גלאי מתכות מבוסס על העיקרון של מד תדרים אלקטרוני. תכנית, תיאור

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / ערכות של מכשירים רדיו-אלקטרוניים וחשמליים

גלאי מתכות מבוסס על העיקרון של מד תדרים אלקטרוני. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / גלאי מתכות

זהו פיתוח משותף של המחבר ומהנדס מדונייצק (אוקראינה) יורי קולוקולוב (הכתובת של העמוד האישי שלו באינטרנט היא home.skif.net/-yukol/index.htm), שהצליח להפוך את הרעיון ל מוצר מוגמר המבוסס על בקר מיקרו-שבב יחיד הניתן לתכנות. הוא פיתח את העיצוב והתוכנה, וכן ביצע בדיקות בקנה מידה מלא.

למרות הפשטות של העיצוב של גלאי המתכות המוצע המבוסס על העיקרון של מד תדר, ייצורו בבית יכול להיות קשה בגלל הצורך להזין תוכנית מיוחדת לתוך המיקרו-בקר. ניתן לעשות זאת רק עם הניסיון והקושחה המתאימים לעבודה עם המיקרו-בקר.

נכון לעכשיו, חברת "מאסטר קיט" במוסקבה שלטה בייצור ערכות לחובבי רדיו להרכבה עצמית של גלאי המתכות המתואר. הערכה מכילה את המעגל המודפס ורכיבים אלקטרוניים, כולל הבקר שתוכנת כבר. אולי, עבור חובבי ציד אוצרות ותשמישי קדושה רבים, רכישת ערכת ה-NM8041 (הממוספרת לפי קטלוג מאסטר קיט) וההרכבה הפשוטה שלאחר מכן יתבררו כחלופה נוחה לרכישת מכשיר תעשייתי יקר או ייצור גלאי מתכות. לגמרי לבד.

למי שמרגיש בטוח בעצמו ומוכן לנסות לייצר ולתכנת גלאי מתכות מבוסס מיקרו-מעבד, העמוד האישי של יורי קולוקולוב באינטרנט מכיל את גרסת הניסיון של קושחת הבקר בפורמט Intel Hex ומידע שימושי נוסף. גרסה זו של הקושחה שונה מהגרסה המלאה, המאוחסנת במיקרו-בקרים של ערכת ה-NM8041, בהיעדר מצב דינמי וכמה תכונות אחרות.

עקרון הפעולה של גלאי המתכות הנחשב מבוסס על מדידת תדר הגנרטור באמצעות מד תדרים אלקטרוני, שמעגלו כולל חיישן - משרן. במקרה זה, לא ערך התדר עצמו נושא מידע שימושי, אלא ההגדלה שלו, המתרחשת כאשר החיישן מתקרב למטרה, והסימן של עלייה זו.

לגלאי המתכות טווח זיהוי גדול פי אחד וחצי בערך מזה של אב הטיפוס על פעימות. יחד עם זאת, יש לו סלקטיביות למתכות. צריכת זרם נמוכה ומגוון רחב של מתחי אספקה אפשריים מאפשרים מגוון רחב של אפשרויות לחיבור סוללות או סוללות. המכשיר מתאים אוטומטית לתדר ההתחלתי של מחולל המדידה. במקרה זה, תיאורטית, ערך התדר יכול להיות בטווח שבין כ-100 הרץ ל-200 קילו-הרץ, מה שמספק גם הזדמנויות מצוינות לבחירת עיצוב החיישן. מבחינת מספר החלקים, גלאי המתכות המוצע אינו קשה יותר מגלאי מתכות עם פעימות. זה הושג הודות ליישום התוכנה של רוב הפונקציות במיקרו-בקר עם שבב יחיד.

מאפיינים טכניים עיקריים

תכנית מבנית

תרשים הבלוק של גלאי מתכות, שנעשה על פי העיקרון של מד תדר אלקטרוני, מוצג באיור. 12.

גלאי מתכות מבוסס על העיקרון של מד תדרים אלקטרוני
אורז. 12. תרשים מבני של גלאי מתכות המבוסס על עקרון מד תדרים

למעשה, גלאי המתכות הנחשב מורכב רק מגנרטור מדידה וממד תדרים אלקטרוני. דיאגרמת הבלוק היא, במקום זאת, המחשה של האלגוריתם של פעולתו.

והאלגוריתם של גלאי המתכות הוא כדלקמן. ראשית, מד התדרים האלקטרוני מודד את התדר של מתנד המדידה כאשר החיישן רחוק מחפצי מתכת ומפרומגנטים. ערך זה מאוחסן במאגר אחסון. לאחר מכן, בזמן אמת, מד התדר מודד את התדר של מתנד המדידה. הערך של תדר הייחוס מופחת מהערכים שהתקבלו והתוצאה מוזנת למכשיר התצוגה.

