Главное меню Металлоискатели • Cхема Описание металлодетектора Гроза-3 (Thunder-3)


Металлоискатели от Ciklona.Обновление: 06.12.07
Вступление12.07
КупитьЧто и как?
Гроза-3
Инструкция
FAQ
Гроза-4
FAQ
Гроза-4 GT
Тестирование
Гроза-5 Описание
Тестирование
Как сделать катушку?
Зарядное устройство
Материалы выложены с разрешения автора. ТЕМА НА ФОРУМЕ

Cхема металлодетектора Гроза-3 (Thunder-3)

Скачать схему металлодетектора Гроза-3 (Thunder-3)

Cхема металлодетектора Гроза-3 (Thunder-3)

Описание схемы металлодетектора «Гроза-3» ( «Thunder-3»)

Этот прибор результат моих исследований, поиска компромисов и оптимальных решений. То, что мне удалось, я хотел бы показать и рассказать. Пришлось покопаться и в патентах и в разных схемах. Изготовить не один прибор, с разными вариантами организации схемы, чтобы разобраться в принципах, понять процессы. И все это привело к каким то результатам, выводам.

Технические характеристики: Описание

Схема формирования фаз управления синхродетекторами заимствована из нашумевшего проекта А50, одного известного специалиста. На мой взгляд, именно такое решение наиболее оптимально для чисто аналогового прибора.

Мало того, сама идея, примененная в том приборе наиболее проста и эффективна, с точки зрения борьбы с влиянием грунта и камней. Именно применения фазового метода борьбы с теми явлениями открывает путь к дальнейшему совершенствованию любительских систем, построенных по аналоговому принципу. Хотя такая идея известна достаточно давно и применена в некоторых фирменных приборах. Однако ее что то никто не развивал(?). Тут кроются многие и многие блага для организации решений и новых идей.

Синхродетекторы. На такое решение схемы СД меня подтолкнула проблема, которая является очень серьезной, как для любительской, да и не только, конструкции. Все дело в том, что обеспечить хороший баланс поисковой системы мы можем. Но мы не можем его удержать по тем или иным, не зависящим от нас причинам. В результате разбалансировки датчика в процессе эксплуатации, от влияния всех дестабилизирующих факторов на выходе датчика будет достаточно большой сигнал рассогласования. Нулевого баланса там не будет никогда, хотя бы от влияния того же грунта. При соответствующем усилении первого каскада эта «ошибка» может достигать не приемлемых величин для работы схемы, т.е. вызывать насыщение предусилителя, самих синхродетекторов.

Для борьбы с этим не хорошим явлением, например в том же А50, автор увеличил питание, растянул тем самым динамический диапазон СД. А для устранения ошибки (постоянной составляющей) применил разделительные конденсаторы. И это правильно. Так построены многие и многие приборы, я имею в виду конденсаторы. Я пошел по другому пути. Работу СД я думаю не будем рассматривать, это уже известная тема. Остановимся на конкретном решении. Входной каскад и вся схема обработки сигнала построена на ОУ типа ОР07. Это самые, как по мне, подходящие ОУ для нашего случая. У них нормирован уровень шумов и он очень мал, именно тех самых, инфранизких фликкеров, чего не скажешь об остальных ОУ.

Первый каскад DA7 имеет усиление 11. Второй DA9 - просто инвертор. В результате мы имеем приведенный к какомуто масштабу входной сигнал и парафазный выход предусилителя. Далее сигнал поступает на ключи всех 3х каналов. Работают они эдентично.

Рассмотрим один. Ключ КТ1 (канал Х) управляется своей фазой, от своего компаратора DA14. В каждый момент состояния фазы управления ключ коммутирует на своем выходе либо фазу либо противофазу входного сигнала. Мы имеем двуполупериодный выпрямитель. Тут все ясно и понятно. Преимущества такого СД перед однополупериодным очевидны. Это больший КПД, выпрямление входного сигнала происходит более эффективно.

