Prosty wykrywacz metali 3.pdf

Systemy

Wykrywacze metali

Poniższy artykuł przeznaczony jest dla wszystkich, którzy interesują się tema−

tyką poszukiwania skarbów i militariów, w szczególności dla tych, którzy dopie−

ro zaczynają, lub chcieliby zacząć interesować się tą dziedziną. W dwuczęścio−

wym artykule opisano podstawowe rodzaje wykrywaczy, wyjaśniono występu−

jące ograniczenia i zaprezentowano kilka profesjonalnych wykrywaczy metali.

Od początku istnienia Elektroniki dla

Wszystkich do Redakcji napływają listy

z prośbami o przedstawienie projektów

wykrywaczy metali. Autorzy tych listów

nie ukrywają, że chodzi im o wykrywacze

mające zasięg „przynajmniej jednego

metra”, a wielu oczekuje opisu wykrywa−

cza „o zasięgu przynajmniej 3 metrów”.

Z treści zdecydowanej większości listów

wynika, że taki wykrywacz miałby być uży−

wany do wykrywania także (a może prze−

de wszystkim) drobnych przedmiotów

metalowych, zwłaszcza... złotych i srebr−

nych monet. Oczywiście zakopanych

gdzieś w ziemi na głębokości do wspo−

mnianych trzech metrów.

Takie oczekiwania podsycane są przez

pozbawionych skrupułów oszustów, którzy

obiecują przesłanie za kilkanaście złotych

„rewelacyjnych” schematów, albo za kilka−

dziesiąt złotych gotowych urządzeń, które

rzekomo są tak bardzo czułe.

Tymczasem wykrywaczy, spełniających

wspomniane wcześniej wygórowane ocze−

kiwania odnośnie zasięgu i zdolności wykry−

wania małych przedmiotów... prrakttyczniie

niie ma! I to nie tylko u nas w kraju, ale

i gdziekolwiek na świecie.

Owszem, istnieją i są dostępne wykry−

wacze mające zasięg 1...3 metrów, ale z ca−

łą pewnością nie nadają się do wykrywania

pojedynczych monet.

Natomiast przenośne wykrywacze, jaki−

mi posługują się hobbyści (między innymi

do poszukiwań skarbów), wyposażone

w sondy o średnicy 20...40cm, mają sto−

sunkowo niewielki zasięg.

Według danych jednego z krajowych

producentów, dobry wykrywacz metalu ma

następujące zasięgi maksymalne:

obiiekt w powiietrzu w grunciie

moneta 25...30cm 10...15cm

hełm 70...80cm 50...60cm

kanister do 100cm do 80cm

max. zasięg 180cm 1...1,2m

(duży przedmiot)

W pierwszym, bardzo niedokładnym

przybliżeniu, można powiedzieć, że zasięg

wykrywacza jest równy średnicy sondy, gdy

szukany przedmiot ma wymiary zbliżone do

połowy średnicy sondy.

W różnych materiałach w literaturze i re−

klamach podaje się różne zasięgi, ale gene−

ralnie są one zbliżone do wyżej podanych.

Przedstawione powyżej dane można uwa−

żać za optymistyczne i w wielu, jeśli nie

większości przypadków, praktycznie uzyska−

ne zasięgi okażą się jeszcze mniejsze. Z du−

żą ostrożnością należy podchodzić do infor−

macji podanych w niektórych ulotkach rekla−

mowych. Producenci z oczywistych wzglę−

dów starają się przedstawić swój sprzęt

w jak najlepszym świetle i mogą przemil−

czać jego wady. Typowym chwytem, na któ−

ry dają się nabrać niezorientowani jest poda−

wanie jedynie maksymalnego zasięgu,

np. 2 metrów, ale bez precyzowania, że jest

to zasięg w powietrzu, i że z odległości tych

dwóch metrów wykrywacz z ledwością jest

w stanie wykryć jedynie obiekt metalowy

o wielkości czołgu. W gruncie (w ziemi) za−

sięg będzie znacznie mniejszy, i zależeć to

będzie od właściwości tego gruntu.

Dla niektórych naszych czytelników te in−

formacje na pewno będą ogromnie przykrym

zaskoczeniem. Zapewne chwycą się myśli,

że to tylko krajowe wykrywacze mają tak

mały zasięg, natomiast kilkukrotnie droższe

zachodnie mają zasięg kilkukrotnie większy.

