Попросил меня один товарищ собрать ему металлоискатель. Занимается он собиранием чермета (кто не помнит - это чёрный металлолом). Не секрет, что в советское время металлолом валялся на каждом углу, и хотя пионеров регулярно напрягали его сбором, всё равно на каждом предприятии были его залежи. Сейчас экономика резко изменилась, и сдача металлолома стала неплохим способом заработка. Поняли это многие, поэтому всё, что лежало на виду, давно уже собрано и сдано. Но! Масса железяк осталась на глубине одного-двух штыков лопаты. Любой колхозник прекрасно помнит, какие свалки металлолома были на любом полевом стане, в автотракторной бригаде, полевой ремонтной мастерской и т.д. А если пройтись с искателем вдоль железнодорожной насыпи, то легко можно найти кучу железных костылей (это гвоздики такие, которыми рельсы к шпалам крепятся), накладок, обрезков рельсов. Причём находится это не только на насыпи полотна, но и в прилегающих лесопосадках (реально нашёлся "обрезок" рельса длиной 12 метров).

Порывшись по Инету и журналам/книгам в поисках схем, пришёл к выводу, что все они меня чем-нибудь да не устраивают. Питание почти у всех - 9 вольт (то есть "Крона"), а это и дорого и неэкономично - собранный на К561ЛЕ5 искатель работает от одной кроны 6 - 8 часов. Поисковая катушка или с отводами, или имеет несколько обмоток. Чувствительность у простых искателей невысокая, более сложные - требуют или кварца или других дефицитных деталей. Хотелось же собрать прибор их доступных (в сельской местности) деталей, - а их источник - старые приёмники, магнитофоны, телевизоры, которые валяются на чердаках практически у каждого. Питание же хотелось иметь от одной пальчиковой батарейки (а лучше - аккумулятора).

В итоге разработалась вот такая схема.

Выбрана была схема искателя на биениях, как самого простого в настройке и использовании. Функционально она состоит из двух генераторов (катушка колебательного контура одного из них на Q1 является поисковой), балансного смесителя (Q3, Q4)и усилителя звуковой частоты (Q5), нагруженного на наушники.

Анализ схемотехники генераторов показал, что для низковольтных устройств как нельзя более подходят барьерные генераторы, устойчиво работающие от напряжения 0,8 вольт (для кремниевых транзисторов). Ещё одним их достоинством является то, что на их выходе постоянная составляющая напряжения (относительно коллектора, соединённого с корпусом прибора) равна 0,65 вольт и стабилизирована (эмиттер-базовый переход транзистора играет роль стабистора). Этот факт используется для стабилизации рабочей точки балансного смесителя. Усилитель звука однотранзисторный, желательно применить транзистор с коэффициентом передачи тока не менее 200.

Несколько слов о наушниках. Китайский ширпотреб за 10 рублей здесь не катит, у него слишком маленькая чувствительность (результат экономии на магнитах). В крайнем случае можно применить и их, но тогда питание придётся увеличить до 3 - 4,5 вольт. Наушники от нормального MP3-плэйера позволят спокойно работать до полного разряда батарейки (до 0,8 вольт).

Генераторы работают на разных частотах - поисковый примерно на 100 кГц, опорный на 200 или 300 кГц. Таким образом балансный смеситель выделяет биения между частотой опорного генератора и 2-й или 3-й гармоникой поискового. Такое решение позволяет резко уменьшить явление "захвата" частоты поискового генератора, что в простых схемах не позволяет установить частоту биений ниже 200 Гц, а также повышает чувствительность - изменение частоты поискового генератора на 10 Гц изменяет частоту биений на 20 (или 30) Гц. Можно ещё повысить частоту опорного генератора, но уровень биений становится мал, что понижает громкость звука, а нестабильность увеличивается, что затрудняет работу.