Далее пульсирующий сигнал поступает на вход следующего ключа канального усилителя КТ2. Этот ключ переключается от генератора, общего для всех каналов с частотой около 45-60кГц. С выхода этого ключа сигнал поступает на интегрирующую цепь, на которой происходит сглаживание всех пульсаций.

Далее усиливается DA16 и в виде сигнала рассогласования схемы, отличного от 0 (состояния покоя) поступает на схему слежения за 0 – DA17. Это обычный интегратор/инвертор. Через ключ КТ2 сигнал рассогласования поступает опять на вход каскада и вычитает ошибку до 0. Таким образом мы имеем каскад с автоподстройкой 0. Частота переключения КТ1 привязана к основной частоте (8кГц), а частота КТ2 в несколько раз выше.

Это сделано для того, чтобы в течение одного полупериода схема как можно чаще «обращала внимание» на входной сигнал, его изменение, а не только занималась компенсацией 0 на своем выходе. Т.е. равномерно, за пол периода несколько раз, а поскольку частоты не кратны, возникает эффект «скользящей фазы». Это позволило свести ошибки детектора (потери) практически к 0. Проникание помех от использования разных, не кратных частот, отсутствует. Разность и сумма их очень велика, чтобы мы могли их зафиксировать. Какая величина разбаланса может быть, рассогласования катушки?

Т.е. с какими величинами ошибки нам надо иметь дело?

Реально на выходе СД после выпрямления максимальной ошибки , или от действия крупного предмета на катушку (полный разбаланс) величина постоянной составляющей на выходе СД не превышает при таком питании 2,5-3В постоянного тока…Поэтому, чтобы его вычесть надо точно такую же величину, но другого знака. Вот именно эту операцию и выполняет КТ2. Само вычитание происходит на интегрирующей цепи R42C18.

Подобные решения применяют в известных приборах фирмы Tesoro. Но там для вычитания ошибки применен резистивный делитель, который делит не только полезный сигнал (хотя и в небольшой степени) но сам компенсирующий сигнал. А это потребует высокого питания для получения эквивалентного сигнала вычитания.

В моем решении нет потерь ни сигнала ни компенсирующего напряжения. Поэтому схема никогда не заходит в насыщение и «время возврата» ее в точку 0 имеет приемлемую величину. В худшем случае несколько секунд при длительном воздействии на датчик. Прибор не «замирает» на пол часа…

Благодаря такому построению канала открывается возможность проектировать канальные усилители в статическом режиме. Удобно устроить аналоговую память. Отсутствуют переходные конденсаторы. Т.е. можно работать на «открытом канале». Применение годографа реально, каналы линейные. Можно использовать суммарный выход DA28(Y1+Y2)=Y и перед компаратором DA25 =Х. Для строба разрешения годографа можно использовать сигнал схемы совпадения DA26DA27- например логическая 1 (на плате предусмотрены точки, выходы для этого).

Далее в схеме никаких особенностей, вплоть до формирования звука.

Вот тут я думаю, надо бы остановиться. При таком способе борьбы с грунтом (вырезкой его фазы) при эксплуатации прибора возникает неудобство, связаное с выбором оптимального положения точки баланса грунта. В чем оно выражается. Метод вырезки подразумевает наличие (в данном случае) 2х каналов, СД которых настроены таким образом, чтобы они были расположены зеркально относительно точки баланса грунта, которая есть ничем иным как точкой переворота фазы сигнала на выходе СД.

Т.е. когда один канал имеет положительную реакцию на сигнал грунта, а другой отрицательную, реакция каналов на грунт была бы противофазной. Но под действием металлического объекта реакция каналов всегда одинакова, в данном случае - положительное напряжение на выходе. Эта точка очень тонкая и зыбкая. Попасть в оптимум точно, достаточно проблематично. Нет критериев оценки правильности «баланса грунта». И это путает пользователя. Как мне кажется, мне удалось разрешить эту проблему.

