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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Détecteur de métaux à impulsions avancé sur microcircuits. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / détecteurs de métaux Comme les autres types de détecteurs de métaux, les détecteurs de métaux de type PI (Pulse Induction) sont en constante amélioration. Grâce à l'utilisation de nouvelles solutions de circuit, il est possible d'obtenir une sensibilité encore plus élevée de ces dispositifs. Selon l'auteur, la conception de l'appareil proposé est assez compliquée pour la répétition par des radioamateurs novices. De plus, certaines difficultés peuvent survenir lors du réglage de cet appareil. Il est nécessaire de porter une attention particulière au fait que des erreurs lors de l'installation et un réglage incorrect de l'appareil peuvent entraîner la défaillance d'éléments coûteux. Diagramme schématique Le schéma de principe du détecteur de métaux à impulsions amélioré proposé peut être divisé en deux parties, à savoir : l'unité émettrice et l'unité réceptrice. Malheureusement, le volume limité de ce livre ne nous permet pas de nous attarder en détail sur toutes les caractéristiques des solutions de circuit utilisées pour créer cet appareil. Par conséquent, les bases du fonctionnement des nœuds et des cascades les plus importants seront examinées ci-dessous. Comme déjà mentionné, ce détecteur de métaux est une version améliorée de l'appareil décrit dans la section précédente de ce chapitre. Certaines modifications ont affecté le module de mise en forme et de synchronisation des impulsions, l'émetteur et le convertisseur de tension. Le schéma de bloc du récepteur a subi des modifications plus importantes (Fig. 3.18). L'unité émettrice comprend un module de mise en forme et de synchronisation des impulsions, l'émetteur lui-même et un convertisseur de tension.
Le composant principal de l'ensemble de la conception est le module de mise en forme et de synchronisation des impulsions, réalisé sur le microprocesseur AT1C89 de type IC2051 d'ATMEL et assurant la formation d'impulsions pour l'émetteur, ainsi que des signaux qui contrôlent le fonctionnement de toutes les autres unités. La fréquence de fonctionnement du microcontrôleur IC1 est stabilisée par un résonateur à quartz (6 MHz). A la valeur spécifiée de la fréquence de fonctionnement, le microprocesseur génère une séquence périodique d'impulsions de commande pour différents étages du détecteur de métaux. Initialement, une impulsion de commande pour le transistor T1 est générée à la sortie de IC14/6 du microprocesseur, après quoi une impulsion similaire est générée à la sortie de IC1/15 pour le transistor T7. Ce processus est ensuite répété une fois de plus. En conséquence, le convertisseur de tension démarre. En outre, séquentiellement sur les conclusions de IC1/8, IC1/7, IC1/6, IC1/17, IC1/16 et IC1/18, les impulsions de démarrage de l'émetteur sont formées. Dans ce cas, ces impulsions ont la même durée, mais chaque impulsion suivante est retardée par rapport à la précédente de plusieurs cycles. Le début de la première impulsion générée sur la broche IC1/8 coïncide avec le milieu de la deuxième impulsion sur la broche IC1/15. A 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 après la fin de l'impulsion sur la broche IC1/18, une courte impulsion stroboscopique pour l'amplificateur de l'analyseur est générée sur la broche IC1/2. Contrairement au circuit considéré précédemment, dans ce dispositif, une deuxième impulsion d'échantillonnage est formée à la même sortie du microcontrôleur après plusieurs cycles. De plus, les sorties du microprocesseur IC1/12 et IC1/13 génèrent des signaux de commande pour les transistors T31 et T32 de l'unité de réception. Le milieu de l'impulsion de commande du transistor T31 coïncide avec le milieu de la première impulsion de grille sur la broche IC1/2, mais la largeur d'impulsion sur la broche IC1/12 est presque deux fois plus longue. Dans ce cas, l'impulsion indiquée a une polarité négative. Le début du signal d'impulsion de commande à la broche IC1/13 coïncide presque avec le milieu de la deuxième impulsion à la broche IC1/14 du microcontrôleur, mais il se termine quelques cycles après la fin de la deuxième impulsion stroboscopique générée à la broche IC1/2 . Puis, en sortie de IC1/11, un signal de commande est généré pour le transistor T35 du circuit de signalisation acoustique de l'unité réceptrice. 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 de +5 V, nécessaire pour alimenter les cascades de la partie réceptrice. Les signaux de commande des transistors T7 et T8 sont générés sur les broches correspondantes du microcontrôleur IC1, tandis que ce signal est envoyé au transistor T8 via un convertisseur de niveau monté sur le transistor T6. De plus, la tension d'alimentation générée est stabilisée par le microcircuit IC3, à partir de la sortie duquel la tension +5 V est fournie aux étages récepteurs. 