Niestety, wcale tak nie jest! Owszem,

bardzo drogie zachodnie wykrywacze pra−

cujące na tych samych zasadach, wyposa−

żone w mikroprocesor, wyświetlacz LCD

i klawiaturę, mogą być stabilniejsze w pra−

cy, wygodniejsze w obsłudze, trwalsze, bar−

dziej niezawodne, ale ich zasięg nie jest

znacząco większy. Nie chodzi tu bowiem

o zastosowane starsze czy nowsze środki

techniczne – przyczyną niewielkiego zasię−

gu są wspomniane fundamentalne zasady

określające między innymi zasięg w zależ−

ności od wielkości sondy, oraz tłumienie po−

la elektromagnetycznego w gruncie.

Bez ryzyka można powiedzieć, że od lat za−

sięgi typowych wykrywaczy „stoją w miejs−

cu”. W tej dziedzinie nie dzieje się praktycznie

nic nowego, a zmiany dotyczą jedynie zwięk−

szenia komfortu obsługi, żywotności baterii, itp.

Dla licznych młodych czytelników powy−

ższe informacje mogą być wręcz szokujące.

Wyobrażali sobie dotychczas, że wykrywacze

ot tak po prostu mają zasięg kilku metrów

w głąb gruntu. Jak powiedziano, można zbu−

dować taki wykrywacz, ale będzie on wielki

i ciężki, będzie pobierał ogromną ilość energii

(wykluczone zasilanie z baterii), albo będzie

miał spory zasięg, ale nie będzie wykrywał mo−

net, czy innych drobnych przedmiotów, i bę−

dzie się nadawał jedynie do wykrywania czoł−

gów zakopanych czy zatopionych w bagnach.

I na dodatek najprawdopodobniej musiałby

to być wykrywacz pracujący na zasadzie zu−

pełnie innej, niż typowe wykrywacze omó−

wione w drugiej części artykułu.

Owszem, spotyka się wykrywacze o za−

sięgu kilku metrów, ale nie są to typowe

ręczne wykrywacze z okrągłą sondą, jakie

znamy z reklam i rzadkich wzmianek w pra−

sie. Kilka rodzajów, można powiedzieć – eg−

zotycznych wykrywaczy, jest przedstawio−

nych na fotografiach w dalszej części arty−

kułu. Jak się słusznie można domyślać na

podstawie zamieszczonych fotografii i ry−

sunków, wykrywacze są używane nie tylko

przez amatorów, ale bardzo często przez

profesjonalistów. Takie profesjonalne wy−

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/98

Systemy

krywacze są oczywiście ogromnie kosztow−

ne i polski hobbysta nawet nie ma co ma−

rzyć, by je kupić.

W zasięgu zainteresowań pozostają jedy−

nie „klasyczne” wykrywacze z okrągłą son−

dą, takie jak te na ffottogrraffiiach 1 i 2. Ich zasię−

gi nie są może zachwycające, niemniej jed−

nak w praktyce są to jedyne działające

i sprawdzone wykrywacze, na których kupno

może sobie pozwolić amator.

zakupionych (często za znaczna sumę) od

różnego rodzaju naciągaczy i oszustów.

Schematy te są w zasadzie prawidłowe, bo

są to zwykle układy „zerżnięte żywcem”

z jakichś zachodnich publikacji, ale jak wia−

domo, sam schemat to jeszcze nie wszyst−

ko, zwłaszcza w przypadku tak czułego urzą−

dzenia. Decydujące znaczenie mają liczne

dodatkowe czynniki, takie jak: sposób roz−

mieszczenia elementów i przewodów, właś−

ciwe ekranowanie, szczegóły wykonania

sondy, itp. Właśnie dlatego do wielu ogło−

szeń o sprzedaży schematów „rewela−

cyjnych” wykrywaczy należy podchodzić

z dużą rezerwą, no chyba, że ktoś ma kilka−

dziesiąt złotych do wyrzucenia w błoto.

Po tym bolesnym dla niektórych wstępie,

pora przedstawić najpopularniejsze rodzaje

wykrywaczy i zasady, według których pracują.

do poszukiwań „skarbów”. Te „skarby” to

zarówno przedmioty o znacznej wartości

materialnej, jak i znaleziska o symbolicznej

wartości handlowej, cenne jedynie jako pa−

miątki dla hobbystów (np. różne drobne mi−

litaria z okresu ostatniej wojny).

Wszystkie popularne wykrywacze metali,

choć zbudowane w różny sposób, opierają

swe działanie na wpływie przedmiotów me−

talowych na pole elektromagnetyczne. Pole

to jest sztucznie wytwarzane przez wykry−

wacz. Jeżeli w obszarze tego pola znajdą się

przedmioty metalowe, pole jest w jakiś spo−

sób zaburzone. Zaburzenie pola jest sygnali−

zowane akustycznie lub(i) zpomocą miernika.

