04.03.2020

Самодельный металлоискатель с дискриминацией металлов

Один из простых металлоискателей с дискриминатором «Megatron»

Вот краткие характеристики устройства
По принципу работы металлоискатель относится и импульсно-балансному.
Рабочая частота составляет 8-15 кГц.

Что касается режима дискриминации, тот тут используется двух тональная озвучка. При обнаружении железа устройство подает низкий сигнал, а если попадется цветной металл, тон будет высоким.

Питается аппарат от источника в 9-12В.

Также присутствует возможность регулировки чувствительности и есть ручная отстройка от грунта.

Ну а теперь о главном, о глубине обнаружения металлоискателя. Прибор способен обнаруживать монеты диаметром 25 мм на расстоянии в 35 см по воздуху. Золотое кольцо можно поймать на расстоянии 30 см. Каску прибор обнаруживает на расстоянии порядка 1-го метра. Максимальная глубина обнаружения составляет 150 см. Что касается потребления, то без звука это порядка 35 мА.

Материалы и инструменты для сборки:
– минидрель (у автора самодельная из моторчика);
– провод для наматывания катушки;
– четырех жильный экранированный кабель;
– паяльник с припоем;
– материалы для изготовления корпуса;
– печатная плата;
– все необходимые радиодетали и их номиналы можно увидеть на фото схемы.

Процесс изготовления металлоискателя:

Шаг первый. Изготовление платы
Плата изготавливается методом травления. Далее можно сверлить отверстия, их диаметр составляет 0.8 мм. Для этих целей автор использует маленький моторчик с установленным сверлом.

Шаг второй. Сборка платы
Сборку нужно начинать с впаивания перемычек. После этого можно устанавливать панели под микросхемы и прочие впаивать прочие элементы. Очень важно иметь для качественной сборки тестер, который может замерить емкость конденсаторов. Поскольку в приборе используется два одинаковых канала усиления, то усиление по ним должно быть как можно ближе к одному значению, то есть быть одинаковым. На обоих каналах одного каскада должны быть одинаковые показания при измерении тестером.

Как выглядит уже собранная схема, можно увидеть на фото. Автор не стал устанавливать узел, определяющий степень разрядки аккумулятора.

После сборки плату нужно проверить тестером. Нужно подключить к ней питание и проверить все стратегически важные входы и выходы. Везде питание должно быть точно таким, как на схеме.

Шаг третий. Собираем катушку
Датчик DD собирается по тому же принципу, что и для всех подобных балансников. Передающая катушка обозначается буквами TX, а приемная RX. Всего нужно сделать 30 витков проводом, сложенным вдвое. Провод используется эмалированный, диаметром 0.4 мм. И приемная, и передающая катушка формируются двойными проводами, в итоге на выходе должно получиться четыре провода. Далее тестером нужно определить плечи обмоток и соединить начало одного плеча с концом другого, в итоге образуется средний вывод катушки.

Для фиксирования катушки после наматывания нужно хорошо обмотать нитками и затем пропитать лаком. После того как лак засохнет, катушки обматываются изолентой.

Впоследствии сверху делается экран из фольги, между началом и концом нужно сделать зазор порядка 1 мм, чтобы избежать короткозамкнутого витка.

Средний вывод ТХ необходимо подключить к земле платы, иначе не запустится генератор. Что касается среднего выхода RX, то он нужен для настройки по частоте. После настройки резонанса его нужно заизолировать и приемная катушка превращается в обычную, то есть без вывода. Что касается приемной катушки, то ее подключают вместо передающей и настраивают на 100-150 Гц ниже, чем предающая. Каждую катушку нужно настраивать отдельно, при настройке возле катушки не должно быть никаких металлических предметов.

Чтобы свести баланс, катушки сдвигают, как можно увидеть на фото. Баланс должен находиться в пределах 20-30 мв, но не более 100 мв.

Рабочие частоты прибора находятся в пределе от 7 кГц, до 20 кГц. Чем ниже будет частота, тем глубже будет брать прибор, но при низкой частоте дискриминация становится хуже. И наоборот, чем выше частота, тем лучше дискриминация, но при этом меньше глубина обнаружения. Золотой серединой можно считать частоту 10-14 кГц.

Для подключения катушки используется четырех жильный экранированный провод. экран подключается к корпусу, два провода идут идут на передающую катушку и два на приемную.

Ну а в заключении останется лишь настроить прибор. При положении ручки дискриминатора на минимуме, прибор должен видеть все цветные металлы. Далее при накручивании дискриминатора должны вырезаться все металлы по порядку до меди, но медь вырезаться не должна. Если прибор работает именно так, как описано, значит, он собран верно.