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. Comme dans le détecteur de métaux considéré dans la section précédente, l'impulsion générée par le microprocesseur IC1 conformément au programme stocké dans sa mémoire est transmise à travers le commutateur à l'entrée du transistor T5 et plus loin, à travers le transistor T4, à la sortie étages 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 surface de Foucault sont excités à sa surface sous l'influence d'un champ électromagnétique externe initié par l'impulsion de l'émetteur. La durée de vie de ces courants dépend de la durée de l'impulsion émise par la bobine L1. Les courants de surface sont la source du signal d'impulsion secondaire, qui est reçu par la bobine L1, amplifié et envoyé au circuit d'analyse. Du fait 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 du signal d'impulsion secondaire dépend des propriétés du matériau à partir duquel l'objet métallique détecté est fabriqué. Le traitement des informations sur les différences de paramètres des impulsions émises et reçues par la bobine L1 fournit la formation d'informations pour l'unité d'indication sur la présence d'un objet métallique. L'unité de réception (Fig. 3.19) comprend un amplificateur de signal d'entrée à deux étages, des exemples d'amplificateurs de signal, un amplificateur analyseur, un filtre actif à bande étroite, un filtre basse fréquence, un circuit de génération de tension de polarisation, des circuits de commutation et un son circuit de signalisation.
Le signal provenant d'un objet métallique est reçu par la bobine L1 et, à travers un circuit de protection réalisé sur les diodes D1 et D2, est envoyé à un amplificateur de rétroaction capacitif à deux étages d'entrée réalisé sur les amplificateurs opérationnels IC31 et IC32. À partir de la sortie de la puce IC32 (broche IC32 / 6), le signal d'impulsion amplifié est envoyé à l'amplificateur de l'analyseur basé sur la puce IC33. Pendant le fonctionnement de l'appareil, l'amplificateur IC33 est constamment éteint et la tension d'alimentation ne lui est appliquée que lorsque des impulsions stroboscopiques arrivent à l'entrée correspondante (sortie IC33 / 8). A la fin de la tension d'alimentation en sortie de l'amplificateur (broche IC33/5), pendant plusieurs secondes, le niveau du signal reçu est maintenu, fixe lors de l'exposition aux impulsions stroboscopiques. Le temps de rétention du niveau du signal dépend de la capacité du condensateur C65. Ainsi, le signal d'impulsion reçu est appliqué à une entrée de l'amplificateur (broche IC33 / 3), et l'impulsion de grille correspondante du module de mise en forme et de synchronisation des impulsions (broche IC33 / 8) est fournie à la deuxième entrée (broche IC64 / 1 ) à travers les condensateurs C2. Ensuite, le signal sélectionné passe à travers un filtre actif, réalisé sur l'élément IC34a et accordé sur une fréquence de 6 MHz. Pour obtenir les paramètres des éléments individuels de ce filtre indiqués dans le schéma de circuit, il est recommandé d'utiliser une connexion parallèle de résistances et de condensateurs. Ainsi, par exemple, la valeur de la capacité du condensateur C67 (0,044 µF) indiquée sur le schéma est obtenue en connectant deux condensateurs en parallèle d'une capacité de 0,022 µF chacun. Il convient de noter que lors de l'utilisation d'un élément de quartz Q1 avec une fréquence de fonctionnement autre que 6 MHz, les valeurs des éléments de filtre individuels doivent être recalculées. À partir de la sortie du filtre, le signal est envoyé à un détecteur synchrone, à l'entrée duquel un amplificateur inverseur avec un gain de 1, réalisé sur l'élément IC34b, est installé. Dans le même temps, en fermant les paires de contacts correspondantes du microcircuit IC37 (bornes IC37 / 1,2 et IC37 / 3,4), le signal négatif fourni au circuit d'intégration avec le condensateur C71 est commuté. Les signaux de commande du microcircuit IC37 sont formés par des cascades réalisées sur les transistors T31-T33. De la sortie du circuit d'intégration, le signal d'impulsion passe à l'entrée de l'étage d'amplification, qui est réalisé sur la puce IC35 et remplit simultanément les fonctions d'un filtre passe-bas. La chute de tension en sortie de l'amplificateur opérationnel (broche IC35/6) entraîne l'ouverture du transistor T34 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 T35, un signal de fréquence audio sera entendu dans les téléphones. La résistance R77 limite le courant circulant dans le casque BF1. En le sélectionnant, vous pouvez régler le volume du signal