Металлоискатель своими руками с дискриминацией металлов

Поиск артефактов, скрытых в недрах земли, будоражит умы многих энтузиастов. Кто-то посвящает жизнь поиску исторических ценностей и кладов, других интересует только «черный» лом. Но главный смысл любого поиска при помощи металлоискателя для людей заключается в обнаружении драгоценных металлов.

Для подобных поисков металлодетекторы оснащаются функцией дискриминации. В статье будут подробно описаны схемы металлоискателей с дискриминацией металлов.

Принцип работы

Любой металлоискатель работает по простому принципу взаимодействия собственного магнитного поля (МП) с магнитным полем Земли. Взаимодействие строится на обнаружении металлических предметов. Металл, который имеет свойство к намагничиванию, попадает в поле действия металлоискателя за счет разницы магнитных полей.

Такие металлы, как золото, серебро, медь, обладают ферритным свойством. Они просто не намагничиваются. По этой причине, детектор не может определить их магнитное поле. Фиксация происходит по принципу определения вихревых электромагнитных потоков, проходящих сквозь металл и образующих на его поверхности элементы «Фуко», или завихрения с определенной частотой. Импульсные детекторы определяют ферритный предмет по его электрической проводимости. Чем проводимость больше, тем выше колебательная частота от его поверхности.

Современные металлоискатели оснащаются разными типами функции дискриминации. Каждый тип, позволяет определять ферритный сплав, и при этом он может отсеивать “промышленный мусор”.

1. Дискриминация переменного типа. В ее основу заложена обработка полученных сигналов от предмета по степени его электрической проводимости. Для большей точности, пользователь самостоятельно проводит настройку прибора. Настройка позволяет делать отбор самых перспективных сигналов. Металлодетекторы с подобной функцией, оснащаются визуальным индикатором, на котором имеется шкала с четким разделением по типам сигнала и соответствующим им металлам. Переменная дискриминация позволяет определять только предметы размером более 1–3 сантиметров. Различные вкрапления, мелкие самородки, песок, обрывки цепочек так далее, подобные приборы не находят.
2. Селективный тип. Детекторы с этой функцией можно настроить на прием только определенного сигнала. Таким образом, прибор не будет реагировать, например, на медь, алюминий, серебро, выявляя в грунте только золото. Этот тип очень полезен при работе на замусоренных участках. Большое количество мелкого металлического мусора не станет помехой, позволяя выявлять только необходимые частотные сигналы.
3. Двухмерный тип. Самая современная технология. Позволяет определить ферритные сплавы, вокруг которого образованно скопление черного металла. За распознавание отвечает блок управления, который производит предварительный расчет электропроводимости всего объекта на сканируемом участке.

Также стоит учитывать общую влажность почвы, ее состав, жесткость.

Металлоискатели с дискриминатором более энергоемкие и функциональные. Относятся к импульсным приборам. Дополнительная функция делает устройства более мощными. Рабочая частота варьируется от 9 до 25 кГц. Импульсный принцип работы позволяет таким приборам выявлять ферритные сплавы на глубине до 2 и более метров.

Самодельные приборы

Приобрести металлоискатель с дискриминацией достаточно сложно. Это дорогие приборы и новичку будет сложно самостоятельно научиться использовать подобную технику. Такой прибор можно изготовить в домашних условиях. Самодельный металлоискатель будет сильно отличаться от настоящих импульсных приборов, но поможет научиться использовать устройство в условиях простых поисков.

Малыш FM

Это самый простейший металлоискатель с дискриминацией металлов, который можно собрать своими руками. Он способен определять предметы из черного и драгоценного металла на глубинах до 12÷15 сантиметров. Подойдет для поиска на пляжах. Для самостоятельного изготовления понадобятся следующие радиодетали:

1. Микроконтроллер PIC12F675.
2. Кварцевый резонатор номиналом до 20 МГц.
3. Керамические конденсаторы: 15 пФ — 2 шт и 100 нФ — 1 шт.
4. Электролитный конденсатор номиналом 100 мкФ — 1шт.
5. Пленочные конденсаторы номиналом 100 нФ — 2шт.
6. Резисторы с сопротивлением 10 кОм — 1шт, с сопротивлением 470 Ом — 1шт.
7. Стабилизатор напряжения типа AMS1117 до 3.3 вольт.
8. Динамик с сопротивлением до 8 Ом.
9. Микропереключатель.