Для формирования сигналов дискриминации черный - цветной я применил ГУН (DD7). Состояние его управляющего входа зависит от напряжения делителя R73R74 и от состояния компаратора «цвета». Высокий тон – цветной мет, низкий тон - черный…Ключ КТ7 при отпущенной кнопке S1 отключен. КТ9 включается от схемы совпадения на компараторах DA26DA27 и подключает нагрузку R78 к ключу КТ10, который коммутируется с частотой ГУНа.

С выхода каналов Y1 Y2 сигнал суммируется на резисторах R64R65. При воздействии цели там формируется напряжение положительной полярности, величина которого зависит от амплитуды сигнала, т.е. от размера или глубины до цели. Через буфер DA28 этот сигнал формирует громкость сигнала в динамике (наушнике). Это основной режим работы.

При нажатии на кнопку S1 включаются ключи КТ7КТ8. Ключ КТ9 открывается постоянно, а на вход ГУНа попадает напряжение с суммы каналов (DA28). Теперь частота ГУНа определяется величиной сигнала от цели. Чем больше сигнал, тем выше тон. Получается динамический Пин Пойнт.

Но благодаря такому решению открывается возможность «услышать» грунт и его баланс, оценить качественно тот самый критерий. Сам процесс баланса грунта происходит так: при «закрытом» окне вырезки (Р2 закорочен) и нажатой кнопке П/П слышим тон (я отдаю предпочтение наушнику, в нем все тонко слышно и не отвлекает тебя самого и не привлекает никого постороннего), при вращении ручки GB из одного крайнего положения в другое и при приближении датчика к грунту (вниз-вверх) слышно уход частоты звука, его девиацию.

Скажем так, при некотором движении сначала тон вверх-вниз, а в другом крайнем вниз-вверх. Но есть положение ручки GB, при котором девиация тона неопределенная.

Т.е. тон "не хочет" стремиться не вверх, не вниз. Эта точка довольно точная и конкретная ( при закрытом окне!) Это и есть точка того баланса, тот критерий настройки. На песке кстати, ее практически невозможно определить из-за малой активности песка. Так это и хорошо!

Теперь отпустив кнопку П/П и приоткрыв окно вырезки мы можем уверенно сказать, что каналы Y1Y2 настроены зеркально относительно грунта и в точке суммирования каналов R64R65 сигнал минимален, т.к. он вычитается. Громкость при этом минимальная, девиация тона тоже минимальная. Регулятор порога канальных компараторов определяет порог чувства только в динамическом режиме. Для плавной регулировки порога, чтобы случайно не загрубить, я применил некоторую «хитрость». На выходах каналов умышленно выставляю напряжение скажем +50+100мв. Но на обоих каналах точно одинаковое. Это надо для того, чтобы проскочить начало регулятора, у которого есть скачек сопротивления в начале регулировки.

Найти потенциометр с обратнологарифмической зависимостью (экспонентой) не всегда удается. А так можно применить линейный регулятор, но зашунтировав его движок на землю резистором. Подбирая R66 возможно влиять на наклон регулировочной хар-ки, растяжку начала шкалы чувства…

Применение линейного аудиоусилителя выходного сигнала дает возможность подключать любую нагрузку от 8 до 50ом, любые динамики и наушники. При этом сам усилитель потребляет ток всего 2.5ма.

Контроль питания м\с VT1, это супервизор на 5В. Но подобрав резистор на его входе можно его загрубить до 5,3В. Каскад на DD8-DD11 при понижении питания до этой величины подает в канал звука короткие сигналы с интервалом 3-4 сек. Прибор продолжает работу, но есть информация о состоянии батареи (аккум).

Ciklon

Изготовление металлоискателя "ГРОЗА-3" (Thunderbolt-III) Utekai



Rambler's Top100

Служебная информация Monday, 15-Feb-2010 20:15:23 MSK
Главная портала “Ваш RUNET”
Google

Металлоискатели от Ciklona

Всё для самостоятельной сборки Грозы