontrôleur IC1. Dans ce cas, ce signal est fourni au transistor T8 via un convertisseur de niveau monté sur le transistor T6. Ensuite, la tension d'alimentation générée est stabilisée par le microcircuit IC3, à partir de la sortie duquel une tension de +12 V est fournie aux cascades de la partie réceptrice. Les étages de sortie de l'émetteur sont réalisés sur de puissants transistors T1, T2 et T3, fonctionnant sur une charge commune, qui est la bobine L1, shuntée par une chaîne de résistances R1-R6. Le fonctionnement des transistors de l'étage de sortie est commandé par le transistor T4. Le signal de commande à la base du transistor T4 est fourni depuis la sortie correspondante du processeur IC1 à travers le transistor T5. L'impulsion générée par le microprocesseur IC1 conformément au programme stocké dans sa mémoire est transmise via un interrupteur à l'entrée du transistor T5 puis, via le transistor T4, aux étages de sortie de l'émetteur, réalisés sur les transistors T1-T3, puis à la bobine d'émission-réception L1. Lorsqu'un objet métallique apparaît dans la zone de couverture de la bobine L1, des courants de Foucault sont excités à sa surface sous l'influence d'un champ électromagnétique externe initié par une impulsion de l'émetteur. La durée de vie de ces courants dépend de la durée de l'impulsion émise par la bobine L1. À leur tour, les courants de surface sont la source d'un signal d'impulsion secondaire qui, avec un retard approprié, est reçu par la bobine L1, amplifié et transmis au circuit d'analyse. Il est à noter qu'en raison du phénomène d'auto-induction, la durée du signal secondaire sera supérieure à la durée de l'impulsion émise par la bobine émettrice. Dans ce cas, la forme de l'impulsion secondaire dépend des propriétés du métal à partir duquel l'objet détecté est constitué. Le traitement des informations sur les différences dans les paramètres des impulsions émises et reçues par la bobine L1 assure la génération de données pour l'unité d'indication sur la présence d'un objet métallique. Dans le détecteur de métaux considéré, les paramètres du front arrière du signal d'impulsion secondaire sont utilisés pour l'analyse. Le bloc récepteur (Fig. 3.15) comprend un amplificateur de signal d'entrée à deux étages, un analyseur et un circuit d'indication audio.
Le signal de l'objet métallique est reçu par la bobine L1 et, via un circuit de protection composé de diodes D1 et D2, est envoyé à l'amplificateur de rétroaction capacitif à deux étages d'entrée composé des amplificateurs opérationnels IC4 et IC5. À partir de la sortie du microcircuit IC5 (broche IC5/6), le signal d'impulsion amplifié est transmis au circuit analyseur, réalisé sur les microcircuits IC6-IC8. Les amplificateurs IC6 et IC7 sont constamment éteints pendant le fonctionnement de l'appareil et la tension d'alimentation ne leur est fournie que lorsque des impulsions de porte sont reçues sur les entrées correspondantes (broches IC6/8 et IC7/8), dont la durée est chacune 9 μs (un cycle d'horloge). Dans ce cas, une impulsion stroboscopique est fournie à l'amplificateur IC6, retardée par rapport à la fin de l'impulsion de déclenchement de l'émetteur sélectionnée de 30 à 100 μs, et à l'amplificateur IC7 - retardée par rapport à la fin de la première impulsion stroboscopique de 200 μs. La nécessité d'un tel retard s'explique par le fait que la forme du signal reçu dépend de l'influence de nombreux facteurs extérieurs, de sorte que le signal utile ne peut être observé que dans un intervalle d'environ 400 µs après la fin de l'impulsion. Dans ce cas, un signal utile est une augmentation de la tension positive lorsque la bobine L1 s'approche d'un objet métallique en raison d'une augmentation de la durée du front arrière de l'impulsion secondaire par rapport à l'impulsion émise. Après application de la tension d'alimentation, le niveau du signal reçu enregistré lors de l'exposition aux impulsions stroboscopiques est maintenu pendant plusieurs secondes aux sorties de chaque amplificateur (microcircuits IC6 et IC7). Ainsi, le signal d'impulsion reçu est fourni à l'une des entrées de l'amplificateur correspondant (broches IC6/3 et IC7/3), et l'impulsion stroboscopique correspondante du module de génération et de synchronisation d'impulsions (broches IC6/8 et IC7/8). Les signaux générés aux sorties des microcircuits IC6 et IC7 (broches IC6/5 et IC7/5) sont ensuite envoyés aux entrées correspondantes d'un amplificateur différentiel réalisé sur la puce IC8. Dans ce cas, le signal de la sortie de l'amplificateur IC6 traverse une résistance variable R45, à l'aide de laquelle la sensibilité de l'appareil est ajustée. S'il y a un objet métallique à portée du détecteur de métaux, les niveaux de signal aux entrées correspondantes de l'amplificateur différentiel (broches IC8/2 et IC8/3) seront les mêmes. En conséquence, la sortie de cet amplificateur (broche IC8/6) sera faible. La chute de tension à la sortie de l'amplificateur IC8 entraîne l'ouverture du transistor T9 et la connexion au fil commun du casque BF1. Lorsqu'un signal de commande est reçu de la sortie correspondante du microcontrôleur (broche IC1/11) au transistor T10, un signal audiofréquence sera entendu dans les téléphones. La résistance R44 limite le courant circulant dans le casque BF1. En le sélectionnant, vous pouvez régler le volume du signal acoustique. Ce détecteur de métaux est alimenté par la source B1 avec une tension de 12 V. Détails et fabrication Toutes les parties de l'appareil en question (à l'exception de la bobine de recherche L1, de la résistance R45, de l'interrupteur P1 et de l'interrupteur S1) sont situées sur un circuit imprimé mesurant 105x65 mm (Fig. 3.16), constitué d'une feuille getinax double face ou textolite.