Все описанные детали необходимо собрать на печатной плате. Ее можно изготовить методом травления или следующим образом:

1. Обрезать кусок плексигласа или текстолита шириной 35 и длинной 80 мм.
2. Перевести на кусок принципиальную схему прибора.
3. Высверлить отверстия под радиодетали.
4. Спаять при помощи медных перемычек все элементы.

В виду того, что в схеме очень мало элементов, такой способ монтажа можно считать наиболее простым и быстрым.

Во время сборки следует четко соблюсти порядок подключения стабилизатора напряжения. Схема приведена ниже.

Катушка

Для изготовления катушки передатчика понадобится медный провод сечением 0.3–0.4 мм. Необходимо заранее подготовить каркас для обмотки. Его диаметр не должен превышать 180 мм. На каркас нужно намотать ровно 55 витков. Такая катушка позволит осуществлять передачу частотных импульсов в 17–19 кГц.

После обмотки, необходимо вынуть намотанный провод с каркаса, и укрепить его изоляционной лентой в нескольких местах. После требуется максимально плотно обмотать всю катушку лентой. Очень важно, чтобы все витки плотно соприкасались друг с другом.

После изоляции на катушку наносится 1 слой фольги. Фольга также скрепляется на концах изоляционной лентой.

Важно! В месте вывода концов проволоки катушки, необходимо оставить не менее 5 сантиметров свободной от фольги поверхности.

На заключительном этапе, катушка обматывается заранее залуженным куском провода. Обмотка проводится с шагом в 1 сантиметр. После проведения первых тестов чувствительность катушек можно увеличить. Для этого придется отмотать несколько витков провода, замеряя общее сопротивление. Самой лучшей и стабильной работы можно добиться при сопротивлении не более 2 Ом.

Подключение

После того, как катушка была намотана и изолирована, концы всех проводов нужно подключить. Делается это следующим образом:

1. Один конец подключается к контролеру через контакт «5», параллельно с конденсатором С7.
2. Второй конец через резистор R2, параллельно с конденсатором С6, к контакту «6» контроллера.
3. Оба конца экранирующего провода подключаются к клемме «минус» принципиальной схемы.

Дополнительно модернизировать прибор можно, если постепенно уменьшать емкость перечисленных конденсаторов. Частотная характеристика увеличиться, при этом значительно повысится ток потребления.

После подключения необходимо провести прошивку контроллера. Файл можно найти в Интернете.

Металлоискатель «Малыш FM» не требует настройки. Необходимо собрать печатную плату в удобную герметичную коробку, подобрать для крепления всех деталей удобный держатель. Очень важно использовать для катушки дополнительный каркас из пластика или фанеры. После сборки можно включить прибор, и опробовать его способности на металлических предметах. Питание устройства осуществляется от 9–12 вольтовой батареи или аккумулятора.

Volksturm

Схема металлоискателя с дискриминацией металлов этого типа также проста. Основной особенностью этого прибора является наличие сразу двух катушек. Это обеспечивает высокую глубину проникновения в различную по структуре почву. Также повышена способность к дискриминации металлов по электрической проводимости. Добиться такого результата помогло сближение катушек. Они соприкасаются друг с другом, что снижает скорость передачи сигнала от катушки на контроллер. Для сборки понадобятся следующие детали:

1. 3 транзистора BC546 или их отечественный аналог КТ 315.
2. 1 транзистор BC556. Можно заменить на КТ 361.
3. Операционный усилитель сигнала LF353 или TL072 — 1шт.
4. Усилитель LM358N.
5. По одной микросхеме CD 4011, 4013, 4066.
6. Постоянные резисторы 5.6К, 430К, 10К, 390К, 1.5К, 220К, 56К, 8.2К — 1шт; 22К — 3шт; 1К — 2шт; 100К — 8шт; 130К — 2шт.
7. Переменные резисторы 100 и 330К — 1шт.
8. Неполярные конденсаторы номиналом 1nF, 220nF, 47nF, 10nF — 1шт; 22nF — 3шт; 1 mkF — 2шт.
9. Электролитические конденсаторы напряжением 16 вольт, номиналом 220 mkF — 2шт.
10. Резонатор кварц — 32768 Гц.
11. Динамик.
12. Светодиоды — 2шт.

Все детали собираются на монтажной плате с четким соблюдением принципиальной схемы. На этапе тестирования многие конденсаторы придется подбирать дополнительно. Также подбираются и резисторы. Зависит это от напряжения и сопротивления катушек. При высоком сопротивлении, операционный усилитель TL072 может выйти из строя по причине перегрева.