Reakcja wykrywacza określona jest głów−

nie przez właściwości magnetyczne materia−

łu – przenikalność magnetyczną µ. Materiały,

które mają przenikalność magnetyczną

względną (µ r ) mniejszą od jedności, czyli

mniejszą od przenikalności próżni, nazywa−

my materiałami diamagnetycznymi. Spośród

metali diamagnetykami są między innymi: zł−

oto, srebro i miedź.

Materiały, które mają przenikalność mag−

netyczną trochę większą niż 1 nazywa się

paramagnetykami. Do paramagnetyków na−

leży na przykład aluminium.

Materiały mające przenikalność magne−

tyczną znacznie większą niż 1 to ferromag−

netyki. Metale ferromagnetyczne to między

innymi żelazo, nikiel i kobalt.

Fot. 1.

Przyzwoite polskie wykrywacze, takie

jak na fotografiach 1 i 2 kosztują kilkaset zło−

tych, co i tak jest ceną dwukrotnie czy trzy−

krotnie niższą, niż mają podobnej klasy wy−

krywacze niemieckie czy amerykańskie.

Tam ceny wykrywaczy zaczynają się (w

przeliczeniu) od 1000...1200zł.

Już choćby podane ceny wskazują, że wy−

krywacz musi być przyrządem precyzyjnym

i stabilnym. Jak się jeszcze okaże w dalszej

części artykułu, kluczową rolę odgrywa nie

tylko układ elektroniczny, ale przede wszyst−

kim sposób wykonania sondy. Właśnie wy−

magania odnośnie parametrów sondy i stabil−

ności „elektroniki” decydują, że wykonanie

dobrego wykrywacza naprawdę nie jest pros−

tą sprawą. Między innymi dlatego na łamach

EdW nie pojawił się dotychczas opis kon−

strukcji dobrego wykrywacza metalu.

Nawet bardziej zaawansowany hobbysta

przy wykonywaniu i strojeniu skomplikowa−

nego wykrywacza natknie się na liczne prob−

lemy, i zanim metodą prób i błędów zdobę−

dzie odpowiednie doświadczenie, straci

mnóstwo czasu. W praktyce okazuje się, że

w sumie znacznie tańszym (!) i mniej stresu−

jącym sposobem wejścia w posiadanie dob−

rego wykrywacza jest jednak zakup takowe−

go (z gwarancją, za cenę 500...1000zł)

w przyzwoitej firmie. Rozczarowaniem koń−

czy się natomiast ogromna większość prób

zbudowania układów, według schematów

Fot. 2. Wykrywacz dlla hobbystów

Wiadomości ogólne

Podobnie jak wiele wynalazków, także wy−

krywacze, czyli detektory metalu, zrodziły się

dla potrzeb wojska. Przed kilkudziesięcioma

laty produkowano miny mające metalową

obudowę i miny takie z powodzeniem można

było odnaleźć za pomocą wykrywaczy, zbu−

dowanych na bazie lamp elektronowych. Każ−

dy czytelnik EdW, choćby w telewizji, widział

sapera ze słuchawkami na uszach i wykrywa−

czem wyposażonym w charakterystyczną

okrągłą lub owalną sondę, poruszaną tuż

ponad powierzchnią gruntu.

Dziś miny często mają obudowę z two−

rzywa sztucznego, więc klasyczne minerskie

wykrywacze metalu są wobec nich bezsilne.

Nie znaczy to jednak, że wykrywacze

metalu stały się niepotrzebne. Były i są wy−

korzystywane do lokalizacji rur wodociągo−

wych, gazowych czy przewodów energe−

tycznych zarówno w ziemi, jak i w ścianach

budynków, do kontroli osób na lotniskach

i w silnie strzeżonych obiektach, wreszcie

Fot. 3.

Dla użytkowników wszelkich przyrządów

do poszukiwań metali główne znaczenie ma

fakt, że diamagnetyki i paramagnetyki zbliżone

do cewki zmniejszają jej indukcyjność własną,

natomiast ferromagnetyki – zwiększają.

