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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 금속 탐지기를 치십시오. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
제안된 금속 탐지기는 물체에 대한 "가까운" 검색을 위해 설계되었습니다. 가장 간단한 계획에 따라 조립됩니다. 이 장치는 콤팩트하고 제조하기 쉽습니다. 감지 깊이는 다음과 같습니다.
구조 계획 블록 다이어그램은 그림에 나와 있습니다. 8. 여러 기능 블록으로 구성되어 있습니다. 수정 발진기는 안정적인 주파수의 직사각형 펄스 소스입니다.
진동 회로는 인덕터 인 센서를 포함하는 측정 생성기에 연결됩니다. 두 생성기의 출력 신호는 출력에서 차동 주파수 신호를 생성하는 동기 검출기의 입력에 공급됩니다. 이 신호는 대략 톱니 모양입니다. 추가 처리의 편의를 위해 동기 검출기 신호는 슈미트 트리거를 사용하여 직사각형 신호로 변환됩니다. 표시 장치는 압전 방사체를 사용하여 주파수 차이의 소리 신호를 생성하고 LED 표시기를 사용하여 이 주파수의 값을 시각적으로 표시하도록 설계되었습니다. 회로도 저자가 개발한 비트 검출기의 개략도는 Fig. 9.
수정 발진기는 "송신-수신" 원리를 기반으로 하는 금속 탐지기 생성기와 유사한 회로를 가지고 있지만 D1.1-D1.3 인버터에서 구현됩니다. 발진기 주파수는 공진 주파수가 2인 석영 또는 압전 세라믹 공진기 Q에 의해 안정화됩니다.15 Hz ~ 32kHz("시계 석영"). R1C2 회로는 더 높은 고조파에서 발전기의 여기를 방지합니다. 저항 R2를 통해 PIC 회로가 닫히고 공진기 Q를 통해 PIC 회로가 닫힙니다. 발전기는 단순성, 전원의 낮은 전류 소비, 3..15V의 공급 전압에서 안정적인 작동, 조정 요소 및 너무 높은 저항 저항을 포함하지 않는 것이 특징입니다. 생성기의 출력 주파수는 약 32kHz입니다. 듀티 사이클이 정확히 2.1인 신호를 생성하려면 추가 카운팅 트리거 D2이 필요하며, 이는 후속 동기 검출기 회로에 필요합니다. 측정 생성기 생성기 자체는 트랜지스터 VT1, VT2의 차동 스테이지에서 구현됩니다. POS 회로는 전기적으로 구현되어 회로를 단순화합니다. 차동 스테이지의 부하는 발진 회로 L1C1입니다. 생성 주파수는 발진 회로의 공진 주파수와 차동 스테이지의 모드 전류에 어느 정도 의존합니다. 이 전류는 저항 R3 및 R3'에 의해 설정됩니다. 장치를 설정할 때 측정 생성기의 주파수를 조정하는 것은 커패시턴스 C1을 선택하여 대략적으로 수행되고 전위차계 R3'을 조정하여 원활하게 수행됩니다. 차동 스테이지의 저전압 출력 신호를 디지털 CMOS 마이크로 회로의 표준 논리 레벨로 변환하기 위해 트랜지스터 VT3의 공통 이미 터가있는 회로에 따라 캐스케이드가 사용됩니다. D3.1 요소의 입력에 슈미트 트리거가 있는 셰이퍼는 후속 카운팅 트리거의 정상 작동을 위해 가파른 펄스 에지를 제공합니다. 듀티 사이클이 정확히 2.2인 신호를 생성하려면 추가 카운팅 트리거 D2가 필요하며, 이는 후속 동기 검출기 회로에 필요합니다. 동기 검출기 검출기는 D4.1 "XOR" 요소와 R6C4 통합 회로에 구현된 곱셈기로 구성됩니다. 출력 신호는 톱니 모양에 가깝고 이 신호의 주파수는 수정 발진기와 측정 발진기의 주파수 차이와 같습니다. 슈미트 트리거 Schmidt 트리거는 D3.2 요소에서 구현되며 동기식 검출기의 톱니파 전압에서 직사각형 펄스를 생성합니다. 디스플레이 장치 부하 용량을 늘리기 위해 병렬로 연결된 나머지 1.4개의 인버터 D1.6-DXNUMX에 구현된 강력한 버퍼 인버터입니다. 디스플레이 장치의 부하는 LED와 피에조 이미 터입니다. 부품 유형 및 디자인 사용된 초소형 회로의 유형은 표에 나와 있습니다. 4. 표 4. 사용되는 미세 회로 유형