Вообще температурная стабильность схемы невысокая, но практически это не слишком напрягает. Во-первых, в колебательных контурах применяются одинаковые контурные конденсаторы, поэтому их частота "плывёт" синхронно, в одну и ту же сторону, а значит биения не плывут! Во-вторых некоторые несложные конструктивные меры позволяют увеличить термостабильность. Поисковая катушка должна иметь жёсткую конструкцию, правильное экранирование, жёстко закреплена на штанге. Конкретные конструкции катушек будут рассмотрены ниже. Провод от катушки до схемы должен быть экранированным, желательно применить тонкий телевизионный кабель. Кабель и коробок со схемой и батарейкой должны быть жестко закреплены на штанге. Сама штанга должна быть из сухого дерева или стеклопластика. Плату в корпусе желательно залить парафином. Это не только защитит от влажности, но и от быстрых перепадов температуры. И вообще перед поиском прибор желательно должен иметь температуру окружающего воздуха.

Поскольку искатель стал неожиданно пользоваться огромным спросом, было принято решение изготовить небольшую партию на продажу. Для этого была разработана печатная плата. Вот её разводка в формате SprintLayout. Также была разработана технологичная конструкция поисковой катушки. Выполняется она из кабеля "витая пара", которым проводят локальные сети. Кабель обязательно должен быть экранированным 5-й категории, желательно для наружной прокладки (у него толще изоляция и катушка получается жёстче). Четыре витка кабеля укладываются кольцом внешним диаметром примерно 25 см, причем укладываются сначала два внешних витка друг над другом, сматываются в четырёх местах изолентой, затем наматываются два витка внутри. Всё это обматывается изолентой, причём лучше использовать матерчатую. С обоих концов зачищается изоляция примерно на полтора сантиметра, концы проводов облуживаются. Экранирующая фольга обрезается, провод, идущий вместе с фольгой, с одной стороны обкусывается, с другой соединяется с одним из проводов кабеля. Этот провод будет выводом начала обмотки. Обратите внимание, что экран ни в коем случае не должен образовывать короткозамкнутый виток! Далее выводы кабеля соединяются согласно-последовательно, ошибиться практически невозможно, т.к. все восемь проводов разного цвета. Получаем катушку из 32 витков с приличной влагостойкостью и жёсткостью.

Конечно, если под рукой нет подходящего кабеля, то это не смертельно! Катушка мотается обмоточным проводом толщиной не менее 0,3 мм. Можно вбить два гвоздика в доску на расстоянии 40 см и намотать проволоку (34 витка) на них, затем аккуратно снять катушку и обмотать изолентой. Затем катушку нужно заэкранировать. Лучше всего обмотать фольгой, взятой из старого электролитического конденсатора. Только имейте в виду, что внутри таких конденсаторов находится щелочной электролит, поэтому разматывать фольгу с конденсатора желательно под струёй воды, чтобы электролит не разъел пальцы. Фольгу наматывают так, чтобы она не образовала короткозамкнутого витка, между началом и концом обмотки должен быть промежуток около 1 см. Затем поверх фольги делают несколько витков голого лужёного провода - это будет вывод экрана, его соединяют с одним из концов катушки. Пытаться припаять проволоку к фольге бесполезно - она алюминиевая и не лудится. Далее этот конец соединяют с оплёткой экранированного провода, идущего от катушки к плате, и на плате с общим проводом. Второй конец катушки соединяется разумеется с центральной жилой провода и на плате с базой транзистора Q1 поискового генератора . Поверх фольги снова наматывается изолента.

От размера катушки зависят тактико-технические характеристики искателя. Катушка диаметром 35 см уверенно ловит трак от гусеницы трактора на глубине 80 см, но не обнаруживает монеты, кольца, гвозди и прочую мелочь. Этот вариант прекрасно подходит для поиска чермета, когда представляют интерес именно массивные железяки. Для поиска колец, монет на пляже необходима катушка диаметром 15 см. Глубина обнаружения монет примерно 15 см. Для поиска кладов маловато, но искать на пляже или в траве - самое то. Катушка диаметром около 25 см - компромиссное решение. Искать массивные железки на слишком большой глубине не актуально - откапывать в лом, а монеты и ключи в траве ищутся неплохо. Маленькая катушка диаметром 15 см состоит из 6 витков кабеля или 50 витков провода.