Il n'y a aucune exigence particulière concernant les pièces utilisées dans cet appareil. Il est recommandé d'utiliser des condensateurs et des résistances de petite taille pouvant être placés sans problème sur un circuit imprimé (Fig. 3.17).
Une puce comme LF357 (IC4) peut être remplacée par une LM318 ou une NE5534, mais un tel remplacement peut entraîner des problèmes d'installation. En plus du microcircuit de type LF5 indiqué sur le schéma, vous pouvez utiliser le microcircuit CA356 comme amplificateur IC3140. Les puces comme LF398 (IC6, IC7) peuvent être facilement remplacées par MAC198. Au lieu de l'amplificateur CA3140 (IC8), vous pouvez utiliser la puce TL071. Comme transistors T1-T3, en plus de ceux indiqués sur le schéma électrique, vous pouvez utiliser des transistors comme le BU2508, le BU2515 ou le ST2408. La fréquence de fonctionnement du résonateur à quartz doit être de 3,5 MHz. Cependant, tout autre élément à quartz ayant une fréquence de résonance de 2 à 6 MHz peut être utilisé. Pour monter le microprocesseur IC1, utilisez une prise spéciale. Dans ce cas, le microcontrôleur n'est installé sur la carte qu'une fois tous les travaux d'installation terminés. Cette condition doit également être respectée lors des travaux de réglage liés à la soudure lors de la sélection des valeurs des éléments individuels. Une attention particulière doit être portée à la fabrication de la bobine L1 dont l'inductance doit être de 500 µH. La bobine L1 se présente sous la forme d'un anneau d'un diamètre de 250 mm et contient 30 tours de fil d'un diamètre ne dépassant pas 0,5 mm. Lors de l'utilisation d'un fil de plus grand diamètre, le courant dans la bobine augmentera, mais les valeurs des courants de Foucault parasites augmenteront encore plus rapidement, ce qui entraînera une détérioration de la sensibilité de l'appareil. Il n'est pas recommandé d'utiliser du fil verni pour réaliser une bobine, car la différence de potentiel entre spires adjacentes lorsqu'une impulsion est émise atteint 20 V. Si, lors de l'enroulement des spires de la bobine, des conducteurs sont à proximité, par exemple le premier et le cinquième tours, une rupture d'isolation est pratiquement garantie. Cela peut entraîner une défaillance des transistors émetteurs et d'autres éléments. Par conséquent, le fil utilisé dans la fabrication de la bobine L1 doit être au moins isolé en PVC. Il est également recommandé que le serpentin fini soit bien isolé. Pour ce faire, vous pouvez utiliser de la résine époxy ou diverses charges en mousse. La bobine L1 doit être connectée à la carte à l'aide d'un fil à deux conducteurs bien isolé, dont le diamètre de chaque noyau ne doit pas être inférieur au diamètre du fil à partir duquel la bobine elle-même est fabriquée. Il n'est pas recommandé d'utiliser un câble coaxial en raison de sa capacité inhérente importante. La source des signaux sonores peut être soit un casque avec une impédance de 8 à 32 ohms, soit un petit haut-parleur avec une impédance de bobine similaire. Il est recommandé d'utiliser une batterie d'une capacité d'environ 1 A/h comme source d'alimentation pour B2, car le courant consommé par ce détecteur de métaux est d'au moins 200 mA. Le circuit imprimé avec les éléments qui s'y trouvent et l'alimentation sont placés dans n'importe quel boîtier approprié. Sur le couvercle du boîtier sont installés une résistance variable R45, un interrupteur P1, des connecteurs pour connecter un casque BF1 et une bobine L1, ainsi qu'un interrupteur S1. Établissement Ce dispositif doit être installé dans des conditions où tous les objets métalliques sont retirés de la bobine de recherche L1 à une distance d'au moins 1,5 M. La particularité de l'installation et du réglage du détecteur de métaux en question est que ses blocs individuels et ses cascades sont connectés progressivement . Dans ce cas, chaque opération de connexion (soudure) est réalisée source d'alimentation éteinte. Tout d'abord, vous devez vérifier la présence et l'amplitude de la tension d'alimentation aux contacts correspondants de la prise du microcircuit IC1 en l'absence de microcontrôleur. Si la tension d'alimentation est normale, vous devez ensuite installer un microprocesseur sur la carte et utiliser un fréquencemètre ou un oscilloscope pour vérifier le signal aux broches IC1/4 et IC1/5. La fréquence du signal pilote au niveau des broches spécifiées