K561 시리즈 마이크로 회로 대신 K1561 시리즈 마이크로 회로를 사용할 수 있습니다. K176 시리즈의 일부 칩을 사용해 볼 수 있습니다. 디지털 회로의 미사용 요소 입력을 연결하지 않은 상태로 두어서는 안 됩니다! 공통 버스 또는 전원 버스에 연결해야 합니다. 트랜지스터 VT1, VT2는 모든 문자가 포함된 K159NT1 유형의 통합 트랜지스터 어셈블리 요소입니다. KT315, KT312 등의 npn 전도도를 가진 개별 트랜지스터로 대체할 수 있습니다. 트랜지스터 VT3 - pnp 전도성을 가진 모든 문자 또는 유사한 유형의 KT361 유형. 금속 탐지기 회로에 사용되는 저항에 대한 특별한 요구 사항은 없습니다. 견고하고 설치가 용이하기만 하면 됩니다. 정격 소비 전력은 0,125 ~ 0,25W여야 합니다. 보상 전위차계 R3'은 다회전 유형 SP5-44 또는 버니어 조정 유형 SP5-35가 바람직합니다. 모든 유형의 기존 전위차계를 사용할 수 있습니다. 이 경우 1개를 직렬로 연결하여 사용하는 것이 바람직하다. 하나 - 공칭 값이 100kOhm 인 대략적인 조정용. 다른 하나는 공칭 값이 XNUMX옴인 미세 조정용입니다. 인덕터 L1은 내부 권선 직경이 160mm이고 100회 권선의 와이어를 포함합니다. 와이어 유형 - PEL, PEV, PELSHO 등 와이어 직경 0,2...0,5mm. 코일 설계는 아래를 참조하십시오. 커패시터 C3은 전해입니다. 권장 유형 - K50-29, K50-35, K53-1, K53-4 및 기타 소형. 측정 생성기 코일의 발진 회로 커패시터를 제외한 나머지 커패시터는 세라믹 유형 K10-7 등입니다. 회로 커패시터 C1은 특별합니다. 정확성과 열 안정성 측면에서 높은 요구 사항이 있습니다. 커패시터는 병렬로 연결된 여러 개(5 ... 10개)의 개별 커패시터로 구성됩니다. 석영 발진기의 주파수에 대한 회로의 대략적인 조정은 커패시터 수와 등급을 선택하여 수행됩니다. 권장되는 커패시터 유형은 K10-43입니다. 열 안정성 그룹은 MPO입니다(즉, TKE가 거의 71임). 정밀 커패시터 및 K7-XNUMX과 같은 다른 유형을 사용할 수 있습니다. 결국 KSO 또는 폴리스티렌 커패시터와 같은 은판과 함께 내열성 마이카 커패시터를 사용해 볼 수 있습니다. LED VD1 유형 AL336 또는 이와 유사한 고효율. 가시광선 범위에 있는 다른 모든 LED가 작동합니다. 석영 공진기 Q - 작은 크기의 석영 시계(휴대용 전자 게임에도 유사한 석영이 사용됨). 피에조 이미 터 Y1 - ЗП1-ЗП18 유형이 될 수 있습니다. 수입 전화의 피에조 이미 터를 사용할 때 좋은 결과를 얻을 수 있습니다 (발신자 ID가있는 전화 제조에서 엄청난 양의 "폐기물"이 됨). 장치의 디자인은 매우 임의적일 수 있습니다. 이를 개발할 때 센서 및 하우징 설계 섹션에 설명된 권장 사항을 고려하는 것이 바람직합니다. 