Детали искателя - самые доступные. Резисторы и конденсаторы практически любого типа, я в основном брал из китайских магнитол. В своё время челноки наводнили рынок этими агрегатами, которые через два года с раздолбанными лентопротяжками пылились практически в каждой семье. Оттуда же можно использовать и транзисторы структуры n-p-n (в генераторах и усилителе звука). Вообще же в генераторах можно применить КТ315 (лучше с буквами Б,Г,Е, некоторые экземпляры с буквами А и В работать отказались - мал коэффициент передачи тока). Отлично работают КТ3102, КТ368. Транзисторы балансного смесителя обязательно должны быть германиевыми. Любой транзисторный приёмник 70-80х годов выпуска обеспечит вас ими в достатке. Подойдут П416 с любой буквой, П422, П423, П401, ГТ309, ГТ322, ГТ313. В селекторах телевизоров СКМ-24 имеются ГТ346А. Поскольку рабочие частоты не очень высокие, то подойдут П27, П28, МП39Б, которые применялись в усилителях воспроизведения катушечных магнитофонов. В усилителе ЗЧ (Q5) желательно применить транзистор с самым большим коэффициентом передачи тока из имеющихся в наличии. Катушка опорного генератора намотана на стандартной арматуре контуров ПЧ от китайских магнитол и приёмников. Они представляют собой "гантельки" из феррита, на которые намотаны катушки, сверху их накрывает ферритовый стакан, изменением положения которого изменяется индуктивность катушки. Арматура бывает двух типоразмеров, подходит любой. Некоторые катушки имеют встроенный конденсатор, который необходимо удалить. Катушка аккуратно разматывается, и если в ней больше 85 витков, то она аккуратно наматывается тем же проводом. Если витков меньше, то 85 витков наматывается любым обмоточным проводом. Провод должен быть достаточно тонким, иначе нужное количество витков не уместится. В крайнем случае можно намотать 75 витков.

Емкость контурных конденсаторов не обязательно соблюдать точно, желательно только применять в обоих генераторах конденсаторы одного номинала и типа - для лучшей термостабильности. Емкость 4700 пикофарад может быть от 3300 до 5100 пф, вместо 2200 пф можно применить 1500 или 1800 пф. Блокировочный конденсатор питания может быть от 33 до 100 нанофарад. Такой же номинал может иметь и конденсатор в нагрузке балансного смесителя. Конденсатор на входе усилителя звуковой частоты может иметь ёмкость от 0,33 мкф до 10 мкф. Большая ёмкость предпочтительнее, но иногда выбор диктуется габаритами. Хотя предлагаемый вариант печатной платы и разработан под наиболее распространённые детали, может понадобиться его корректировка под конкретные детали, которые сможете достать. Вообще, если задумано сделать прибор минимальных габаритов, то разумнее отказаться от печатного монтажа и собрать прибор на тонком (0,5 мм) куске текстолита, соединяя между собой детали их собственными выводами. Пример такого монтажа, занимающего размер менее половины спичечного коробка, на фото. Использовались транзисторы КТ3102 и ГТ322 в металлических корпусах.

Настройка и пользование прибором достаточно просты. Вращаем подстроечный сердечник катушки и слушаем в наушниках меняющийся свист. Наиболее громкий говорит о том, что мы настроились на нужные нам гармоники. Возможно, будет два максимума громкости - один при почти полностью ввёрнутом сердечнике, другой при почти полностью вывернутом. Предпочтительнее использовать последний - чувствительность будет выше. Устанавливаем тон биений близким к нулевым - басовое гудение низкого тона. Для проверки подносим поисковую катушку к металлическому предмету - тон звука меняется. Для поиска черного металла наиболее удобно, если он возрастает. Возможно, что при приближении к металлу тон сначала понижается, потом пропадает, и далее снова возрастает. Для того, чтобы различать цветной и чёрный металлы желательно перестроить катушку так, чтобы при приближении чёрного металла тон повышался, а цветного - понижался. При такой настройке чувствительность будет максимальной.

