Простейший металлоискатель своими руками / Хабр
Привет, Хабр! Что объединяет радиоприёмник, датчик охранной сигнализации, металлоискатель и музыкальный инструмент терменвокс? Прежде всего то, что все эти устройства реагируют на электрические и магнитные поля. А ещё многие из них имеют в своём принципе действия нечто общее.
Сегодня мы изучим историю и принцип работы металлоискателей, — индуктивных и ёмкостных датчиков, узнаем, что такое гетеродин, а также соберём и испытаем простой опытный экземпляр.
Началась эта история очень давно. В 1918 году изобретатель частотной модуляции в радиосвязи (благодаря которой мы можем слушать высококачественные стереопередачи на ультракоротких волнах), Эдвин Армстронг и Вальтер Шоттки, изобретатель одноимённого диода с малым прямым падением напряжения…
На самом деле, Вальтер Герман Шоттки полупроводникового диода не изобретал, зато разработал инновационную теорию о физических процессах в кристаллах, в частности, вакансиях атомов, предсказавшую эффект Шоттки, используемый в этих самых диодах.
А Эдвин Говард Армстронг сделал для мира радиосвязи очень много. Например, регенеративные и сверхрегенеративные приёмники с положительной обратной связью, позволявшие получить прекрасную чувствительность при малом количестве ламп, то есть, низкой цене и высокой доступности. Но надо отметить, что эти радиоприёмники капризны в настройке, а при неверной настройке могут излучать в эфир помехи, мешая окружающим радиослушателям. Что было особенно актуально в эпоху гигантских винтажных антенн, своим размером компенсировавших несовершенство электронной аппаратуры.
Ещё частотная модуляция впоследствии оказалась жизненно необходима для записи цифровой информации на магнитные носители. Так что без Армстронга не было бы и «винчестеров», они же накопители на жёстких дисках.
Как и на гибких, если вы помните, что такое дисковод.
Что такое QSL-карта, вы точно не помните. В противном случае — напишите комментарий. Радиолокаторами Армстронг занимался тоже, в том числе участвовал в проекте «Диана», положившем начало радиолокационной астрономии. Сигналы радара посылались в направлении Луны, и принимались как специалистами проекта, так и радиолюбителями.
Хотя это всё официальные версии. Для чего на самом деле были нужны огромные антенны HAARP и подобных проектов, у разных людей разные мнения. Можете поделиться своими.
▍ Супергетеродин
Так вот, в 1917-18 годах начальник полутора киловаттной радиостанции Эйфелевой башни Люсьен Леви (на фото слева) подал два патента на супергетеродинный радиоприёмник, который в 1918 году построил на базе идей Леви работавший тогда под его началом Эдвин Армстронг. Независимо от них, в 1918 супергетеродин изобрёл и Вальтер Шоттки, работавший в немецкой компании Siemens & Halske.
Супергетеродином называется радиоприёмник, в котором, кроме принимающего колебательного контура, имеется перестраиваемый синхронно с последним генератор — гетеродин. Смешение его сигнала с усиленным сигналом радиочастоты приводит к появлению двух сигналов.
Частота первого является суммой двух частот и не используется, фильтры её подавляют. Зато второй сигнал, частота которого является разностью частот входного сигнала и гетеродина, проходит через фильтр промежуточной частоты, и далее на детектор и усилитель звуковой частоты.
Такая система позволяет значительно повысить чувствительность и избирательность радиоприёмника, так как тракт промежуточной частоты не требуется перестраивать, и его можно реализовать очень прецизионно. Например, с использованием кварцевых или керамических резонаторов.
Сам принцип гетеродина открыт ещё раньше. В 1901 году канадец Реджинальд Обри Фессенден изобрёл и использовал гетеродин, разность частоты которого с частотой принимаемого сигнала лежала в звуковом диапазоне.
А уж сам факт биений с разностной частотой при сложении двух колебаний известен ещё с древности. История его открытия теряется далеко в веках. Биения помогают настраивать музыкальные инструменты. Например, гитары и другие струнные щипковые настраивают по биениям между открытой струной и соседней, прижатой на определённом ладу, а также по флажолетам над определёнными ладами.
Причём настройщики фортепиано и других гармоник придерживаются не пифагорейских чистых квинт и чистых октав, то есть, не настраивают струны и другие генераторы тона до прекращения биений, а отсчитывают определённое число биений в секунду. Так добиваются нужного строя.