doit correspondre à la fréquence de fonctionnement du résonateur à quartz utilisé. Après avoir connecté les transistors du convertisseur de tension (sans charge), la consommation de courant devrait augmenter de 50 mA. La tension sur le condensateur C10 en l'absence de charge doit être d'environ 20 V. Ensuite, les étages de l'émetteur doivent être connectés. Les modes de fonctionnement des transistors T1-T4 doivent être les mêmes et sont définis en sélectionnant les valeurs des résistances R13-R16. La résistance de la bobine L1, shuntée par les résistances R1-R3, doit être d'environ 500 ohms. Dans ce cas, les conclusions de la bobine et des résistances doivent être bien soudées, car une défaillance de contact dans ce circuit entraîne la défaillance des transistors de sortie de l'émetteur. Pour vérifier le fonctionnement des cascades d'émetteurs, vous pouvez tenir la bobine L1 près de votre oreille et mettre le détecteur de métaux sous tension. Après environ une demi-seconde (après la remise à zéro du microcontrôleur), vous pouvez entendre un signal faible, dont l'apparition est due à la microvibration des tours individuels de la bobine. Dans ce cas, une impulsion pointue non modulée d'une durée d'environ 1 à 3 µs sera formée sur les collecteurs des transistors T10-T20, dont la forme pourra être surveillée à l'aide d'un oscilloscope. Une augmentation de la résistance des résistances R1-R3 entraîne une augmentation de l'amplitude de l'impulsion de sortie avec une diminution de sa durée. Pour sélectionner la valeur de la résistance shunt de la bobine L1, il n'est pas recommandé d'utiliser une résistance variable, car même une perturbation à court terme du contact du moteur avec le chemin conducteur peut entraîner une défaillance des transistors de sortie de l'émetteur. . Par conséquent, il est conseillé de modifier progressivement la valeur du shunt par incréments de 50 ohms. Avant de remplacer des pièces, l'alimentation électrique de l'appareil doit être coupée. Ensuite, vous pouvez commencer à configurer la partie réceptrice. Si toutes les pièces sont en bon état et que l'installation est effectuée correctement, alors après avoir allumé le détecteur de métaux (environ 20 µs après la fin de l'impulsion de démarrage), à la sortie du microcircuit IC4 (broche IC4/6), à l'aide un oscilloscope, vous pouvez observer un signal augmentant de façon exponentielle, se transformant en un signal de niveau constant. La distorsion du front de ce signal est éliminée en sélectionnant les résistances R1-R3, la bobine de shuntage L1. Après cela, vous devez vérifier la forme et l'amplitude du signal à la sortie de la puce IC5 (broche IC5/6). L'amplitude maximale de ce signal est fixée en sélectionnant la valeur de la résistance R36. A la sortie de la puce IC6 (broche IC6/5), un signal constant doit être généré, en fonction de l'impulsion sélectionnée à l'aide du commutateur P1, ainsi que de la présence d'objets métalliques à proximité de la bobine L1. Idéalement, ce signal devrait être proche de zéro dans toutes les positions du commutateur P1. En conclusion, il reste à établir correctement la position de l'impulsion de mesure de référence par rapport à l'impulsion de départ. Pour ce faire, il suffit de sélectionner la fréquence de fonctionnement appropriée en sélectionnant le résonateur à quartz Q1. Procédure de travail Avant une utilisation pratique de ce détecteur de métaux, vous devez régler le délai d'impulsion minimum avec l'interrupteur P1 et la sensibilité maximale avec la résistance R45. Si pendant le fonctionnement il y a un objet métallique à portée de la bobine de recherche L1, un signal acoustique apparaîtra dans les écouteurs. Il convient de noter que le passage à un mode de fonctionnement avec un délai d'impulsion plus long éliminera non seulement l'influence des propriétés magnétiques du sol, mais éliminera également la réaction de l'appareil à toutes sortes de corps étrangers (clous rouillés, feuille de paquets de cigarettes, etc.) et de vaines recherches ultérieures. Auteur : Adamenko M.V.
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Commentaires sur l'article : Vad La langue ne tourne pas pour appeler cet appareil simple. Alors Clone, Tracker... le chtoli le plus simple ?? Le plus simple est avec le gène sur NE555 et un K157UD2 à 20 cm par nickel.
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