Если же никаких звуков в наушниках не слышно (а при включении слышен щелчок), значит какой-то из генераторов не работает. Проверить, какой именно, - просто. Ставим в цепь питания миллиамперметр и замыкаем по очереди катушки (поисковую и опорного генератора). Если потребляемый ток меняется - соответствующий генератор однозначно работает. Хотя изменение тока может быть и при обрыве катушки, - поэтому сначала омметром проверим её целостность. Можно померять напряжение на эмиттерах транзисторов генераторов - цифровой мультиметр покажет около 400 мВ в норме. Если около 700 мВ, значит генерации нет. Возможно, коэффициент передачи тока применённого транзистора мал, имеет место утечка конденсаторов (особенно если применялись советские плоские керамические конденсаторы красного цвета), или катушка имеет короткозамкнутые витки. Также поиграйтесь с соотношением ёмкости конденсаторов контура (С1 и С2, например). Несмотря на необычный вид схемы, по сути своей барьерный генератор - обычная емкостная трехточка, генерация возникает при соотношении емкостей этого контура от 1:1 до 1:5. При указанных на схеме емкостях генерация устойчивая, но тут тоже всё индивидуально. К примеру, практика показала, что поисковый генератор всегда работает устойчиво и при большом разбросе емкостей, а опорный часто капризничает. Видимо, это связано с малой добротностью катушки (феррит хреновенький?). Бывает, что нужная настройка происходит при почти полностью ввёрнутом подстроечнике катушки. Тогда параллельно катушке можно подключить конденсатор на 100 - 150 пикофарад.

Вообще, при работе с искателем требуется некоторый навык, который быстро приобретается. Человек, никогда раньше не державший прибор в руках, после пятиминутного обучения уверенно находит крупные железки, а через пару часов уже начинает уверенно отличать неглубоко лежащие крышки от консервных банок от массивных железок на глубине (по характеру изменения звука - близкорасположенные предметы при приближении более резко изменяют тон звука, чем глубоколежащие).
Хотя мне встречался и совершенно клинический случай - человек без намёка на музыкальный слух. Купил он искатель, но ищет только с кем-нибудь в компании. Компаньон ищет, а он копает. Как говорится, рождённый ползать - летает редко.

Небольшая модернизация может повысить удобство пользования. Из любого приёмника выгрызается конденсатор переменной ёмкости (им ведут настройку на станции) и подключается параллельно катушке опорного генератора. Так вести оперативную подстройку гораздо удобнее, чем подстройкой катушки. Кстати, настраивать катушку желательно неметаллической отвёрткой, металлическая при приближении сдвигает настройку, и это приходится учитывать. Лучше всего выточить для подстроечника из оргстекла ручку и приклеить её суперклеем.

P.S. Неожиданно возникла проблема - кончились германиевые транзисторы! Мои запасы (около 30 штук) иссякли, а найти транзисторный приёмник 70-80-х годов выпуска уже стало большой проблемой. Жить стали лучше - повыкидывали всё старьё! Пришлось поэспериментировать и разработать схему на доступных сейчас транзисторах.

Металлоискатель

Из доступных транзисторов в наличии оказалось множество КТ315, а также большое количество иностранных из китайских магнитол. В итоге разработалась вот такая схема.

Была разработана печатная плата размерами 20х85 мм. Плата такой формы удобнее, так как позволяет разместить её в ручке искателя, упрятав туда же и батарейку и экранированный провод до поисковой катушки. Ещё один вариант размещения - использовать в качестве корпуса кабельный канал подходящего размера (см. фото). Для этого удобнее удлинить печатную плату, разместив на ней же пластинки держателя батарейки, а кнопку включения и гнездо наушников вынеся на самый конец, поближе к руке.
Разводка этого варианта печатной платы в формате SprintLayout, а размещение деталей смотрите ниже.

Подробнее о технологии.

Контурные катушки опорного генератора - любые из зарубежной техники. Вот такие, например.

Немного об изготовлении печатных плат в домашних условиях. Избегайте двухсторонней разводки дорожек! При утюжно-лазерной технологии без большого опыта совместить стороны крайне сложно. Пусть лучше будет пяток перемычек, чем геморрой с несовмещением контактных площадок. К тому же переходные площадки, обычно являющиеся ещё и выводами деталей, пропаять качественно с обоих сторон трудно, а вот перегреть при этом деталь - легко.

Про утюжно-лазерную технологию есть масса статей в Интернете, поэтому изобретать велосипед не буду. Замечу только, что всё сильно зависит не только от применённых материалов, но и от принтера, тонера (оригинального или "для заправки"), даже от конкретного экземпляра принтера (плюс-минус 10 градусов температуры фьюзера тоже влияют)! Поэтому - экспериментируйте! Подбором температуры утюга, длительности и силы прижатия, качеством обработки поверхности фольги (обезательно зачищайте только "микронкой", медь и так тонкая!) удавалось добиться качественной печати при помощи материалов абсолютно разного качества - от кальки до листов из глянцевого журнала, восковой бумаги от самоклеящейся плёнки и этикеток. И только единственный раз попалась самоклейка, к защитной бумаге от которой тонер не приплавляется!