Например, современной равномерной темперации, позволяющей легко транспонировать и модулировать музыкальные фрагменты и произведения из тональности в тональность. Или хорошей темперации, которую любил Иоганн Себастьян Бах, и не любил равномерную.
Или чего-то другого, исторического либо экспериментального.
А самые точные на сегодня тюнеры, — приборы для настройки музыкальных инструментов, — используют стробоскопический эффект, либо его визуализацию на экране. Этот эффект тоже относится к числу явлений биений разностной частоты при сложении двух колебаний, даже если речь идёт о механических колебаниях струны и оптической модуляции яркости света.
▍ Терменвокс
В 1919-20 годах Лев Сергеевич Термен, будущий начальник и по совместительству заключённый той самой «шарашки», в которую попал Александр Солженицын, по мотивам чего впоследствии написал «В круге первом», изобрёл музыкальный инструмент этерофон, более известный как терменвокс. Он стал первым в мире ЭМИ — электронным музыкальным инструментом.
Напишите в комментариях, что на данном фото свидетельствует об использовании секретного атмосферного электричества. Это сейчас модно.
Как можно было изобрести музыкальный инструмент в лаборатории, где разрабатывались ёмкостные датчики для научных и охранных целей? — Почти просто.
Ведь терменвокс и является ёмкостным датчиком. Вот только для того, чтобы увидеть и услышать в датчике инструмент, нужно любить музыку и быть музыкантом. А Термен, выпускник Петербургской консерватории по классу виолончели, музыку очень любил.
Терменвокс в классическом виде представляет собой два электронных генератора, колебательный контур одного из которых подключён к антенне. Поднося к ней руку, можно изменять частоту колебаний, и, таким образом, получается музыкальный тон разностной частоты, детектируемый и усиливаемый звуковоспроизводящей аппаратурой. То есть, терменвокс — это супергетеродин.
Вторая антенна работает таким же образом, и служит для управления громкостью звука, позволяя делать виртуозные амплитудные вибрато, они же тремоло. Терминологические холивары о том, что называть вибрато, а что тремоло, среди музыкантов весьма популярны, хотя и не настолько, насколько дискуссии о том, кто из звёздных музыкантов не умеет играть на своём инструменте.
Зато гораздо популярнее споров, на тему, какая темперация лучше. Последние — удел избранных.
Что до терменвоксов, то большинство их моделей вообще не предоставляют музыканту фиксированного звуковысотного ряда. Высота ноты целиком зависит от исполнителя. И только немногие терменвоксы реализуют квантование частоты, проще говоря, автотюн.
На сегодня самым успешным серийным производителем терменвоксов является компания Роберта Моуга — пионера и непревзойдённого изобретателя аналоговых синтезаторов.
На фото он с Кларой Рокмор, ведущей мировой исполнительницей на терменвоксе.
А здесь Бильбо Бэггинс с Кольцом Власти демонстрирует инновационный полотенцесушитель, работающий от атмосферного электричества. Внутри кафедры находится тайник с амальгамой красной ртути.
На самом деле это Боб Моуг играет на терменвоксе. Хотя предки Льва Сергеевича Пьер Этьен и Франсуа Клод Термен были известными ювелирами, и с амальгамой работали.
Их работы хранятся в Лувре, Эрмитаже и Оружейной палате. Например, этот скипетр Георгия XII.
▍ Металлоискатель
А если внешнее воздействие приложено не к ёмкости колебательного контура через антенну, а к его индуктивности, получается, соответственно, не ёмкостный, а индуктивный датчик, то есть металлоискатель. С помощью которого можно найти сокровища наподобие скипетра, либо просто металлолом. Что тоже интересно.
Свист в наушниках металлоискателя — это и есть биения, образуемые расстройкой контура с катушкой датчика относительно эталонного. А расстройку через изменение индуктивности вызывает находящийся вблизи катушки металлический предмет.
Один из самых простейших вариантов металлоискателя мы сейчас соберём. Как обычно, из набора с Алиэкспресс.
Приятно держать в руках катушки индуктивности, изготовленные методом печатного монтажа. Это не только ощущение прикосновения к современным технологиям, но и стабильность параметров благодаря жёсткости конструкции.
Стабильность повторяемая, так как печатные платы изготавливаются серийно с высокой точностью.
На фото два конденсатора плёночные, а мне досталась более дешёвая версия набора, где все конденсаторы, кроме оксидного, он же электролит, керамические дисковые «флажки». Немного обидно, но не смертельно. Работать будет.