Przy poszukiwaniu metali zakopanych

w ziemi występuje dodatkowa trudność, mia−

nowicie wpływ gruntu. Detektor metalu

zwykle wytwarza zmienne pole elektromag−

netyczne o pewnej częstotliwości. Czym

większa częstotliwość, tym większe tłumie−

nie tego pola w gruncie. Stopień tłumienia

wyznacza więc zasięg detektora. Czym

mniejsza częstotliwość, tym mniejsze tłumie−

nie, większa głębokość wnikania iwiększy za−

sięg (użyteczna głębokość poszukiwań).

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/98

Systemy

Grunt może też zawierać minerały mają−

ce właściwości magnetyczne. I wcale nie

muszą to być jakiegoś typu pojedyncze ka−

mienie – po prostu grunt jako taki może

mieć (i często ma) właściwości niekorzyst−

ne z punktu widzenia poszukiwania przed−

miotów metalowych.

Duże znaczenie ma także średnica son−

dy. Czym większa sonda, tym większy za−

sięg (głębokość), ale dużą sondą trudno wy−

kryć drobne przedmioty. Właśnie dlatego

zdecydowana większość wykrywaczy ma

wymienne sondy o różnej wielkości, prze−

znaczone do poszukiwań różnych obiektów.

Podstawowe rodzaje

wykrywaczy

Rysunek 1przedstawia uproszczony sche−

mat blokowy najprostszego wykrywacza.

Sondą pomiarową jest oczywiście cewka L.

analizować wielkość i kierunek zmian. Dlate−

go rozwiązanie z cyfrowym licznikiem nie jest

stosowane. Owszem, są wykrywacze wypo−

sażone w mikroprocesor, które analizują prze−

bieg po przekształceniu do postaci cyfrowej,

ale takie wykrywacze nie badają zmian częs−

totliwości, tylko pewne zależności fazowe.

Mało tego, w zasadzie nie spo−

tyka się w praktyce detektorów

zbudowanych według prostej za−

sady z rysunku 1. Przyczyną są

bardzo małe zmiany częstotliwoś−

ci. Różnice napięcia wytworzone

przez tak małe zmiany częstotli−

wości byłyby porównywalne

z szumami własnymi przetworni−

ka F/U, a tym samym byłyby nie−

mierzalne.

Warto w tym miejscu poświę−

cić chwilę czasu i uświadomić so−

bie skalę trudności.

Oto jest uzwojenie

cewki o pewnych,

w sumie niewielkich wymiarach

(kilku do kilkudziesięciu centy−

metrów). Zbliżenie metalowego

przedmiotu ma w zauważalny

sposób zmienić indukcyjność tej

cewki. Już intuicja podpowiada,

że aby te zmiany były zauważal−

ne, przedmiot nie może być

umieszczony zbyt daleko – musi być umiesz−

czony w odległości porównywalnej z wymiara−

mi cewki.

Aco to znaczy „zauważalne zmiany”?

Początkujący może będą w tym miejscu

twierdzić, że nie ma tu ograniczeń, bo za−

wsze można zastosować jakiś dodatkowy

wzmacniacz i wykrywać dowolnie małe

zmiany. Wcale nie jest to prawdą! Nie

wchodząc w szczegóły można stwierdzić,

że uzyskane w efekcie sygnały muszą być

większe niż poziom wszechobecnych szu−

mów i zakłóceń pochodzących z wielu źró−

deł. Ate szumy i zakłócenia mają pewną

niezerową wartość. Właśnie to jest poważ−

ną barierą przy konstruowaniu wykrywaczy.

Niemniej jednak generalna zasada zmia−

ny częstotliwości pod wpływem przedmio−

tu metalowego jest słuszna i jest po−

wszechnie wykorzystywana do dziś w pros−

tszych wykrywaczach. Aby uzyskać łatwy

do zinterpretowania sygnał wyjściowy nie

stosuje się jednak miernika wskazówkowe−

go. Miernikiem jest ludzkie ucho.

Ale do ucha nie jest podawany wprost

sygnał z generatora. Gdyby nawet częstotli−

wość generatora leżała w za−

kresie słyszalnym i wynosiła

kilka czy nawet kilkanaście ki−

loherców, minimalne zmiany

częstotliwości o kilka herców,

a nie tym bardziej o ułamek

herca byłyby niewykrywalne

uchem. Nawet człowiek

o świetnym muzycznym słu−

chu miałby trudności z wykryciem takich

zmian.

W praktycznych układach do ucha docie−

ra więc nie dźwięk o częstotliwości genera−

tora, tylko dźwięk o częstotliwości znacznie

niższej.

Stosowany jest tu sposób znany z od−

Rys. 3. Zasada

dziiałłaniia

wykrywacza

typu BFO

Rys. 1. Zasada dziiałłaniia najjprostszego wykrywacza

biorników radiowych i telewizyjnych. Rysu−

nek 3 pokazuje zasadę.