Травлю только в хлорном железе, хотя раньше и использовал разную самодеятельность, но только по причине вечной сирости и убогости, - ну негде здесь достать реактивы, а до Саратова ехать - целый день терять.
Крепление катушки вызывает некоторую оторопь у начинающих. А между тем, нет ничего проще. Берём достаточно жёсткую проволоку диаметром 3-5 мм. Я спрашиваю у сварщика электрод диаметром 4 мм, безжалостно обиваю с него обмазку, наждаком режу его пополам, концы со стороны среза затачиваю. Заточенный конец загибаю на 1 см буквой Г, отступаю 6 см и гну в противоположную сторону, стараясь выгнуть дугой по диаметру поисковой катушки. Получившиеся "рога" прикрепляю к черенку. Острые концы вбиваются в черенок. Чтобы ненароком его не расколоть, лучше просверлить в 6 см от конца сквозное отверстие диаметром чуть меньше диаметра проволоки. На конце скрепляются парой-тройкой витков проволоки. Короче, смотри фото.

Потом эти рога приматываются изолентой к катушке. Для жесткости можно сделать и кольцо, только нужно помнить, что оно ни в коем случае не должно быть короткозамкнутым, да и чем меньше постороннего железа возле катушки, тем больше максимально достижимая чувствительность. Можно сделать и более изящно, но обычно каждый "поисковик" переделывает ручку под свой рост / свои привычки / свои предпочтения.

Более того, "моддинг" искателя стал источником заработка некоторых умельцев! Первые три искателя я продал полностью в сборе, в комплекте с наушниками. По мере повышения спроса наиболее трудоёмкие, но наименее "интеллектуальные" операции изготовления корпуса и штанги я решил переложить на плечи самого покупателя. Первый же покупатель сделав корпус и штангу перепродал искатель (разумеется, по большей цене) и стал постоянно покупать у меня только готовые настроенные платы (без наушников и батареек). На днях же выяснилось, что и один из купивших прибор у него, тоже переделал - сделал складывающуюся катушку и телескопическую штангу, теперь в сложенном состоянии он умещается в небольшом хозяйственном пакете и не вызывает нездорового ажиотажа у зевак. Переделанный искатель ушёл по цене вдвое большей моей! Так что я даю возможность подзаработать и ещё нескольким людям.

Ещё один вариант размещения - плата возле катушки. Это позволяет избавиться от экранированного провода, к гнезду наушников можно вести любым проводом. Недостаток - приходится нагибаться для подстройки. Правда приходится это делать редко.

О влиянии травы, земли, росы... Правильно экранированная катушка не реагирует на приближение к земле, всё равно к сухой или сырой, а также к траве, если только земля не минерализованная. Щебёнка, которой отсыпана железная дорога, имеет значительную примесь магнитной породы.

Вот ещё вариант монтажа, на пустом месте платы справа будут установлены кнопка включения (кстати, кнопки с фиксацией с передних панелей автомагнитол подходят сюда идеально) и гнездо для наушников.

Ещё один искатель в сборе.

Вариант монтажа внутри корпуса УКВ приёмника "Илеть".

Кстати, наличие места натолкнуло меня на мысль использовать его с пользой. Ещё раньше я придумал оригинальный и прикольный визуальный индикатор. Работает он по принципу "бегущих огней". Чем больше частота расстройки генераторов, тем быстрее бегут огни. Можно искать вообще без наушников, а уж смотрится жутко круто! Выход сигнала берётся с коллектора Т5, только не забудьте параллельно гнезду наушников подключить резистор 1 кОм. Иначе при выдёргивании наушников выходной каскад работать не будет. Для питания индикатора одной батарейки мало, поэтому питается он от двух последовательных батареек (одна из них питает и искатель) через преобразователь 3 -> 8 Вольт. Схему пока не привожу, лень чертить. Скажу только, что по такому принципу на этой же микросхеме в 80-х годах в серии сборников "Массовая радиобиблиотека" была опубликована схема "бегущих огней". Вот как выглядит макет индикатора.