▍ Изучаем схему
На схеме мы видим не два, а всего лишь один LC генератор на транзисторе Q1. Параллельный колебательный контур образован индуктивностью L1 и ёмкостью С3. L2 — катушка обратной связи, C2 — её развязка по постоянному току. R1 — резистор смещения, задающий режим Q1, а С1 — фильтр питания.
Секрет схемы состоит в подстроечном резисторе W. Его сопротивление задаёт коэффициент усиления каскада на Q1, и установить движок этого подстроечника при настройке прибора следует так, чтобы генерация находилась на краю срыва.
На транзисторах Q2 и Q3 собран детектор. Когда генератор работает, и амплитуда колебаний в контуре L1C3 превышает 0.6 вольта (это порог открытия кремниевого транзистора Q2, он же напряжение прямого смещения эмиттерного перехода), Q2 открывается отрицательной полуволной и разряжает конденсатор C4.
При этом Q3 закрыт, и зуммер не звучит.
Когда колебательный контур испытывает отток энергии на какой-либо металлический предмет, мощности вынужденных колебаний в контуре перестаёт хватать для функционирования обратной связи. Генерация срывается, Q3 закрывается, C4 заряжается, открывается Q3. Появляется питание зуммера, и он пищит, сигнализируя о присутствии обнаруженного металла.
Отметим, что это самозвучащий зуммер, устроенный подобно автомобильному звуковому сигналу. Принцип действия предельно прост. Электромагнит притягивает мембрану, которая разрывает цепь электромагнита. Ток в катушке прерывается, исчезает магнитное поле. Мембрана возвращается назад, снова касается контакта. Замыкается цепь, и всё повторяется заново.
▍ Сборка и испытание
Как работает этот игрушечный металлоискатель, а также состав набора и процесс сборки, можно посмотреть на видео.
Прибор, то пронзительно и противно орёт, то модулированно пищит, подобно пению птиц.
Что высоко оценили все мои кошки, которых у меня много. При каждом эксперименте с металлоискателями они собирались вокруг, как будто происходит что-то величественное и очень интересное. Даже лазерная указка и кошачьи игрушки проигрывают по привлекательности для пушистых разбойников этому забавному устройству.
Металлоискатель действительно реагировал на все имеющиеся в моём распоряжении металлы, ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики, включая ртуть.
▍ Выводы
В очередной раз, набор удалось собрать без проблем, и устройство сразу заработало. Потому надо продолжать покупать и собирать радиоконструкторы. Потому что травить и сверлить платы всегда будет некогда.
Расскажите в комментариях о своём опыте постройки и применения металлоискателей, а также электронных музыкальных инструментов и радиоприёмников. Лично я в 1990-х годах построила примерно десяток приёмников, в том числе супергетеродинов и ламповых, и переделала несколько телевизоров, путём замены лампового ПТК на полупроводниковый селектор, что придавало аппарату удобство настройки и добавляло дециметровый диапазон.
А электронная музыка и гитарные эффекты — моё сегодняшнее хобби.
И коль скоро речь зашла о металлоискателях, давайте не забывать, что поиски различных предметов на разных территориях регламентируются законами, а также могут привлечь нежелательное внимание лиц, эти законы нарушающих. Будем подходить к хобби честно и ответственно.
Спасибо за внимание! В следующий раз изучим и соберём ещё что-нибудь электронное.
Простой металлоискатель на логике | Радиолюбитель — это просто
Опубликовано автором Moldik
Схема это «прибора» построена на распространенной логической микросхеме К176ЛЕ5 (аналог CD4001) которую можно заменить на К176ЛА7 (аналог CD4011).
Это устройство предназначено в первую очередь для поиска скрытой проводки, гвоздей в стене или потерянных вещей в песке в известном месте, можно использовать даже как пинпоинтер, по пляжу с таким устройством не походишь, но свои функции оно выполняет.
Схема работает по принципу Beat Frequency Oscillator (BFO), сложение сигналов двух высокочастотных генераторов и выделение разности, частота которой лежит в звуковом диапазоне, при перестройке одного из генераторов, происходит изменение частоты звука в головных телефонах. Первый генератор металлоискателя построен на элементах DD1 и DD2, его частота зависит от ёмкости конденсатора C1 и индуктивности поисковой катушки L1, второй собран на элементах DD3-DD4 этой же микросхемы и настраивается резисторами R1-R2, разносный сигнал детектируется диодами VD1-VD2 включенных по схеме удвоения напряжения. Далее, звуковой сигнал поступает на базу транзистора VT1 для усиления и передачи в наушники.