금속 탐지기 전자 부품의 인쇄 회로 기판은 전통적인 방법으로 만들 수 있으며 미세 회로의 DIP 패키지(2,5mm 피치)에 기성품 브레드보드 인쇄 회로 기판을 사용하는 것도 편리합니다. 장치 설정 다음 순서로 장치를 설정하는 것이 좋습니다. 1. 회로도에 따라 올바른 설치를 확인하십시오. 인접한 PCB 도체, 인접한 미세 회로 다리 등 사이에 단락이 없는지 확인하십시오. 2. 배터리 또는 9V 전원 공급 장치를 연결하고 극성을 엄격히 준수하십시오. 장치를 켜고 소비 전류를 측정하십시오. 약 10mA여야 합니다. 지정된 값과의 급격한 편차는 미세 회로의 잘못된 설치 또는 오작동을 나타냅니다. 3. 수정 발진기의 출력과 요소 D3.1의 출력에서 약 32kHz의 주파수를 가진 순수한 사행이 있는지 확인합니다. 4. 트리거 D2.1 및 D2.2의 출력에 약 16kHz 주파수의 신호가 있는지 확인합니다. 5. 요소 D3.2의 입력에 차이 주파수의 톱니파 전압이 있고 출력에 직사각형 펄스가 있는지 확인하십시오. 6. 디스플레이 장치가 시각적으로나 청각적으로 작동하는지 확인하십시오. 가능한 수정 장치 구성은 매우 간단하므로 추가 개선 사항에 대해서만 이야기 할 수 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다. 1. 선택적 LED 대수 주파수 표시기 추가. 2. 측정 발생기에서 변압기 센서 사용. 이러한 수정 사항을 자세히 살펴보겠습니다. 대수 주파수 표시기 대수 주파수 표시기는 고급 LED 표시기입니다. 규모는 10개의 개별 LED로 구성됩니다. 측정된 주파수가 특정 임계값에 도달하면 해당 LED가 눈금에서 켜지고 나머지 XNUMX개는 켜지지 않습니다. 표시기의 특징은 인접한 LED의 주파수 응답 임계값이 서로 XNUMX배씩 다르다는 것입니다. 즉, 지표 눈금은 대수 눈금을 가지고 있어 박동 금속 탐지기와 같은 장치에 매우 편리합니다. 대수 주파수 표시기의 개략도가 그림에 나와 있습니다. XNUMX. 이 표시기의 체계는 저자가 독립적으로 개발했음에도 불구하고 특허 검색 결과 그러한 체계가 알려져 있기 때문에 독창적이라고 주장하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 지표 체계 자체와 국내 요소 기반에 대한 구현은 저자의 의견으로는 어느 정도 관심이 있습니다.
대수 표시기는 다음과 같이 작동합니다. 표시기의 입력은 박동 금속 탐지기 회로의 슈미트 트리거 출력에서 신호를 수신합니다(그림 9 참조). 이 신호는 이진 카운터 D5.1-D5.2의 입력입니다(번호 지정은 그림 9의 체계에 따라 계속됨). 이 카운터는 약 3.3Hz의 주파수를 갖는 슈미트 트리거 D10의 보조 발진기에서 나오는 하이 레벨 신호에 의해 주기적으로 재설정됩니다. 보조 생성기 신호의 상승 에지에서 카운터의 상태도 병렬 6비트 레지스터 D7 및 D6에 기록됩니다. 따라서 레지스터 D7 및 DXNUMX의 출력에는 비트 신호의 주파수에 대한 디지털 코드가 있습니다. 스케일의 해당 LED가 주파수 코드의 특정 비트에서 하나의 모양에 해당하도록 설정된 경우 이 코드를 로그 스케일로 변환하는 것은 매우 쉽습니다(이 체계의 "하이라이트"임). 코드의 상위 비트는 모두 XNUMX입니다. 분명히 이 작업은 조합 회로에 의해 수행되어야 합니다. 이러한 체계의 가장 간단한 구현은 OR 요소의 주기적 반복 링크입니다. 