Sygnał generatora „pomiarowego” jest

podawany na mieszacz. Na drugie wejście

mieszacza wchodzi sygnał z drugiego,

„stałego” generatora. Na wyjściu mieszacza

występuje składowa o częstotliwości równej

różnicy częstotliwości obu generatorów.

Częstotliwość „stałego” generatora jest bar−

dzo bliska częstotliwości drgań swobodnych

generatora „pomiarowego”. W słuchaw−

kach lub głośniku występuje więc przebieg

o niewielkiej częstotliwości co najwyżej

100Hz, a często mniejszej. Dopiero taki spo−

sób umożliwia wykrycie bardzo małych

zmian częstotliwości spowodowanych zbli−

żeniem metalowego przedmiotu.

W literaturze wykrywacze zbudowane

na zasadzie przedstawionej na rysunku 3 są

oznaczane BFO (Beat Frequency Oscillator).

Jeśli przykładowo częstotliwości genera−

torów są zbliżone do, powiedzmy, 60kHz

i częstotliwość różnicowa wynosi np. 100Hz,

to zmiana częstotliwości o kilka herców zo−

stanie zauważona nawet przez mało wpraw−

nego słuchacza. Łatwo się domyślić, że dla

zwiększenia bezwzględnej wartości zmian

częstotliwości należałoby pracować przy jak

największej częstotliwości generatorów, rzę−

du dziesiątek, a nawet setek kiloherców

(50...450kHz). Jak jednak wspomniano

wcześniej, przy większych częstotliwościach

tłumienie w gruncie jest duże i zasięg maleje.

Z kolei zastosowanie generatorów

o częstotliwości poniżej 20kHz (przyrządy

określane VLF – Very Low Frequency) jest

korzystne ze względu na zasięg, ale trudniej

wtedy wykryć zmiany częstotliwości wyno−

szące przecież drobny ułamek procenta.

W takim przypadku stosuje się kolejny

„chwyt” techniczny. Do słuchawek lub głoś−

nika nie jest podawana bezpośrednio częs−

totliwość różnicowa, wynosząca 1Hz lub

Wraz z kondensatorem C tworzy ona obwód

rezonansowy, określający częstotliwość ge−

neratora G. Zbliżenie do sondy (cewki) meta−

lowego przedmiotu zmieni indukcyjność

własną tej cewki i tym samym częstotli−

wość generatora. Przetwornik częstotliwoś−

ci na napięcie (f/U) pozwoli zobrazować te

zmiany za pomocą na przykład miernika

wskazówkowego. Zbliżenie przedmiotu sta−

lowego lub innego ferromagnetycznego (że−

lazo, nikiel, kobalt...) spowoduje zwiększe−

nie indukcyjności, czyli zmniejszenie częs−

totliwości drgań generatora. Metale dia− i pa−

ramagnetyczne dadzą przeciwny efekt –

zwiększenie częstotliwości.

W praktyce nie używa się wykrywaczy zbu−

dowanych według schematu blokowego z ry−

sunku 1. Chodzi nie tylko o przetwornik częs−

totliwość−napięcie. Bystry czytelnik z pewnoś−

cią zauważy, że przetwornik z miernikiem

wskazówkowym tworzy analogowy częstoś−

ciomierz, i że zamiast takiego przetwornika

można zastosować po prostu cyfrowy częs−

tościomierz, jak pokazano to na rrysunku 2.

Wiadomo jednak powszechnie, że odczyt

cyfrowy ma swoje istotne wady, bo trudniej

Rys. 2. Prosty wykrywacz z częstościiomiierzem

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/98

mniej, bo byłaby ona niesły−

szalna. Ta częstotliwość różnicowa

moduluje (amplitudowo), znacznie wyższą,

dobrze słyszalną częstotliwość. W ten spo−

sób można wykryć zmiany częstotliwości

generatora „pomiarowego” rzędu 0,3...0,5Hz,

co oznacza dużą czułość wykrywania przed−

miotów metalowych.