Катушка L1 — самый ответственный элемент прибора, это если не серце, как минимум ноги прибора и без нее никуда не пойдешь. Мотается катушка эмалевым проводом 0,5мм и содержит 22 витка, Диаметр катушки 20см. Катушку следует изолировать, качество изоляции имеет важное значение! Поверх катушки наматывается из фольги экран, экран должен иметь разрез порядка 1-2см (не должен быть замкнут, иначе получится коротко замкнутый виток) и подключается экран на землю (см.
схему). Катушку можно оформить в виде круга или элипса (в последнем случае увеличивается точность определения место нахождения находки по узкой стороне элипса), закатать ее в эпоксидку или пластик, для увеличения устойчивости к внешним механическим повреждениям. Естественно катушку необходимо закрепить на штанге или корпусе самого прибора — опять вариантов много остановить может только фантазия. В случае крепления крепления на штанге, подключение катушки следует делать экранированным проводом, иначе сам провод будет работать как част катушки и резко уменьшит чувствительность прибора.
реклама
Микросхему (как я уже написал) можно использовать любую из К176ЛЕ5 (аналог CD4001) или К176ЛА7 (аналог CD4011), к остальным элементам схемы никаких особых требований не предъявляется кроме исправности конечно.
Налаживание:
Сразу хочу оговорится, налаживание любого металлодетектора необходимо производить в дали от каких либо металлических предметов, это залог успеха, обычно выбирают место где нет ничего металлического в радиусе как минимум 1м.
Т.е. если вы настраиваете свой прибор на деревянном столе в котором под столешницей закручен шуруп в полку, вам быстрее всего не удастся адекватно настроить прибор, не будет чувствительности или вообще не будет работать или что вероятнее всего, прибор будет реагировать на все неадекватно.
реклама
— Устанавливаем движки переменных резисторов R1, R2, R5 в среднее положение и подбором емкости С1 добиваемся сигнала в наушниках.
— При приближении к металлу — звук должен меняться, в низкую или высокую сторону (зависит от магнитной проницаемости металла), проверить стоит и на черном и на цветном металле
— При наличии частотомера можно добиться максимально качественной настройки прибора: необходимо подбором С1 настроить разницу между частотами с выхода 11 и 3 микросхемы в 500-800Гц.
R2, R2 — это чувствительность прибора — чем ниже частота в наушниках до проведения поиска — ем выше чувствительность.
R5 — громкость в наушниках.
Это не все, это металлоискатель (точнее его схема) имеет множество вариантов схем и с достаточно хорошими характеристиками.
Без рубрики
Архивы простых проектов своими руками — Импульсные индукционные металлодетекторы
Цифровой мультиметр ArduinoДобавлена версия Premium 2.0.0 Новая версия 2.0.0 поддерживает USB-соединение с кабелем OTG. Для получения дополнительной информации нажмите кнопку «перейти на версию 2.0.0». Перейти к версии 2.0.0 Описание Arduino Multimeter — это проект, основанный на микроконтроллере Arduino и смартфоне. Это легко сделать и не требует много компонентов. Просто следуйте инструкциям…
Подробнее »
Жесткие диски старого образца (не твердотельные накопители) используют очень хорошие бесколлекторные двигатели BLDC. И часто бывает так, что сам пропеллер сгорел, а двигатель работает нормально и выкинуть жалко. Бесщеточные двигатели более долговечны, чем обычные щеточные двигатели, поскольку они не имеют коммутатора — щеточного коммутатора. Выходы Arduino питают …
Подробнее »
Используя устройство, вы можете удаленно управлять светодиодной лентой RGB (или светодиодами RGB) Android через любое устройство Android со встроенным модулем Bluetooth.
Отличительной особенностью данного проекта является простота аппаратной и программной части системы, включающей в себя Bluetooth-контроллер, портативное Android-устройство с установленным приложением (смартфон, планшет), выполняющее функции …
Подробнее »
Это, пожалуй, самый простой частотомер, построенный на микроконтроллере ATtiny2313. Он позволяет измерять частоты до 10 МГц в четырех автоматически переключаемых диапазонах. Наименьший диапазон имеет разрешение 1 Гц. Технические характеристики частотомера Полоса 1: 90,999 кГц, разрешение 1 Гц. Полоса 2: 99,99 кГц, разрешение до 10 Гц. Диапазон 3: 999,9 кГц, разрешение до 100 Гц. Диапазон 4: …
Подробнее »
В мире радиолюбителей, особенно при ремонте и сборке новых приборов, необходимо иметь прибор для измерения емкости и индуктивности, этот прибор называется LC-метр. Сегодня в Интернете можно найти множество схем таких устройств, сложных и очень объемных.