Катушка

На данной модели устанавливаются 2 катушки: передающая и приемная. Детали отличаются по своей форме от обычных. Они квадратной формы с закругленными углами. Для изготовления необходимо:

1. На стандартном листе бумаги расчертить прямоугольник со сторонами 14.5 и 23 см.
2. С левой стороны прямоугольника от каждого угла отступить на 2.5 см.
3. С правой стороны по 3 см.
4. Отрезать углы согласно схеме.
5. Закрепить лист на фанере.
6. Заизолировать 8 гвоздей изоляционной лентой.
7. Вбить гвозди по углам шаблона. После очень важно откусить шляпки гвоздей. Это защитит лаковую изоляцию обмотки в момент снятия с каркаса.
8. Намотать на заготовку 80 витков медного провода сечением 0.3–0.4мм. Очень важно проводить обмотку только по изолированным гвоздям.

После завершения обмотки, катушка скрепляется в нескольких местах капроновой нитью. Далее необходимо аккуратно снять катушку с каркаса и плотно обмотать изоляционной лентой. Поверх ленты намотать один слой конденсаторной фольги. Поверх фольги намотать заранее залуженный оловом медный провод шагом 1 см. Конец данного провода соединить с началом катушки.

Вторая катушка собирается по тому же принципу, за исключением того, что нет необходимости обматывать фольгой и дополнительным экраном.

Обе катушки необходимо зафиксировать с наложением одного края друг на друга. Соприкосновение краев должно быть не по всей длине, а только в двух местах. Обе катушки и их расположение потребуют четкого крепления. Они не должны провисать, изгибаться от вибрации. Любая деформация повлияет на чувствительность и общую работоспособность.

После сборки требуется подключить обе катушки к собранной ранее плате. Для этого требуется соединить между собой начало экранированной передающей катушки и конец приемной. Этот контакт удлиняется многожильным проводом и подключается к контакту «ТХ» на плате. Оба оставшихся конца подключаются к минусу. При включении устройства, на выходах катушки будет около 4 вольт напряжения. Его придется усилить подбором конденсаторов. Потребуется снова отпаять контакты и в разрыв запаять конденсаторы номиналом 0.02 мкФ. Таким образом, после подачи напряжения на выходах катушек появится напряжение до 20 вольт. Это усилит проникающую способность металлоискателя, при этом останется мощность для работы с катушками данного размера. Такое высокое напряжение потребует от пользователя оснастить устройство мощной аккумуляторной батареей на 12 вольт. Обычной «Кроны» может хватить только на 1.5 часа поиска.

После подключения питания, потребуется выполнить настройку катушек на прием и передачу. Для этого необходимо поместить под них металлический предмет, и по звуку настроить положение. Делается это следующим образом:

1. Длинные стороны экранированной катушки необходимо сжать на 0.5 см. При увеличении тональности и громкости края фиксируются. Можно использовать деревянную распорку.
2. После таким же образом настраивается вторая катушка. Нужно добиться увеличение громкости и тона сжатием длинных краев.
3. На конечном этапе настраивается общее положение относительно друг друга. Требуется сближать и разводить оба элемента до фиксации самой высокой тональности. Дополнительно можно контролировать сопротивление деталей при сближении. Самый наименьший параметр будет наиболее лучшим.

Как только самый высокий тон найден, оба элемента плотно фиксируются на каркасе. Далее нужно собрать плату в герметичную коробку, вывести на нее переменные резисторы и закрепить светодиоды. Очень важно надежно заизолировать обе обмотки. Даже незначительная влажность приведет к полному выходу из строя или к сбоям настроек.

Проверка

Проверка прибора проводится обычным способом. Проникающая способность этой модели до 1.5 метра при рыхлом или влажном грунте. Хорошие показатели можно получить при тонкой настройке переменного резистора. Для этого нужно поместить под прибор металлический предмет и добиться самого высокого тона. Также тон настраивается на удалении от предмета.

Режим дискриминации не требует настройки. За счет каскадного усиления, прибор просто меняет тональность своего звучания. В режимах можно быстро разобраться, если поэкспериментировать с разными металлами. Также стоит обращать на яркость светодиодного индикатора. При воздействии на ферриты, лампы должны гореть в пол накала.

Заключение

Собрать металлоискатель своими руками и оснастить его дискриминацией металлов можно, если придерживаться описанному руководству. Первая схема очень простая. Для воплощения этого проекта требуется минимум знаний и опыта. Главное правильно подобрать детали и собрать все по схеме. Второй проект более сложный. Он потребует больших знаний в электротехнике. Но конечный результат порадует величиной проникающей способности и широким возможностям отбора металлов.

Видео по теме