실제 회로에서 요소 OR-NOT D8, D9는 강력한 버퍼 인버터 D10, D11과 함께 사용됩니다. 회로의 출력에서 스케일 LED를 제어하기위한 논리 신호는 "단위의 물결"의 형태로 얻습니다. 물론 배터리 전원 절약의 관점에서 눈금을 발광 LED 열 (한 번에 최대 8 개) 형태가 아니라 움직이는 점 형태로 만드는 것이 더 좋습니다. 하나의 빛나는 LED. 이를 위해 표시기 라인의 LED가 조합 회로의 출력 사이에 연결됩니다. 매우 낮은 주파수의 경우 깜박이는 LED 형태의 표시가 여전히 더 적합합니다. 제안된 방식에서는 LED 스케일의 시작과 결합되고 다음 세그먼트가 켜지는 즉시 꺼집니다. 요소 R8, C5를 선택하면 보조 발전기의 주파수 값을 변경할 수 있으므로 주파수 범위 제한이 변경됩니다. 부품 유형 및 디자인 사용된 초소형 회로의 유형은 표에 나와 있습니다. 4. 표 4. 사용되는 미세 회로 유형
K561 시리즈 마이크로 회로 대신 K1561 시리즈 마이크로 회로를 사용할 수 있습니다. K176 시리즈의 일부 칩을 사용해 볼 수 있습니다. D8-D11 마이크로 회로의 전원 공급 장치 배선 및 핀 번호 지정은 단순성을 위해 일반적으로 표시되지 않습니다. LED VD2-VD9 유형 AJ1336 또는 이와 유사한 고효율. 전류 설정 저항 R9-R17의 값은 1,0 ... 5,1 kOhm과 동일합니다. 이 저항의 저항이 낮을수록 LED가 더 밝아집니다. 그러나이 경우 K561LN2 마이크로 회로의 부하 용량이 충분하지 않을 수 있습니다. 이 경우 표시 회로에 병렬로 연결된 출력 인버터를 사용하는 것이 좋습니다. 회로에 설치된 각 K4LN561 초소형 회로 위에 동일한 유형(최대 2개)의 추가 초소형 회로 케이스를 납땜하여 이 병렬 연결을 구성하는 것이 가장 편리합니다. 변압기 센서 금속 탐지기용 변압기 탐지기의 아이디어는 간단하고 우아합니다. 오랫동안 알려져 왔으며 금속 검출기 센서 코일의 설계를 단순화하려는 욕구에서 비롯되었습니다. 모든 디자인의 일반적인 금속 검출기 센서의 일반적인 단점은 코일 회전 수가 많다는 것입니다(100 이상). 결과적으로 센서 설계의 강성이 부족하여 추가 프레임, 에폭시 캐스팅 등의 특별한 조치를 취해야 합니다. 또한, 이러한 코일의 기생 커패시턴스가 크며, 코일(코일)과 접지 및 작업자의 신체와의 용량 결합으로 인한 잘못된 신호를 제거하기 위해 권선을 차폐할 필요가 있습니다. 나열된 단점을 제거하는 방법은 간단하고 분명합니다. 한 번에 최소 회전 수로 구성된 코일을 사용해야합니다! 당연히 이러한 솔루션은 "이마에서"작동하지 않습니다. 한 턴의 인덕턴스가 중요하지 않기 때문에 진동 회로 커패시터의 거대한 커패시턴스, 출력 전류가 큰 신호 생성기 및 고품질 요소를 보장하는 특수 트릭이 필요하기 때문입니다. 그리고 여기에서 저전류의 고전압 교류 신호를 고전류의 저전압 신호로 변환하고 변압기에 대해 그 반대로 변환하기 위해 임피던스를 일치시키도록 설계된 장치의 존재를 상기할 때입니다. 실제로 변환 비율이 약 6인 변압기를 사용하여 강압 권선을 금속 탐지기 센서인 10턴에 연결하고 승압 권선을 인덕터 대신 금속 탐지기 회로에 연결해 보겠습니다. 구조적으로 이러한 변압기 센서의 XNUMX회전은 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 단면적이 XNUMX ~ XNUMX mm인 구리 또는 알루미늄 단심 와이어 링일 수 있습니다.2 구리 및 10...35mm용2 알루미늄용. 