Металлоискатель с дискриминацией металлов

Для поиска клада в развалинах замка, крепежных деталей в строительных конструкциях и решения других практических задач можно сделать металлоискатель с дискриминацией металлов своими руками. В этой публикации рассмотрены преимущества и недостатки разных конструкций. Практические рекомендации помогут правильно собрать и настроить функциональный измерительный прибор.

Общее устройство металлоискателя

Это устройство работает на принципах изменения характеристик электромагнитного поля при появлении в рабочей зоне посторонних предметов. Классическая схема подразумевает использование следующих компонентов:

генератор, создающий колебания в определенном диапазоне частот;
индукционная катушка;
приемник с усилительным трактом;
блок дешифровки сигналов;
визуальные и звуковые индикаторы;
каркас, на котором закреплены рабочие компоненты установки.

Катушка

Этот функциональный элемент одновременно излучает и принимает электромагнитные волны. Чтобы сделать качественную самоделку, следует изучить фабричные аналоги. Опытные специалисты рекомендуют обращать внимание на следующие детали:

круглые модели обеспечивают большую область покрытия;
овальные – удобнее в эксплуатации;
установкой крупной катушки можно увеличить эффективность поиска (рабочую глубину) на 15-25%;
маленькие – обеспечивают узкую диаграмму направленности, что упрощает детекцию нескольких мелких предметов;
лучшую равномерность рабочей зоны в форме цилиндра создает сдвоенная катушка (D-D);
кольцеобразная катушка отличается конусообразной диаграммой направленности.

Читать еще: Сверлильный станок по металлу своими руками

Электронная схема

В простейших устройствах на одной компактной печатной плате устанавливают генератор и приемник, блок питания. Фиксируют изменения поля с помощью сигнала звуковой частоты.

Более сложные схемы металлоискателей с дискриминацией обеспечивают динамическую обработку поступающей информации. Такие приборы способны определить разницу между стальным шурупом и серебряной монетой. Эта селективность значительно повышает эффективность поиска, потому что автоматически устраняет бесполезные трудоемкие земляные работы.

Принцип действия

Генератор вместе с катушкой индукции создает направленное электромагнитное поле определенной формы. Попадание в рабочую область посторонних предметов изменяет силу тока в замкнутом контуре. Это явление фиксирует приемник. Наибольшие возмущения поля вызывают предметы с проводящими и ферромагнитными свойствами.

В блоке обработки устраняются посторонние шумы, и выделяются полезные сигналы. Далее они поступают на устройства индикации. Элементами настройки устанавливают чувствительность и другие параметры детектора.

Разновидности металлодетекторов

Изделия этой категории делят по целевому назначению и другим важным характеристикам на следующие группы:

грунтовые (стандартные и глубинные);
подводные – с надежной герметизацией электронных блоков;
дискриминаторы – детекторы, обеспечивающие селективный поиск;
узкоспециализированные модели для поиска драгоценных металлов;
охранные и военные;
промышленные серии – предназначены для контроля отдельных технологических операций.

Основные параметры

Для определения подходящих критериев самодельной конструкции необходимо изучить базовые технические параметры.

Глубина обнаружения

Эти данные не всегда приведены в сопроводительной документации. Даже при указании глубины в техническом паспорте не следует понимать это значение, как определенную величину. Дело в том, что для контрольных измерений пользуются равномерным составом почвы, поддерживают стабильность температуры и влажности. В реальной ситуации природные и другие внешние факторы значительно ухудшат результаты, полученные в идеальных условиях.

К сведению. Качественные фабричные металлоискатели способны обнаружить изделие из проводящего материала на глубине 1,5-3 м. «Глубинные» модификации действуют до 5-6,5 метра максимум.

Частота работы

Увеличить глубину поиска можно с применением сниженной частоты. В этом случае значительно ухудшается избирательность рабочего процесса. Однако длинные волны огибают мелкие предметы, что сопровождается ухудшением чувствительности.

К сведению. В профессиональных металлоискателях пользователь может выбирать из более, чем двух десятков разных частот. При таком оснащении упрощается выбор оптимального режима исследований в определенных условиях.

Самостоятельная сборка металлоискателя

Не обязательно получится идеальный внешний вид при создании изделия собственными руками. Тем не менее, хорошую функциональность на современной элементной базе создать не слишком сложно. Ниже рассмотрена модель с функцией дискриминации. Она способна различить алюминиевую пробку и фольгу сигаретной пачки, дешевые копейки из сплавов и ценные золотые монеты.