А вот и схема.

Отослал в журнал "Радио" статью про искатель, приняли на редактирование. Попросили подробнее расписать изготовление поисковой катушки. Восполняю этот пробел и здесь. Повторюсь, провод должен быть "витая пара" 4-й или 5-й категории, обязательно экранированный. Потребуется около 4-х метров, это будет 4 витка диаметром около 30 см. Если провода мало можно ограничиться и тремя витками, но это хуже - частота поискового генератора будет выше, сильнее будет сказываться влажность травы и грунта. Скручивается в кольцо диаметром около 30 см, сначала наматываются друг над другом два внешних витка, скрепляются в 4-х местах изолентой, потом два внутренних витка. Концы обрезаются с таким расчетом, чтобы остался перехлёст в полсантиметра, и зачищаются. Вся катушка для жесткости обматывается изолентой, желательно на матерчатой основе.

Один из концов соединяется с экраном кабеля - это будет нижний по схеме вывод катушки, который соединяется с общим проводом. Кстати, экран бывает из слоя фольги, вдоль которого идёт одна жилка голого луженого провода, или из медной облуженой оплётки. Если у вас из фольги, то фольга обрезается, и используется идущий с ней провод. Оплётка аккуратно разделывается, скручивается. Второй конец того провода, который мы соединили с экраном, спаивается с произвольно взятым проводом противоположного конца кабеля. Спайка изолируется, можно сделать виток изоленты через всю катушку, следующую пайку изолировать следующим витком, и так до конца. Главное - не перепутать провода, хотя это и трудно - все провода разного цвета. Один из проводов в каждой паре сплошного цвета (обычно коричневый, оранжевый, голубой и зелёный), второй белого с кольцами или полосками такого же цвета. Провода соединяют согласно-последовательно.

В итоге должна получиться катушка из (4 х 8) = 32 витков. К катушке припаиваем экранированный провод, причём экран провода должен соединяться с экраном катушки и с общим проводом схемы.

Экранированный провод может быть любым, лучше всего тонкий коаксиальный (антенный) кабель. Если в экране несколько проводов (например, это стереошнур), то все провода соединяются вместе и используются как один центральный провод. Неэкранированный провод применять не имеет смысла - на настройку будут влиять все оружающие предметы (грунт, трава, тело оператора) и вести поиск практически невозможно. Выше уже упоминалось, что при отсутствии экранированного провода лучше плату искателя разместить в непосредственной близости от катушки, а к наушникам провести любым двойным проводом.

Если используется деревянная штанга, то корпус можно и не делать. В штанге выдалбливается стамеской углубление под плату. Плата заливается парафином. Лучше всего это сделать так. Берётся скотч на бумажной основе (используется для проклейки окон на зиму) и оклеивается по периметру плата. Должен получиться прямоугольный коробок, внутри которого находится плата. Высота бортиков со стороны деталей равна высоте самой выступающей детели. Обычно это катушка, но если это не так, то заливать парафином можно только до высоты катушки - иначе, как вы её будете подстраивать? Высота бортиков со стороны пайки не критична, но не менее 5 мм. Берётся парафиновая свечка, зажигается, и парафином закапывают плату сначала со стороны пайки, потом со стороны деталей. Будьте осторожны, не залейте катушку! Если гнездо наушников и кнопка включения расположены на плате, то не залейте и их!

Плату помещают в углубление на штанге и заливают всё тем же парафином. Удобно вынести гнездо наушников в торец штанги, продолбив под него отверстие. Под батарейку, выключатель, подстроечный конденсатор (если он есть) тоже выдалбливаются отверстия. Даже экранированный провод к поисковой катушке можно спрятать внутри штанги. В батарейный отсек удобно сделать пружинные контакты из жести от консервной банки.

09/05/2008г.Вот пришла весна и снова оживились клиенты. Пришлось разработать ещё вариант печатки, заодно приспособил для оперативной подстройки переменный резистор. Сопротивление 3,3 кОм, через конденсатор 220 пФ параллельно поисковой катушке. вот фотка.

Пишите, отвечу всем (кроме спамеров)! Мой адрес: mao-sin@yandex.ru  

источник http://mao-sin.nm.ru