Niektóre rozbudowane wykrywacze ty−

pu BFO mają dodatkowy układ i wskaźnik

pozwalający na podstawie kierunku zmian

częstotliwości określić rodzaj metalu (stal,

żelazo albo złoto, srebro, miedź)

Jak wynika z przedstawionych przed

chwilą danych, aby zapewnić właściwą pra−

cę i praktyczny wynik, opisane układy mu−

szą mieć nie tylko dużą czułość, ale muszą

też być bardzo, bardzo stabilne. Nietrudno

się domyślić, że zmiany temperatury, wil−

gotności, nasłonecznienia oraz inne czynni−

ki będą wpływać na częstotliwości obu ge−

neratorów wykrywacza typu BFO. I tu tkwi

główny problem! Częstotliwości obu gene−

ratorów będą się w jakimś niewielkim stop−

niu zmieniać, co może zostać błędnie zinter−

pretowane jako wykrycie przedmiotu.

Zapewnienie odpowiedniej stabilności

generatorów nie jest wcale łatwe. Tymcza−

sem praktyczna przydatność wykrywacza

zależy właśnie od stabilności generatorów.

Dla polepszenia parametrów nie można wy−

korzystać stabilnych generatorów kwarco−

wych, co może bez namysłu zaproponują

nowicjusze. Nie można, ponieważ genera−

tor „pomiarowy” z założenia musi być ge−

neratorem LC, zmieniającym częstotliwość

przy zbliżeniu do cewki swego rodzaju rdze−

nia. Jedyną metodą poprawienia stabilności

jest zbudowanie obu generatorów w iden−

tycznej konfiguracji i z podobnych elemen−

tów. Wtedy pod wpływem temperatury i in−

nych czynników częstotliwości obu genera−

torów zmieniają się współbieżnie (w tym

samym stopniu) i wypadkowa częstotli−

wość różnicowa pozostaje nie zmieniona.

W praktyce największym problemem bywa

wykonanie cewki dla „stałego” generatora,

mającej takie same właściwości termiczne,

jak cewka pomiarowa.

Przedstawiona zasada

wykrywania metali (BFO)

jest znana i stosowana

od lat. Wielu osobom

wydaje się, że jest to

jedyna sensowna

metoda wykorzystywa−

na przy budo−

wie detek−

niku sygnał 1kHz, a nie niesłyszalną częstot−

liwość 100kHz.

Warto zauważyć, że w prostym układzie

wykrywacza mostkowego nie można okreś−

lić, czy indukcyjność cewki pomiarowej zwięk−

szyła się, czy zmniejszyła. W obu wypadkach

na przekątnej mostka pojawi się taki sam

przebieg (ściślej biorąc, będzie się on różnił je−

dynie fazą, ale tego nie można ocenić uchem).

Wykrywacze IB z dwoma

cewkami

Na początek wypada wyjaśnić skrót IB. Po−

chodzi on od angielskiego określenia Induc−

tion Balance, co można przetłumaczyć jako

rrównoważeniie iindukcyjjnościi. O równoważe−

niu indukcyjności można mówić także, a mo−

że przede wszystkim, w układzie z rysunku 4.

Ale nie jest to jedyna metoda równoważenia.

Istnieją przynajmniej dwie dalsze meto−

dy, w których wykorzystuje się dwie (cza−

sem trzy) sprzężone cewki.

Ogólna zasada pokazana jest na rrysunku 5.

Generator podaje sygnał do cewki nadawczej.

W zależności od wzajemnego ustawienia obu

cewek, występować będzie silniejsze lub słab−

sze ich sprzężenie wzajemne. Przy dużym

sprzężeniu, w drugiej cewce (odbiorczej) indu−

kować się będzie silny sygnał. Przy słabym

sprzężeniu, sygnał w cewce odbiorczej będzie

bardzo mały. W praktyce chodzi o to, by cewki

ustawić blisko siebie, iaby mimo wszystko sto−

pień sprzężenia obu cewek był bardzo mały.

Najprostszą metodą jest ustawienie obu

cewek w płaszczyznach wzajemnie prosto−

padłych. Jak wiadomo, sprzężenie wzajemne

dwóch tak ustawionych cewek powinno być

praktycznie żadne – porównaj rrysunek 6. Tym

samym w cewce odbiorczej (przez którą sta−

le przechodzą linie pola wytwarzanego przez

torów.

Tak jednak

nie jest. Ist−

nieją wykry−

wacze zbudowa−

ne inaczej. Ogólnie

biorąc, pracują one

na zasadzie równo−

ważenia indukcyj−

ności bądź kompen−

sacji. Kolejno zosta−

ną przedstawione

trzy rodzaje takich

wykrywaczy.

Fot. 4.