Конструкция

Катушку делают из двух спиральных обмоток (18 и 24 витка) с размерами по внешнему радиусу 21 и 16 мм, соответственно. Для нанесения разметки и создания каркаса применяют основу из материала с немагнитными свойствами. Герметизация эпоксидной смолой или другим составом продлит срок службы.

Материалы, детали и заготовки

Для катушки подойдет стандартный трансформаторный провод из меди диаметром 0,6-0,9 мм. Блок управления собирают на стандартных микросхемах. Основные узлы – процессор и преобразователь частоты MCP3201. Стабилитроны, транзисторы и другие электронные компоненты указаны на чертеже (картинка выше).

Порядок сборки и дизайн

Для надежного закрепления функциональных блоков подбирают подходящую прочную штагу. Блок электроники рекомендуется поместить в герметичном корпусе, чтобы предотвратить короткие замыкания в неблагоприятных погодных условиях. Оформление выполняют с учетом личных предпочтений, умений и навыков.

Программирование блока управления

Для прошивки устройства применяют специализированный программатор. Печатную плату несложно создать самому. Питание 5 V можно организовать от стандартного компьютерного порта USB.

Сборка

В процессе сборки особое внимание уделяют герметичности и надежности закрепления отдельных компонентов. Следует помнить о сложных условиях эксплуатации в рабочем режиме, возможных ударных воздействиях при перевозке. Разборная конструкция упростит транспортировку и хранение.

Плюсы и минусы самодельного металлодетектора

Преимущества самоделки:

минимальные затраты;
возможность создания уникальных технических и пользовательских параметров;
бесплатное освоение полезных навыков.

Существенный недостаток один – отсутствие официальных гарантий производителя.

Видео

Металлоискатель на микроконтроллере ATtiny2313A

В «Забаве» использован принцип «частотомер». Работает металлоискатель в динамическом режиме (реагирует на металл, только при движении датчика). Имеется регулировка чувствительности. Металлоискатель с дискриминацией (селективность). С помощью металлоискателя «Забава» можно отличать на слух сигналы на мелкие железные предметы (гвозди, гайки, проволоку и т. д.) от сигналов на предметы из цветных металлов. Железные предметы с большой площадью поверхности определяются как цветные.

Технические характеристики металлоискателя «Забава»:

напряжение питания – 9-12 В;
потребляемый ток – 17-20 мА.

Расстояние обнаружения (на воздухе):

монета диаметром 25 мм – 11-12 см;
медная бляха (5 на 8 см) – 21см;
алюминиевая крышка (диаметром 20 см) – 35 см;
максимальное расстояние обнаружения – 60 см.

Принцип работы металлоискателя

Программа записанная в микроконтроллер периодически измеряет частоту рабочего генератора. Анализируя результаты измерений, программа выявляет повышение или понижение частоты рабочего генератора и выдает на наушники соответствующий сигнал.

Fuse биты

Должны быть запрограммированы CKSEL0, SUT0, SPIEN. Остальные – не запрограммированы.

Прошивка

zabava_p.rar – скачать программу для микроконтроллера.

Принципиальная схема металлоискателя «Забава»

http://sdelai-sam.su/spravka_K561LE5.html – краткое описание микросхемы К561ЛЕ5.

http://sdelai-sam.su/spravka_CD4001A.html – краткое описание микросхемы CD4001A.

http://sdelai-sam.su/spravka_78L05.html – краткое описание микросхемы 78L05.

http://sdelai-sam.su/spravka_attiny2313.html – краткое описание микроконтроллера ATtiny2313A.

http://sdelai-sam.su/rezistor.html – резисторы, маркировка резисторов, соединение резисторов и т. д.

http://sdelai-sam.su/kondensator.html – конденсаторы, маркировка конденсаторов, соединение конденсаторов и т. д.

Читать еще: Закаливание металла в масле

Список деталей

IC1 – К561ЛЕ5 (CD4001A);
IC2 – ATTINY2313-20PU (ATTINY2313A);
IC3 – 78L05.

R1 – 4.7к;
R2 – 560оМ;
R3 – 1к;
R4 – 1к;
R5 – 470оМ;
R6 – 1к подстроечный;
R7 – 100оМ;
R8 – 10к переменный.

C1, C2 – 47000 пФ;
C3 – 3300 пФ;
C4, C5 – 27 пФ;
C6 – 100 мкФ на 16 В электролитический;
C7 – 470 мкФ на 16 В электролитический;
C8, C9 – 0.1 мкФ.

диаметр катушки – примерно 16 сантиметров;
количество витков – 80;
диаметр провода – примерно 0.3 миллиметра.