acoustique. Le signal de la broche IC35/6 est également transmis à l'entrée d'un autre amplificateur opérationnel (broche IC36/2), dont le travail consiste à réinitialiser le signal de sortie. Son utilisation s'explique par le fait qu'à la sortie du microcircuit IC33, un signal de sortie variable dans le temps sera formé même en l'absence d'objets métalliques dans la zone de couverture de la bobine de recherche L1, de sorte que l'amplitude du signal résultant sera différente à partir de zéro. À l'aide de la résistance R86, une tension de polarisation est appliquée à l'entrée du deuxième étage d'amplification (broche IC32 / 2) précisément au moment où la première impulsion stroboscopique arrive. Le niveau de tension de polarisation requis dépend du niveau du signal de sortie sur la broche IC35 / 6, sa formation est assurée par le circuit d'intégration C73, R78-R80 et l'étage amplificateur sur la puce IC36. Le circuit de génération de tension de polarisation ne fonctionne que lors de la fermeture des contacts correspondants de la puce IC37 (broches IC37/9,8). La durée de ce segment temporel est de trois cycles. Dans ce cas, les signaux de commande du microcircuit IC37 proviennent de cascades réalisées sur les transistors T31-T33. Ceci assure le nivellement des niveaux des signaux générés au moment de l'arrivée des première et deuxième impulsions d'échantillonnage. En appuyant sur le bouton S2, le temps du processus de mise à zéro peut être considérablement réduit. Détails et fabrication Toutes les parties de l'appareil considérées (à l'exception de la bobine de recherche L1, de l'interrupteur P1, de l'interrupteur S1 et du bouton S2) sont situées sur une carte de circuit imprimé (Fig. 3.20) aux dimensions de 95x65 mm, en feuille double face getinax ou textolite.
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. Il convient de noter que pour atteindre les paramètres des éléments individuels indiqués sur le schéma de circuit, une connexion parallèle des résistances et des condensateurs doit être utilisée (Fig. 3.21). Un espace supplémentaire est prévu sur la carte de circuit imprimé pour loger de tels éléments.
Des puces comme LF356 (IC31, IC32) peuvent être remplacées par LM318 ou NE5534, cependant, à la suite d'un tel remplacement, des problèmes de réglage peuvent survenir. En tant qu'amplificateur IC35, en plus du microcircuit de type IL071 indiqué sur le schéma, vous pouvez utiliser les microcircuits CA3140, OP27 ou OP37. Le type de puce R061 (IC36) est facilement remplacé par CA3140. En tant que transistors T1-T3, en plus de ceux indiqués dans le schéma de circuit, des transistors de type BU2508, BU2515 ou ST2408 peuvent être utilisés. La fréquence de fonctionnement du résonateur à quartz doit être de 6 MHz. Vous pouvez utiliser n'importe quel autre élément en quartz avec une fréquence de résonance de 2 à 6 MHz. Cependant, dans ce cas, il faudra recalculer les paramètres des éléments filtrants réalisés sur l'élément IC34a. 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 conception de cette bobine n'est pratiquement pas différente de la conception de la bobine de recherche L1 utilisée dans le détecteur de métaux discuté dans la section précédente. Il 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 courants de Foucault parasites augmenteront encore plus rapidement, ce qui entraînera une détérioration de la sensibilité de l'appareil. Il convient de rappeler qu'il est déconseillé d'utiliser du fil verni pour la fabrication de la bobine L1, car la différence de potentiel entre spires adjacentes lors de l'émission d'une impulsion atteint 20 V. Si, lors de l'enroulement des spires de la bobine, il y a conducteurs à proximité, par exemple, les premier et cinquième tours, la rupture d'isolation est pratiquement garantie. À son tour, cela peut entraîner une défaillance des transistors de l'émetteur et d'autres éléments. Par conséquent, le fil utilisé dans la fabrication de la bobine L1 doit être au moins isolé en PVC. La bobine finie est également recommandée pour être bien isolée. 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 rechargeable d'une capacité d'environ 1 Ah comme source d'alimentation pour B2, car le courant consommé par ce détecteur de métaux dépasse 200 mA. La carte de circuit imprimé avec les éléments situés dessus et l'alimentation sont placés dans n'importe quel boîtier approprié. L'interrupteur P1, les connecteurs pour le casque BF1 et la bobine L1, ainsi que l'interrupteur S1 et le bouton S2 sont installés sur le couvercle du boîtier. Établissement Cet appareil doit être réglé dans des conditions où tout objet métallique est retiré de la bobine de recherche L1 à une distance d'au moins 1,5 m. La particularité du réglage et du réglage du détecteur de métaux en question est que ses blocs et cascades individuels sont connectés progressivement. Dans ce cas, chaque opération de connexion (soudure) est effectuée hors tension. Tout d'abord, il est nécessaire de vérifier la présence et l'amplitude de la tension d'alimentation aux broches correspondantes de la prise du microcircuit IC1 en l'absence de microcontrôleur. Si cette tension est normale, vous devez alors 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 sur ces broches 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 d'environ 50 mA. La tension aux bornes du condensateur C10 en l'absence de charge ne doit pas dépasser 20 V. Ensuite, vous devez connecter les étapes de l'émetteur. 