Nowoczesny

wykrywacz z miikro−

procesorem,

wyświietllaczem

LCD ii kllawiiaturą

Wykrywacze mostkowe

Rysunek 4ilustruje zasadę działania wykry−

wacza mostkowego. Cewka pomiarowa L1

jest częścią mostka, zasilanego sinusoidal−

nym przebiegiem zmiennym. W tej samej ga−

łęzi mostka włączona jest druga cewka, ozna−

czona L2, przypuśćmy, że o takiej samej in−

dukcyjności. Rezystory w drugiej gałęzi most−

ka mają jednakowe wartości. Wstanie równo−

wagi napięcia na wszystkich gałęziach mostka

są równe i na przekątnej mostka (między pun−

ktami Ai B) nie występuje żaden przebieg.

Jeśli jednak indukcyjność cewki pomiarowej

(sondy) zmieni się pod wpływem zbliżonego

do niej przedmiotu metalowego, równowaga

zostanie zachwiana i na przekątnej mostka

wystąpi przebieg zmienny. Po wzmocnieniu

przebieg ten zostanie skierowany do głośnika

lub słuchawek. Tym razem nie ma mowy

o zmianie częstotliwości. Generator G nie jest

zależny od cewek. Na wyjściu mostka pojawia

się więc przebieg o częstotliwości generatora

– sygnałem dla użytkownika jest nie zmiana

częstotliwości, tylko pojawienie się lub zmia−

na głośności dźwięku.

Zamiast prostego generatora, można za−

stosować generator (np. 100kHz) modulo−

wany niską częstotliwością (np. 1kHz). Po−

tem prostym sposobem uzyskuje się w głoś−

Rys. 6. Sprzężeniie iindukcyjjne cewek

cewkę nadawczą) wstanie spoczynku nie po−

winien się indukować sygnał. Trzeba pod−

kreślić, że kluczowe znaczenie ma tu kąt, jaki

tworzą umowne linie pola magnetycznego

z płaszczyzną, czy też osią cewki odbiorczej.

Jeśli potem wobszarze działania

pola, wytworzonego przez cewkę

nadawczą, znajdzie się metalowy

przedmiot, to zaburzy on przebieg li−

nii tego pola. Minimalnie zaburzone

linie pola będą teraz przenikać przez

cewkę odbiorczą pod nieco innym

kątem. Tym samym w cewce tej

zaindukuje się przebieg o częstotli−

wości generatora.

Znów w praktyce warto za−

stosować tu przebieg o wyższej

Rys. 4. Zasada pracy

wykrywacza

mostkowego

Rys. 5. Ogóllna koncepcjja

wykrywaczy z dwoma skompen−

sowanymii cewkamii

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/98

częstotliwości, modulowany amplitudowo

przebiegiem o małej (akustycznej) częstotli−

wości. Jak wspomniano wcześniej, ta wy−

ższa częstotliwość też powinna być możli−

wie mała (nawet kilkadziesiąt do dwustu ki−

loherców), bo ze wzrostem częstotliwości

maleje zasięg wnikania fali w grunt.

W literaturze angielskojęzycznej taka me−

toda określana jest jako TR (Transmitter/Re−

ceiver = Nadajnik/Odbiornik). Wykrywacze te−

go typu dostępne są w handlu. Cewki nie mu−

szą mieć okrągłego kształtu. Fabryczne urzą−

dzenia tego typu często mają cewki o kształ−

cie prostokątnym, jak to widać na ffottogrraffiiii 5.

Urządzenia tego typu nie są jednak zbyt

popularne. Mają wprawdzie zasięg 3...5

metrów, ale nie nadają się do wykrywania

małych przedmiotów (np. monety).

Wykrywacz pracujący na opisanej zasadzie

można stosunkowo łatwo wykonać we włas−

nym zakresie, używając jakiegokolwiek prze−

nośnego radioodbiornika z zakresem fal śred−

nich (jeszcze lepiej długich). Ideę pokazuje rry−

sunek 7. Radioodbiornik będzie służył właśnie

jako detektor (odbiornik). Nadajnikiem będzie

generator oczęstotliwości kilkuset kiloherców,

zasilający cewkę nadawczą, nawiniętą w po−

staci okręgu o znacznej średnicy, rzędu 50cm.

Wzajemne położenie cewki nadajnika icew−

ki anteny ferrytowej odbiornika trzeba tak do−

brać, by sprzężenie było jak najmniejsze. Oczy−

wiście chodzi tu o prostopadłe ustawienie obu

tych cewek. Wpraktyce okazuje się, że najtrud−

niejszą sprawą jest zapewnienie stabilności

mechanicznej całej konstrukcji – przecież urzą−

dzenie ma być wykorzystane w terenie i musi

być bardzo sztywne podczas użytkowania. Do−

datkową trudnością jest konieczność wykona−

nia konstrukcji z materiałów niemagnetycz−

nych, np. drewna, tworzywa sztucznego, itp.