двадцати контактная панелька для микроконтроллера;
кварцевый резонатор ZQ – 20мГц;
кнопка “RESET”(сброс) S1 – любая кнопка без фиксации;
выключатель питания S2 – MTS-1;
наушники низкоомные, для плеера;
разъем под наушники внешний, припаивается к проводу сантиметров тридцать длинной;
разъем для батареи типа «крона»;
аккумулятор или батарея типа «крона», 9 вольт;
провод соединяющий плату и катушку – экранированный, двухжильный, длиной примерно 1 метр;
двухсторонний, фольгированный стеклотекстолит, 50 на 75 мм.

Выключатель питания, который я использую, называется «MTS-1», но можно использовать любой подходящий. Конденсаторы C1, C2, C3 должны быть с возможно меньшим температурным коэффициентом (ТКЕ).

Изготовление печатной платы в домашних условиях

Печатную плату можно изготовить по технологии описанной по адресу: http://sdelai-sam.su/index.html#a1 Размеры печатной платы – 50мм на 75мм. Не забудьте соединить перемычкой минусовую шину и нижний экранный слой.

zabava.rar – скачать печатную плату в формате программы «Dip Trace».

Зеркальное отражение рисунка платы (для печати)

Монтаж деталей металлоискателя на микроконтроллере

Детали припаиваю со стороны дорожек, чтобы не сверлить отверстия. Перед монтажом, у всех деталей аккуратно отгибаю кончики выводов, для увеличения спаиваемых поверхностей и облуживаю их.

Не перегревайте выводы деталей, контакт паяльника с выводом, не более одной секунды. Это касается не только микросхем и транзисторов, но и конденсаторов, выключателя, разъема для наушников. Чтобы выводы хорошо паялись, зачистите их предварительно ножом или наждачной бумагой. Корпус кварцевого резонатора нужно «прихватить» припоем к плате или закрепить иным способом.

Разъем под наушники использую внешний, на проводе сантиметров тридцать длинной, потому, что провода у наушников часто бывают короткими. Наушники, низкоомные, для плеера. Плата и поисковая катушка соединяются двухжильным экранированным кабелем, длиной примерно один метр.

Микроконтроллер вставляется в панельку. Внимательно вставляйте микроконтроллер, если его неправильно вставить и включить питание то, скорее всего он выйдет из строя.

Пробовал ставить C1, C2 номиналом 4700пФ, в таком варианте существенно ослабевает влияние грунта, а расстояние обнаружения предметов из цветных металлов остается прежним.

Собирается металлоискатель так же, как описано по адресу: http://sdelai-sam.su/index3.html

Настройка заключается в установке громкости сигнала в наушниках с помощью R6.

Как работать с металлоискателем «Забава»

После включения питания металлоискателя нужно всегда нажимать кнопку «сброс». Перед началом работы нужно настроиться на грунт в районе поиска. Установите резистором R8 максимальную чувствительность (вращайте по часовой стрелке, до упора). Поднесите поисковую катушку к земле на расстояние 1 – 2 см (рядом не должно быть металлических предметов) и слегка покачивая ее в вертикальной плоскости, медленно уменьшайте чувствительность (вращайте регулятор против часовой стрелки), до тех пор, пока сигналы от грунта в наушниках пропадут.

При поиске, катушку нужно перемещать над землей со скоростью примерно 0.5 м/сек, стараясь выдерживать расстояние от грунта до катушки все время одинаковым. В большинстве случаев при обнаружении металлического предмета, металлоискатель подает двойной сигнал.

Если, первым был сигнал высокой частоты, а вторым был низкочастотный сигнал, то найденный предмет из цветного металла, или железный с большой площадью поверхности. Если первый сигнал низкочастотный, а второй высокочастотный, то находка – это железный предмет небольшого размера.

Чтобы определить точное местоположение предмета из цветного металла, нужно поднять катушку над грунтом, затем опустить ее вертикально к земле в предполагаемом местоположении предмета. Если при опускании прозвучал низкочастотный сигнал, значит, под катушкой цветного металла нет. Если катушка опустилась точно над цветным металлом, то прозвучит высокочастотный сигнал. Таким же способом можно обследовать ямы, а так же участки, сильно замусоренные мелкими железными предметами, ржавчиной, угольками и т. д.

При максимальной чувствительности, металлоискатель может постоянно подавать ложные сигналы. Это происходит из-за нестабильной работы поискового генератора, причина может быть в C1 и C2, в катушке или в непрочной конструкции штанги и датчика.

Если ложные сигналы происходят на уровнях чувствительности, при которых ранее металлоискатель работал нормально, то это означает разряд батарейки.

Будьте внимательны при подсоединении батарейки – недопустимо, даже кратковременно перепутать плюс с минусом. При «переплюсовке» металлоискатель может выйти из строя.