전원 케이블의 내부 도체는 사용하기 편리합니다. 무게를 줄이고 강성을 높이기 위해 금속 튜브로 코일을 만드는 것이 가능합니다. 시트 재료와 일반 호일 유리 섬유로도 호일 코일을 제조할 수 있습니다. 편리한 장소에서 장치의 공통 버스에 연결하여 코일을 접지하면 기생 용량성 결합을 보상할 수 있습니다. 주어진 센서 설계와 이러한 연결의 효과는 XNUMX회전의 총 저항 계수 값이 더 낮기 때문에 몇 배 더 작습니다. 변압기 센서를 사용하면 소형 비트 아웃 금속 탐지기의 접이식 디자인을 구현할 수 있습니다. 그녀의 스케치는 Fig. 11. 센서 변압기는 금속 탐지기 보드에 직접 설치된 토로이달 자기 코어에 만들어지며 플라스틱 케이스에 들어 있습니다. 변압기의 강압 권선과 센서의 코일은 구조적으로 납땜으로 닫힌 단면 6mm2의 구리 절연 단일 코어 와이어로 만든 직사각형 프레임 형태의 단일 전체입니다. 지정된 프레임에는 회전 기능이 있습니다. 접힌 위치에서 프레임은 장치 본체의 둘레를 따라 위치하며 추가 공간을 차지하지 않습니다. 작동 위치에서는 180° 회전합니다. 프레임을 설치된 위치에 고정하기 위해 고무 또는 기타 유사한 재료로 만들어진 실링 부싱이 사용됩니다. 프레임에 적합한 다른 기계적 리테이너를 사용하는 것도 가능합니다.
변압기 센서의 코일이 만들어지는 도체의 단면적은 금속 검출기 센서의 일반적인 코일을 구성하는 모든 권선의 총 단면적보다 작아서는 안 됩니다. 이것은 구조에 필요한 강도와 강성을 부여하는 것뿐만 아니라 인덕터의 변압기 아날로그와 같은 발진 회로에 대해 너무 낮지 않은 품질 계수를 얻기 위해 필요합니다 (그런데 다음과 같은 코일을 사용할 때 방사 코일의 전류는 수십 암페어에 달할 수 있습니다!). 같은 이유로 변압기의 강압 권선의 적절한 전선 크기 선택이 필요합니다. 코일 도체의 단면적보다 작은 단면적을 가질 수 있지만 옴 저항은 코일의 옴 저항보다 크지 않아야 합니다. 옴 저항으로 인한 손실을 줄이려면 턴을 변압기의 강압 권선과 매우 조심스럽게 연결해야 합니다. 권장되는 연결 방법은 납땜(구리 코일의 경우) 및 불활성 가스 환경에서 용접(알루미늄의 경우)입니다. 변압기에 대한 요구 사항은 다음과 같습니다. 첫째, 필요한 주파수에서 낮은 손실로 작동해야 합니다. 실제로 이것은 자기 회로가 저주파 페라이트로 만들어져야 함을 의미합니다. 둘째, 권선이 센서의 임피던스에 눈에 띄게 기여하지 않아야 합니다. 실제로 이것은 강압 권선의 인덕턴스가 코일의 인덕턴스보다 눈에 띄게 커야 함을 의미합니다. 투자율이 있는 토로이달 페라이트 코어용 μ\u2000d 30이고 직경이 XNUMXmm 이상인 경우 이는 강압 권선의 한 바퀴에도 해당됩니다. 셋째, 변압비는 센서 권선이 강압 권선에 연결된 승압 권선의 인덕턴스가 일반적인 센서의 기존 코일의 인덕턴스와 거의 동일해야 합니다. 불행하게도 변압기 센서의 장점은 비트 감지기의 단점보다 훨씬 큽니다. 보다 민감한 장치의 경우 기계적 변형에 대한 감도가 다소 높기 때문에 이러한 센서를 적용할 수 없으며 이로 인해 이동 중에 잘못된 신호가 나타납니다. 이것이 변압기 감지기가 비트 감지기 섹션에서만 적용되는 이유입니다. 저자: Shchedrin A.I.
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