תרשים מעגלים

תרשים סכמטי של גלאי המתכות מוצג באיור. 13.

גלאי מתכות מבוסס על העיקרון של מד תדרים אלקטרוני
אורז. 13. תרשים סכמטי של גלאי מתכות המבוסס על עקרון מד תדרים אלקטרוני

מחולל המדידה בנוי על הטיימר האינטגרלי A1 מסוג NE555 (אנלוגי ביתי - K1006VI1). השבב הזה משמש בצורה קצת יוצאת דופן - בתור מתנד LC. מעגל התנודה של הגנרטור מורכב מהקבלים C1*, C2* ומשרן החיישן L. תדר התהודה נקבע כמו עבור מעגל תנודה רגיל, בעוד שהקיבול של הקבלים המחוברים בסדרה C1* ו-C2* משמש כמעגל קיבול. בעת שימוש בחיישן טיפוסי בקוטר של 180 ... 190 מ"מ, המכיל 100 סיבובים של חוט וקיבולים של קבלים C1 * = 0,047 μF ו- C2 * = 0,01 μF, תדר היצור הוא כ-20 קילו-הרץ. במידת הצורך, ניתן לשנות את תדר הגנרטור על ידי שינוי הקיבולים של הקבלים C1* ו-C2*. במקרה זה, רצוי שהמכולות הללו יהיו ביחס של בקירוב (4 ... 6): 1.

המיקרו-בקר A2 אחראי על כל שאר הפונקציות לעיבוד האות של מחולל המדידה עד לחיווי. מעגל זה משתמש במיקרו-בקר AT90S2313-10PI המיוצר על ידי ATMEL. זהו מיקרו-בקר RISC-שבב יחיד בעלות נמוכה של 8 סיביות. יש לו ביצועים של 10 MIPS ב-10 מגה-הרץ. מכיל: פלאש 2 KB, 128 בתים EEPROM, 15 קווי קלט/פלט, 32 אוגרי הפעלה, שני טיימרים/מונים, טיימר כלב שמירה, משווה אנלוגי, יציאה טורית אוניברסלית. כדי לפתור את הבעיה, למיקרו-בקר הנבחר יש מאפיינים טכניים מספיק גבוהים במחיר נמוך יחסית.

מחוברים ישירות לשבב המיקרו-בקר הם גם פקדים וגם אינדיקציות. הנגד המשתנה R6 מתאים את הרגישות של המכשיר. נוריות LED VD1-VD3 מציינות את רמת הסטייה של התדר של מחולל המדידה במקרה של דומיננטיות של האפקט הפרומגנטי. נוריות VD5...VD7 - במקרה של דומיננטיות של אפקט ההולכה. LED VD4 מציין שינוי תדר אפס. האפרכסת או פולט ה-piezo Y מיועדים לאינדיקציה קולית של סטיית התדר של האות של מחולל המדידה. באמצעות מתג S1, מוגדר מצב הפעולה של המכשיר - סטטי או דינמי. במצב סטטי, האות, שהוא קוד דיגיטלי של הפרש התדרים, הוא לוגריתמי ומוצג מיד. כל רמה של חיווי אור מלווה בצליל חיווי צליל משלה.

המצב הדינמי מיועד לחיפוש מטרות על רקע הפרעות מקרקע, מינרלים וכו'. במצב דינמי, האות נתון לסינון דיגיטלי, המפריד בין האות השימושי לרקע של האותות המפריעים. מכשיר זה משתמש בסינון מותאם אופטימלי. בקיצור, המהות שלו טמונה בעובדה שלכל אות יש פילטר אופטימלי שמאפשר לקבל את התגובה המקסימלית במוצא שלו. מסנן דיגיטלי כזה מיושם עבור אות ניתוק התדר המתרחש כאשר סליל החיפוש נע מעל מטרות קטנות במהירות של 0,5 ... 1 m/s. המסנן מיושם באופן פרוגרמטי במיקרו-בקר.

מחבר X1 משמש לחיבור מחשב בשלב טעינת התוכנית למיקרו-בקר.

סוגי חלקים ועיצוב

העיצוב מכיל מספר מינימלי של חלקים. עם זאת, אין דרישות מיוחדות עבורם.

ניתן להחליף את שבב הטיימר A1 (NE555) ב-KR1006VI1. רצוי לבחור נוריות עם בהירות מוגברת של הזוהר. ניתן להשתמש במייצב A3 (LP2950) מסוג 1184EN1 או, גרוע יותר, 78L05. במקרה האחרון, מתח הסוללה המינימלי המותר יהיה 6,7 וולט.