Но вы можете создать свой собственный измеритель LC. Почти все LC метр …
Подробнее »
Конденсаторыработают без проблем, но иногда возникают перебои с питанием или неисправности. Если проблема в шуме, то есть простое решение, просто добавьте больше конденсаторов. Но если это не сработает, что пошло не так? Корень проблемы в том, что мы считаем конденсаторы идеальными устройствами, но это не так. Эти неожиданные результаты обусловлены внутренним сопротивлением или его эквивалентом…
Подробнее »
Учитывая низкий КПД регулятора LM317 и большое тепловыделение, предполагается сделать новый регулируемый регулируемый блок питания. При поиске на веб-сайте вы обнаружите, что во многих регулируемых стабилизаторах напряжения используется микросхема LM2596. Импульсный блок питания, высокий КПД преобразования (более 85%), малое тепловыделение (тепло практически не ощущается при …
Подробнее »
Простой автомобиль, объезжающий препятствия своими руками Этот простой автомобиль, объезжающий препятствия, использует ультразвуковые волны для измерения расстояния и определяет направление движения автомобиля в соответствии с измеренным расстоянием.
Упрощенная обработка препятствий, избегая, пока есть препятствия, поверните направо. Для экономии затрат используется только один ультразвуковой волновой модуль, поэтому избегают только объекты перед препятствиями. Автомобиль …
Подробнее »
Индукционные весы Металлоискатели Архивы
«Schatzsuche mit Metalldetektoren» Андреаса Гатовски — это книга на немецком языке, которая была впервые опубликована в 1990 году. Книга охватывает различные аспекты поиска металла, включая историю поиска металла, различные типы доступных металлодетекторов, а также советы и методы для успешного поиска металла. охота за сокровищами. Книга разделена на несколько глав, каждая из которых посвящена определенному аспекту …
Подробнее »
Admiral Wave — металлоискатель производства Treasure Products, компании, которая специализируется на оборудовании для обнаружения металлов. Admiral Wave предназначен для использования как начинающими, так и опытными охотниками за сокровищами и позиционируется как универсальный и универсальный детектор.
Одной из основных особенностей Admiral Wave является его способность обнаруживать широкий спектр металлов, …
Подробнее »
Введение Металлодетекторы — это устройства, используемые для обнаружения присутствия металла. Они работают, отправляя электромагнитное поле в землю и обнаруживая любые нарушения в этом поле, вызванные металлическими предметами. Дискриминация — это функция некоторых металлодетекторов, которая позволяет пользователям отфильтровывать нежелательные металлы и сосредоточиться на поиске определенных типов металлов. В этом …
Подробнее »
Схема металлодетектора Металлодетекторы можно разделить на основе их принципа действия на следующие три категории: BFO, TR/IB и PI. Каждый из этих методов имеет как преимущества, так и недостатки. Идеальный металлоискатель (не ищите его, потому что его не существует). Вы должны воспользоваться всеми преимуществами всех методов, устранив их недостатки.
Однако детектор должен быть чувствительным …
Подробнее »
Металлоискатель BT1e Импульсный детектор BT1e представляет собой полностью переработанную версию BT1, в которую были включены все предыдущие усовершенствования. Наиболее значительные улучшения относятся к каскаду драйвера силового транзистора и интеграции интерфейса ISP. BT1 появился по двум причинам. С одной стороны от более интенсивного изучения …
Подробнее »
Простой металлоискатель для начинающих Ранее мы рассмотрели различные схемы металлоискателей. Их можно посмотреть во вкладке «Схемы для радиолюбителей/металлоискателей». Сегодня мы рассмотрим простую схему металлоискателя с довольно неплохими характеристиками. Схема построена на одной микросхеме, включающей в себя четыре операционных усилителя. Схема этого простого металлоискателя для …
Подробнее »
простой металлоискатель с 2 NE555 Многие радиолюбители мечтают собрать своими руками простой металлоискатель для поиска кладов.