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 étages de l'émetteur, vous pouvez tenir la bobine L1 près de votre oreille et mettre sous tension le détecteur de métaux. Environ une demi-seconde plus tard (après la réinitialisation du microcontrôleur), un signal de tonalité faible peut être entendu, dont l'apparition est due à la microvibration des spires individuelles de la bobine. Dans ce cas, une impulsion pointue non modulée d'une durée d'environ 1-3 µs sera formée sur les collecteurs des transistors T10-T20, dont la forme peut être contrôlée 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 résistance du shunt de la bobine L1, il n'est pas recommandé d'utiliser une résistance variable, car même une violation à court terme du contact du moteur avec la piste conductrice de courant peut endommager les transistors de sortie de l'émetteur. Par conséquent, il est souhaitable de modifier progressivement la valeur du shunt par pas de 50 ohms. Avant de remplacer des pièces, assurez-vous de couper l'alimentation électrique de l'appareil. Ensuite, vous pouvez procéder à la configuration de la partie réceptrice. Si toutes les pièces sont en bon état et que l'installation est effectuée correctement, après avoir allumé le détecteur de métaux (environ 20 μs après la fin de l'impulsion de démarrage), un signal augmentant de manière exponentielle peut être observé à l'aide d'un oscilloscope à la sortie de le microcircuit IC31 (broche IC31 / 6), se transformant en un signal de niveau constant. La distorsion de front de ce signal est éliminée en sélectionnant les résistances R1, R2 et R3, shuntant la bobine L1. Après cela, vous devez vérifier la forme et l'amplitude du signal à la sortie de la puce IC32 (broche IC32 / 6). L'amplitude maximale de ce signal est fixée en sélectionnant la valeur de la résistance R64. Lors du processus d'établissement de la tension de polarisation sur la broche IC32 / 2, un diviseur de tension séparé peut être fourni, qui peut être utilisé comme résistance variable avec une valeur nominale de 5-50 kOhm, connecté, par exemple, entre le IC32 / 4,7 broches. Le curseur du potentiomètre est connecté à la résistance R86. A la sortie de IC33 (broche IC33/5), on observe un signal rectangulaire dont l'amplitude est contrôlée par un potentiomètre connecté temporairement. Ensuite, vous devez contrôler les signaux aux sorties des éléments IC34a et IC34b. Dans ce cas, les sorties de IC34 / 6,7 doivent avoir les bonnes sinusoïdes. En conséquence, une tension constante est formée sur le condensateur C71, qui est alimenté à l'entrée du microcircuit IC35. Pendant le processus de réglage, vous pouvez observer la réaction de l'appareil à un changement de position du moteur d'un potentiomètre temporairement connecté, après quoi le diviseur R84, R85 doit être soudé à la place. Procédure de travail La procédure de travail avec le détecteur d'objets métalliques ne diffère pas de manière significative de l'utilisation du détecteur de métaux discuté dans la section précédente. Avant l'utilisation pratique de ce détecteur de métaux, interrupteur P1 pour régler le délai d'impulsion minimum. Si au cours du travail dans la zone d'action de la bobine de recherche L1 il y a un objet métallique, un signal acoustique apparaîtra dans les écouteurs. Le passage au mode de fonctionnement avec un délai d'impulsion plus long garantira l'exclusion de l'influence non seulement des propriétés magnétiques du sol, mais éliminera également la réaction de l'appareil à toutes sortes de corps étrangers (ongles rouillés, feuille de paquets de cigarettes, etc.) et la recherche futile qui s'ensuit. Auteur : Adamenko M.V.
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Commentaires sur l'article : Vladimir Cher, le moteur de recherche ne sera jamais un ingénieur en électronique. C'est deux en un pour deux vies... invité Et où puis-je trouver le firmware pour au moins l'ancienne version ? Sans ça, ce n'est qu'un schéma... ![[?]](https://diagram.com.ua/comments/smilies/query.gif){kind=small}
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