המיקרו-בקר A2 מולחם ישירות לתוך המעגל המודפס (מאחר שהתוכנית נכנסת דרך המחבר, אין צורך להסירו מהלוח גם אם הוא משתנה), אך אם רוצים, ניתן להתקין את המיקרו-בקר גם בשקע . ניתן להחליף את שבב AT90S2313-10PI ב-AT90S2313-10PC, אולם במקרה זה, היצרן אינו מבטיח פעולה בטמפרטורות מתחת ל-0 מעלות צלזיוס (שעשויות להיות בשטח).

נגדים ניתן להשתמש במגוון רחב של סוגים, לפיזור הספק של 0,063 ... 0,25 W. קבלים C1 * ו- C2 * - רצוי להשתמש ביציבים תרמית, במיוחד C2 *. קבל אלקטרוליטי C4 - כל סוג. שאר הקבלים הם קרמיים מסוג K10-17. מהוד קוורץ מסוגי RG-05, RK169 או בגודל קטן אחר. החיישן הוא סליל ממוגן. ניתן לקחת את העיצוב מהספר הזה.

תוכנה

רוב פונקציות ההתקן מוקצות לתוכנית המבוצעת על ידי המיקרו-בקר ומוקלטות (מתוכנתות) בזיכרון הלא נדיף שלה. בזמן כתיבת חומר זה, יושם אלגוריתם פעולת ההתקן הבא.

1. לאחר הפעלת התוכנית, על ידי לחיצה על כפתור SO, המיקרו-בקר מודד בערך את התדר של מתנד המדידה לפרק זמן קבוע (בערך כמה עשרות אלפיות שניות).

2. לאחר מכן מותאם טיימר פנימי אחד של המיקרו-בקר כך שחלוקת תדר הכניסה מביאה למרווח נמדד Ti קצת פחות מהמרווח הקבוע לעיל.

3. לאחר מכן, מתבצעת מדידת בקרה של המרווח הנמדד Ti באמצעות הטיימר השני, אליו מוזנים פולסי ספירה בתדר שעון של מספר מגה-הרץ.

4. הערך הנמדד של מרווח הזמן Ti מאוחסן ומשמש לאחר מכן כהתייחסות Te.

5. מדידת מרווח ה-Ti חוזרת על עצמה במחזור.

6. משווים את המרווחים Ti ו-Te על ידי הפחתת אחד מהשני.

7. התוצאה המתקבלת מעובדת לתפיסתה הנוחה בעזרת חיווי אור וקול.

התוכנה עבור מכשיר זה נוצרה ונפתה באגים כבר יותר משנתיים וממשיכה להיות משופרת כל הזמן, כמו גם המעגל המודפס. אולי, בזמן קריאת הטקסט הזה, העיצוב והתוכנה המוצעים כבר עברו שינויים משמעותיים. למידע העדכני ביותר, אנו ממליצים לעיין בעמוד האישי של יורי קולוקולוב באינטרנט, home.skif.net/-yukol/index.htm, המכיל מידע על פונקציונליות חדשה.

עבודה עם המכשיר

כאשר מתג S1 סגור, המכשיר עובר למצב סטטי. במצב זה, כאשר הסליל מתקרב ליעד הפרומגנטי, נוריות ה-LED VD3, VD2, VD1 מתחילות להידלק ברצף. אם מקרבים את הסליל לחפץ מתכת לא פרומגנטי, נוריות ה-VD5, VD6, VD7 יידלקו.

למרבה הצער, המכשיר מגיב באותה צורה לחפצי ברזל בעלי שטח פנים גדול (למשל, קופסת פח). זאת בשל העובדה שכאשר סליל החיפוש נחשף לאובייקטים פרומגנטיים מתכתיים, מופיעות שתי אפקטים בבת אחת - אפקט ההולכה והאפקט הפרומגנטי. ביחס מסוים בין שטח הפנים של האובייקט לנפח, אפקט ההולכה מתחיל לשלוט.

המכשיר עובר למצב דינמי כאשר מתג S1 נפתח. במצב זה, לגלאי המתכות יש את הרגישות הגבוהה ביותר האפשרית, אך מגיב לאובייקטים רק כאשר החיישן זז - הסליל חייב לנוע מעל פני הקרקע במהירות של כ-0,5 ... 1 מ'/שניה. מיקום האובייקט במצב דינמי נמצא בשיטת "מזלג ארטילריה" כאשר מעבירים את הסליל על האובייקט פעמיים - משמאל לימין ומימין לשמאל. במצב זה, חשוב להרגיש את המהירות הנמוכה ביותר שבה ניתן להזיז את הסליל. ניתן לשלוט בו בקלות עם אימון קצר. התצוגה במצב דינמי נראית קצת אחרת. כאשר הסליל נע על עצם פרומגנטי, נוריות ה-LED מה"סקאלה" VD5, VD6, VD7 נדלקות תחילה, ולאחר מכן מה"סקאלה" VD3, VD2, VD1. בעת הזזת הסליל על עצם לא פרומגנטי, החיווי פועל הפוך.

כפי שהוזכר לעיל, לכל LED יש את הטון שלו של חיווי צליל. לאחר עבודה קצרה עם גלאי מתכות, נזכרים ה"מנגינות" האופייניות לסוגים שונים של מטרות. זה מאפשר לך להשתמש בעיקר בחיווי צליל בעת חיפוש, וזה די נוח.

לפני תחילת העבודה בשני המצבים, יש צורך להגדיר את הרגישות האופטימלית של המכשיר באמצעות נגד משתנה R6. הוא מוגדר למיקום שבו המכשיר מתחיל להצביע על תגובות כוזבות. ואז לאט לסובב את הרוטור של הנגד הזה, יש צורך להשיג את היעלמותם של חיוביות שגויות.

מחבר: Shchedrin A.I.

ראה מאמרים אחרים סעיף גלאי מתכות.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

רעשי תנועה מעכבים את גדילת האפרוחים 06.05.2024

הצלילים שמקיפים אותנו בערים מודרניות הופכים נוקבים יותר ויותר. עם זאת, מעטים האנשים שחושבים כיצד הרעש הזה משפיע על עולם החי, במיוחד יצורים עדינים כמו אפרוחים שעדיין לא בקעו מהביצים שלהם. מחקרים עדכניים שופכים אור על נושא זה, ומצביעים על השלכות חמורות על התפתחותם והישרדותם. מדענים מצאו שחשיפה של אפרוחי יהלום זברה לרעש תנועה עלולה לגרום להפרעה חמורה בהתפתחותם. ניסויים הראו שזיהום רעש יכול לעכב באופן משמעותי את בקיעתם, ואותם אפרוחים שצצים מתמודדים עם מספר בעיות מקדמות בריאות. החוקרים מצאו גם שההשפעות השליליות של זיהום הרעש משתרעות על הציפורים הבוגרות. סיכויי רבייה מופחתים וירידה בפוריות מעידים על ההשפעות ארוכות הטווח שיש לרעש התנועה על חיות הבר. תוצאות המחקר מדגישות את הצורך ... >>

רמקול אלחוטי Samsung Music Frame HW-LS60D 06.05.2024

בעולם של טכנולוגיית אודיו מודרנית, היצרנים שואפים לא רק לאיכות צליל ללא דופי, אלא גם לשילוב פונקציונליות עם אסתטיקה. אחד הצעדים החדשניים האחרונים בכיוון זה הוא מערכת הרמקולים האלחוטיים החדשים Samsung Music Frame HW-LS60D, שהוצגה באירוע 2024 World of Samsung. ה-Samsung HW-LS60D הוא יותר מסתם מערכת רמקולים, זו אומנות הסאונד בסגנון המסגרת. השילוב של מערכת 6 רמקולים עם תמיכה ב-Dolby Atmos ועיצוב מסגרת תמונה מסוגנן הופכים את המוצר הזה לתוספת המושלמת לכל פנים. ה-Samsung Music Frame החדש כולל טכנולוגיות מתקדמות לרבות Adaptive Audio המספק דיאלוג ברור בכל רמת עוצמת הקול, ואופטימיזציה אוטומטית של החדר לשחזור אודיו עשיר. עם תמיכה בחיבורי Spotify, Tidal Hi-Fi ו-Bluetooth 5.2, כמו גם אינטגרציה של עוזר חכם, הרמקול הזה מוכן לספק לך ... >>

דרך חדשה לשלוט ולתפעל אותות אופטיים 05.05.2024

עולם המדע והטכנולוגיה המודרני מתפתח במהירות, ובכל יום מופיעות שיטות וטכנולוגיות חדשות שפותחות בפנינו אפשרויות חדשות בתחומים שונים. חידוש אחד כזה הוא פיתוח של מדענים גרמנים של דרך חדשה לשלוט באותות אופטיים, שעלולה להוביל להתקדמות משמעותית בתחום הפוטוניקה. מחקרים אחרונים אפשרו למדענים גרמנים ליצור לוח גלים שניתן לכוונן בתוך מוליך גל סיליקה מאוחה. שיטה זו, המבוססת על שימוש בשכבת גביש נוזלי, מאפשרת לשנות ביעילות את הקיטוב של האור העובר דרך מוליך גל. פריצת דרך טכנולוגית זו פותחת אפשרויות חדשות לפיתוח התקנים פוטוניים קומפקטיים ויעילים המסוגלים לעבד כמויות גדולות של נתונים. הבקרה האלקטרו-אופטית של הקיטוב שמספקת השיטה החדשה יכולה לספק את הבסיס לסוג חדש של התקנים פוטוניים משולבים. זה פותח הזדמנויות גדולות עבור ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

מיקרוסקופ קוונטי אופטי יונים רואה אטומים בודדים 09.03.2021

חוקרים מאוניברסיטת שטוטגרט פיתחו מיקרוסקופ יונים-אופטי חדש המשתמש באפקטים קוונטיים כדי ליצור תמונות של אטומים בודדים. שים לב שבשנים האחרונות, מדענים יצרו גרסאות רבות של מה שנקרא מיקרוסקופים קוונטיים גז, אך הרזולוציה שלהם מאפשרת לך לשקול עצמים בגודל של כ-0,5 מיקרומטר. זה מספיק כדי להיות מסוגל לשקול קבוצות מבודדות של אטומים, וכעת חוקרים גרמנים דחקו את גבולות התפיסה החזותית האנושית לרמה של אטומים בודדים.

מרכיב המפתח של המיקרוסקופ החדש הוא מה שמכונה העדשה האלקטרוסטטית, שדרכה ועל פניה יכולים לנוע חלקיקים טעונים כמו אלקטרונים ויונים. עדשות אלקטרוסטטיות פועלות בדומה לעדשות קונבנציונליות המשמשות במצלמות ובמצלמות טלפון קונבנציונליות. אבל אם עדשות רגילות נשברות וממקדות את האור בגלל העקמומיות של פני השטח שלהן, אז עדשות אלקטרוסטטיות עושות את אותו הדבר בעזרת "ענני" של יונים הנעים לאורך פני השטח שלהן. יתר על כן, קל מאוד לשנות את הפרמטרים האופטיים של עדשות אלקטרוסטטיות על ידי שינוי הפוטנציאל החשמלי המופעל עליהן, וכתוצאה מכך, חוזק השדה החשמלי.

במיקרוסקופ החדש השתמשו מדענים ב"חבילה" של שלושה סוגים שונים של עדשות אלקטרוסטטיות ובמכשיר שדאג לכך שרק יונים מסוג מסוים יועברו אל פני העדשות הללו. בנוסף, בעיצוב המיקרוסקופ יש מלכודת מיוחדת בה מוחזקים האטומים שהם מושאי הצילום.

בניסויים שלהם, מדענים השתמשו באטומי רובידיום שמקוררו לטמפרטורות נמוכות במיוחד והוחזקו בתאים של סריג אופטי. הירי עצמו בוצע באמצעות הפעלת פולסים של אור לייזר, שהובילו לפוטוניזציה של אטומים, שהפכו ליוני רובידיום. עקב השפעות מסוימות, היונים הללו נותרו כמעט חסרי תנועה במקומם למשך 30 ננו-שניות, והסתבכו ברמה הקוונטית עם יותר ויותר יונים קרובים. ואחרי זה הם שוחררו לחלל העבודה של המיקרוסקופ, שם בוצע הסקר.

בדיקת יכולות המיקרוסקופ החדש הראתה שבעזרתו ניתן לראות יסודות בודדים בגודל של בין 6.79 ל-0.52 מיקרומטר עם מרווחים של 532 ננומטר ביניהם, מה שמאפשר בהחלט לקבל תמונות של אטומים בודדים. ועומק התמונה שנוצרה הוא 70 מיקרומטר, וזה מספיק כדי ליצור תמונות תלת מימדיות אמיתיות.

עוד חדשות מעניינות:

▪ אינטל Cyclone 10 שדה מערכי שערים הניתנים לתכנות

▪ שרירים מלאכותיים מחלבונים טבעיים

▪ מצלמת קודאק מיני שוט עם מדפסת מובנית

▪ חיישן פוטו-אלקטרי Omron E3FZ

▪ רמזור עם מנורה אחת

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק של האתר אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל. מבחר מאמרים

▪ מאמר אה, איזה קטע! ביטוי עממי

▪ מאמר האם קולומבוס היה מגלה אמריקה? תשובה מפורטת

▪ מאמר מרחק לאופק. עצות לטיול