Warto przeprowadzić eksperymenty z ta−

kim wykrywaczem metalu. Mechaniczną ba−

zą konstrukcji może być sztywny drewniany

kij od szczotki do zamiatania. Odbiornik ra−

diowy może być dowolny.

Nadajnik musi być wykonany we własnym

zakresie. Należy zastosować generator o częs−

totliwości nośnej (150...500kHz), modulowany

(lub prościej kluczowany) amplitudowo częs−

totliwością rzędu 1kHz (500Hz...3kHz). W naj−

prostszym przypadku mógłby to być nawet po−

dwójny generator przebiegu prostokątnego,

zbudowany na bramkach cyfrowych. Wtedy

należy się jednak liczyć z występowaniem licz−

nych harmonicznych, które będą wysyłane

w eter i będą zakłócać odbiór stacji radiowych

w najbliższej okolicy. Taki wykrywacz może

spowodować wejście w kolizję z prawem, gdy

poziom emitowanych wyższych składowych

przekroczy ustawowe normy.

Przy próbach należy więc użyć raczej ge−

neratora przebiegu sinusoidalnego (modulo−

wanego przebiegiem sinusoidalnym lub

prostokątnym) lub zastosować filtr eliminu−

jący wyższe harmoniczne.

Wyniki uzyskane przy częstotliwościach

długofalowych (150...300kHz) mogą być inte−

resujące, i chyba warto je przeprowadzić

z użyciem jakiegoś starego radia tranzystoro−

wego (odbiorniki zachodnie z reguły nie mają

zakresu długofalowego, tylko średniofalowy).

Niektóre zagraniczne źródła zalecają budo−

wę (modulowanego) generatora o częstotli−

wości równej częstotliwości pośredniej uży−

tego odbiornika radiowego. W takim wy−

padku do stabilizacji pracy nadajnika może

być użyty typowy rezonator ceramicz−

ny oczęstotliwości 455, 460 lub 465kHz. Prob−

lemem może być odbiór. Zamiast wchodzić

wprost na wejście toru pośredniej częstotli−

wości, być może wystarczy wejście przez an−

tenę – wtedy słabe właściwości mieszacza

mogą stać się dobrodziejstwem, bo sygnał bę−

dzie bezpośrednio przechodził przez mieszacz.

Szczegółowe wskazówki odnośnie bu−

dowy takiego wykrywacza nie zostaną po−

dane, bo do takich eksperymentów powin−

ni się zabierać ci, którzy mają już pewne do−

świadczenie i poradzą sobie z problemem

na podstawie powyższych informacji.

Należy tu jeszcze raz podkreślić, że uzyska−

ne efekty zależeć będą przede wszystkim od

stabilności mechanicznej całej konstrukcji. Jak

wspomniano, opisany dość prosty sposób po−

zwala odszukać duże przedmioty metalowe,

ale nie nadaje się do poszukiwań drobnych

elementów, na przykład monet.

Specyficzną odmianą takich wy−

krywaczy są urzą−

dzenia, w których

obie prostopadle

umieszczone cewki

są częścią układu

generatora. Jak wia−

domo, praca gene−

ratora opiera się na

istnieniu dodatniego

sprzężenia zwrotne−

go z wyjścia na we−

jście. Jeśli takowe

Fot. 5. Wykrywacz typu TR

sprzężenie występuje, układ zaczyna genero−

wać drgania. Jeśli to dodatnie sprzężenie

zwrotne będzie realizowane przez dwie pros−

topadle umieszczone cewki, układ będzie

miał cechy wykrywacza metalu. W stanie

spoczynku między prostopadłymi cewkami

sprzężenie jest znikome i drgania nie mogą

się wzbudzić. Jeśli jednak w pobliżu takiego

zestawu cewek znajdzie się jakiś przedmiot

metalowy, wtedy zaburzy on przebieg linii

pola magnetycznego i sprzężenie między

cewkami wzrośnie. Spowoduje to powsta−

nie drgań w układzie generatora.

W drugie części artykułu zostaną przed−

stawione najpopularniejsze wykrywacze z

równoległymi cewkami, wykrywacze impul−

sowe i jeszcze inne rodzaje detektorw metali.

Piiottrr Górreckii

Rys. 7. Konstrukcjja prostego wykrywacza

z cewkamii prostopadłłymii

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/98

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: