Как собрать металлоискатель своими руками, конструкция и принцип работы, подробная инструкция по сборке

Предназначение металлоискателя, или, как его еще называют, металлодетектора, — это поиск металлических изделий с помощью электрических или магнитных свойств, которые отличают их от окружающей среды. Проще говоря, при помощи металлодетектора можно найти металл даже в земле. Однако этой средой его возможности не ограничиваются, так как его применяют и в воде. Данным приспособлением пользуются службы охраны, криминальная служба, военные, геологи и рабочие многих других специальностей. Но подробная инструкция по сборке металлоискателя своими руками может пригодиться также и для применения устройства в домашнем хозяйстве.

Область применения прибора

Для тех, кто потерял кольцо или ключи и знает их примерное местоположение, металлоискатель станет настоящим спасением. Сделать самодельный металлоискатель не так уж и сложно, особенно если есть схема самодельного металлоискателя и подробное описание сборки. Чаще всего сборкой занимаются любители радиомеханики, кладоискатели, краеведы и военно-исторические объединения. Устройство дает возможность найти монету в верхнем слое грунта или большие металлические детали на внушительной глубине до 1,5 метра.

Такими свойствами обладают и самодельные устройства, но при помощи опытного радиомеханика можно собрать прибор и помощнее. Немало людей используют металлодетектор в коммерческих целях: при обнаружении разных деталей сдают их в металлолом, зарабатывая определенную сумму. Находки могут быть и более важные, к примеру, старинные вещи или настоящие клады в виде сундуков с сокровищами.

Принцип работы металлоискателя

Принцип работы металлоискателя заключается в использовании электромагнитной технологии. Катушкой создается электромагнитное поле, которое взаимодействует с токопроводящими предметами в результате этого создается вихревой ток, искажающий сигнал катушки. Даже при отсутствии токопроводимости, предмет может иметь свое магнитное поле, которое также будет создавать помехи, тем самым указывая на местонахождение предмета.

После поступления помех изменяется электромагнитный импульс, который поступает прямо на блок управления, издающий при этом звуковые сигналы или показывая данные на дисплее, свидетельствующие о находке. Устройства разделяются на множество групп и имеют огромное количество названий и классифицируются все они по множеству параметров.

Разновидности детекторов

Общие характеристики приборов:

• Глубина — проницательная способность чувствительности аппарата. То есть максимальная глубина проникания в грунт, на которой можно что-то обнаружить. Если предмет лежит дальше указанного значения, то при любых его свойствах и размерах обнаружить его не удастся.
• Длина и ширина поисковой зоны — определенная воображаемая область, в которой может быть найден объект.
• Чувствительность — возможность обнаруживать предмет в зависимости от его размера.
• Избирательность — возможность повышать уровень сигнала при находке предметов определенного типа. К примеру, на золото или серебро звук динамика усиливается.
• Устойчивость к помехам — отсутствие или минимальное реагирование на помехи ЭМП (электромагнитного поля) постороннего происхождения: радиостанция, грозовые разряды, ЛЭП, и другие.
• Возможность дискриминации — передача пользователю сигналов, характеризующих найденный предмет.

Дискриминация является составным параметром, так как сигнальных выходов, скорее всего, 1 или 2, а определений по свойству и расположению предмета несколько. Однако, по реакции прибора, учитывая приближение к объекту, выделяются сигналы:

• Пространственный — можно определить расположение объекта в месте поиска и глубину расположения.
• Геометрический — возможность образного формирования длины и ширины находки.
• Качественный — возможность предполагать о структуре находки.

Рабочие параметры

Все параметры чувствительности связаны с частотой генератора. Поэтому изначально металлоискатели классифицируют в зависимости от рабочей частоты:

• Сверхнизкочастотный — прибор потребляет много энергии и его перевозят машинами. Сигналы должны обрабатываться компьютером, иначе тип находки по сигналу определить не удастся. Частота в пределах нескольких сотен Гц.
• Низкочастотный — простой прибор и по схеме, и по конструкции. Частота может быть в несколько сотен Гц или несколько кГц. Помехоустойчивый, слабочувствительный и с плохой дискриминацией. Если в качестве питания выступают батарейки, то проницание около 1,5 м, а при питании около 10 Вт — около 5 метров. Такие приборы еще называют глубинными. Лучше всего реагирует на черный металл и на бетонные конструкции большого объема.
• С повышенной частотой — в пределах нескольких десятков кГц. Устроены сложнее низкочастотных, но имеют небольшие требования к катушке. Проницание около 1,5 метра и нестабильная помехоустойчивость, но имеют хорошую чувствительность и дискриминацию. На обводненном или минерализованном грунте лучше не использовать, так как обломки и частицы скальных пород экранируют ЭМП и поиск будет безуспешным.
• Радиочастотный или с высокой частотой (РЧ или ВЧ). Часто используется для поиска золота. Обладает отличной дискриминацией с проницанием до 0,8 метра в сухом немагнитном грунте. Небольшое энергопотребление. Чем лучше изготовлена катушка, тем больше его эффективность.

Метод поиска металлических изделий

Существует больше 10 методов поиска, однако методы с оцифровкой сигналов и обработкой через компьютер относятся к профессиональному оборудованию. Схемы металлоискателей своими руками чаще всего изготавливают с учетом следующих методов поиска:

• Параметрический.
• Приемопередающий.
• Накопление фазы.
• Биение.

Без приемной катушки

Параметрические устройства не имеют ни приемной катушки, ни приемника. Детекция происходит благодаря влиянию предмета на индуктивную катушку генератора. В зависимости от добротности катушки будет меняться частота и амплитуда колебаний, что может фиксироваться по-разному, к примеру:

• Измеряется частота и амплитуда.
• Измеряется ток генератора.
• Измерение напряжения петли ФАПЧ (фазовая автоподстройка частоты).

В большинстве случаев такие приборы применяют в качестве магнитодетекторов. Имеют плохую чувствительность, но дешевые и помехоустойчивые, а использование требует определенного навыка.

Со встроенным передатчиком

Приборы с приемником и передатчиком очень эффективны, но имеют сложное схемотехническое строение и для них нужны качественные катушки. Устройства с одной катушкой называются индукционными.

Щелчки после приближения к предмету

В металлоискателях с накоплением фазы могут быть с одной катушкой импульсного типа или с двумя генераторами. В устройстве с одной катушкой, при прохождении импульсов увеличивается сдвиг фазы и при достижении определенного уровня срабатывает дискриминатор и в наушники подается сигнал по типу щелчка. Чем ближе предмет, тем чаще повторяются щелчки.

Двухкатушечный металлоискатель по схемотехнике проще импульсного, но и слабее по чувствительности, проницание тоже меньше до 2 раз.

Металлоискатели на биении

Устройства собираются с 2 генераторами, опорным и рабочим. Рабочий генератор настраивается на нулевое значение биения и в зависимости от звукового тона можно судить о месте расположения объекта, его размере и свойствах.

Сборка металлоискателя своими руками

Существует мнение, что фирменные образцы металлоискателей по многим параметрам превосходят самодельные устройства. Однако факты говорят обратное: если прибор правильно собрать, то самоделка может оказаться не только дешевле заводской конструкции, но и лучше. Многими кладоискателями приобретаются самые дешевые типы устройства, а в дальнейшем они либо самостоятельно собирают металлоискатель, либо покупают кастомный вариант.

Новичку или человеку, который плохо разбирается в электронике, может показаться сложной специальная терминология, формулы и схемы. Но при подробном разборе всей информации, становится ясно, что имея хотя бы средний уровень знаний, можно разобраться как сделать самодельный металлоискатель.

Самостоятельное изготовление печатной платы

Для дальнейшего размещения деталей металлоискателя нужна печатная плата. Для этого лучше всего использовать метод ЛУТ — лазерно-утюжная технология.

Изготовление происходит поэтапно в такой последовательности:

• При помощи лазерного принтера распечатать схему, которая разрабатывается в программе Sprint-Layout. При этом рекомендуется использование фотобумаги с небольшой плотностью.
• Подготовить текстолитовую заготовку. Очистить наждачкой и обработать растворителем. Размер заготовки 84×31 мм.
• Заготовка укладывается под распечатанную схему, после чего фотобумага гладится утюгом. Под действием температуры схема разметки должна перенестись на текстолит.
• После того как схема закрепилась в тонере, заготовка помещается в воду и осторожно убирается бумага.
• Обычной иголкой исправить размазанные участки, если они есть.
• Плата помещается в раствор хлорного железа или медного купороса.
• Ацетоном или другим растворителем удалить тонер.
• Тонким сверлом и дрелью проделать отверстия для размещения деталей.

На последнем этапе проводится лужение дорожек. Паяльником размазывается раствор ЛТИ-120.

Монтаж радиодеталей на плату

На этом этапе сборки металлоискателя в подготовленную плату устанавливаются все элементы:

• В качестве главной микросхемы выступает КР1006ВИ1, но также можно использовать и ее аналог иностранного производителя NE555. До установки микросхемы запаивается перемычка под ней.
• Следующим нужно установить усилитель К157УД2. Деталь можно найти в магнитофоне советского производителя или же приобрести на рынке.
• Далее проводится монтаж двух SMD конденсаторов и одного резистора МЛТ С2−23.
• Впаиваются два транзистора. Структура одного NPN, а другого — PNP. Рекомендуется приобрести BC 557 и BC 547, но в случае отсутствия такой возможности используются аналоговые модели. Полевым транзистором может выступать IRF — 740 или другой с такими параметрами.
• Установка конденсаторов. Выбираются детали с самым низким значением TKE для улучшения термостабильности.

В данном случае используется старая схема, но можно найти и спаять похожий, современный вариант, так как усилитель К157УД2 в настоящее время найти непросто.

Изготовление катушки устройства

Самодельную катушку наматывают на жесткой оправе с радиусом 100 мм. Нужно намотать примерно 25 витков. Такой показатель является приемлемым в случае использования проволки ПЭВ с диаметром около 0,5 мм, но также можно использовать и другой крепкий материал.

Для выбора оптимального количества витков можно провести эксперимент, проверив устройство на улавливание монетки.

Каркас и дополнительные элементы

В качестве сигнального динамика может использоваться деталь из переносного приемника с сопротивлением Ом. Допускается применение китайских аналогов с таким же сопротивлением.

Для нормальной работы металлоискателя, нужно настроить чувствительность. Порог определяется при достижении равномерного, но не очень сильного потрескивания. Для этого используют два потенциометра с разной мощностью. Понадобится один с мощностью 10 кОм, а другой — 100 кОм. Для увеличения помехоустойчивости рекомендовано применять экранированный кабель для соединения катушки со схемой. Источником питания могут выступать аккумуляторные батареи. Минимальное напряжение должно составлять 12 В. Для устойчивости электросхемы на выходе устанавливается стабилизатор напряжения типа L7812.

После изготовления конструкции и проверки работоспособности нужно сделать корпус переносного устройства. Каждый любитель может создавать каркас по своему усмотрению из подручных предметов, но внимание нужно обратить на следующие рекомендации:

• Для удобства и лучшей устойчивости штангу можно усилить, купив для этого несколько метров водопроводной ПВХ трубы и несколько перемычек для соединения. На верхней части желательно сделать подставку для рук. Идеальным вариантом будет изготовление подлокотника. В таком случае оператору будет легче пользоваться металлоискателем.
• Плату нужно поместить в защищенную коробку, соответствующую ее размеру, и закрепить на корпусе.
• В качестве питания используется аккумулятор от шуруповерта, который имеет небольшой вес и достаточную емкость. С учетом параметров может использоваться какой-нибудь другой вариант.
• При создании корпуса и всей конструкции нужно учитывать то, что присутствие посторонних металлических элементов будет сильно искажать сигнал магнитного поля металлоискателя и его эффективность будет нарушена.

Эффективность устройства

Прибор, изготовленный по такой схеме, не будет эффективным при поиске мелких предметов на большой глубине, но некоторые советские монеты можно найти на глубине около 30−40 см, а крупный размер металлических деталей детектор чувствует на расстоянии около 1 метра и больше.

Такой самодельный вариант металлоискателя подойдет людям, осваивающим основы поиска или не имеющим возможности пользоваться дорогостоящей моделью. Специалистам или опытным кладоискателям эффективности прибора может быть недостаточно.