Муниципальный конкурс исследовательских и проектных работ «от гипотезы к теории» МБОУ Дединовская школа-интернат среднего (полного) общего образования СБОРКА МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЯ СВОИМИ РУКАМИ Работу выполнили: учащиеся 9 класса Тарусин Виктор, Камышанова Яна.

Металлоискатель (металлодетектор) электронный прибор, позволяющий обнаруживать металлические предметы в нейтральной или слабо проводящей среде за счет их проводимости. Металлоискатель обнаруживает металл в грунте, воде, стенах, в древесине, под одеждой и в багаже, в пищевых продуктах, в организме человека и животных и т. д. При включении прибора в поисковой катушке создается электромагнитное поле, которое распространяется на окружающую среду, будь то земля, камень, вода, дерево, воздух. На поверхности металлов, попавших в зону действия поисковой катушки, под действием электромагнитного поля возникают так называемые вихревые токи. Эти вихревые токи создают собственные встречные электромагнитные поля, приводящие к снижению мощности электромагнитного поля, создаваемого поисковой катушкой, что и фиксируется электронной схемой прибора. Кроме того, это вторичное поле искажает конфигурацию основного поля, что также улавливается прибором. Электронная схема металлоискателя обрабатывает полученную информацию и сигнализирует об обнаружении металла. Вихревые токи образуются на поверхности любых металлических объектов или электропроводящих минералов. Определение металла в объекте основано на измерении удельной электропроводимости объекта.

Физические принципы Различные модели металлоискателей работают на различных частотах. Это связано с физикой явления распространения электромагнитных волн. Так металлоискатели, работающие на низких частотах, могут находить предметы глубоко, но большого размера. При этом на поверхности земли они не в состоянии заметить металлические предметы. Если частота работы металлоискателя высокая, то приборы хорошо обнаруживают мелкие объекты, но не могут находить предметы в глубине почвы. Пример частот металлоискателей по назначению: Глубинные металлоискатели работают, на частотах около 6,6 к Гц. Глубина обнаружения около 4 м. Грунтовые металлоискатели для поиска мелких предметов работают на частотах от 7 до 22 к Гц. Предельная глубина обнаружения таких приборов, например каски около 1-1,5 м, монеты до 40 см.

Виды металлоискателей По принципу работы: 1. Приборы типа «приём-передача». В основе их лежат две катушки индуктивности приёмная и передающая, расположенные так, чтобы сигнал, излучаемый передающей катушкой, не просачивался в приёмную катушку. Когда вблизи прибора появляется металлический предмет, то сигнал передающей катушки переизлучается им во всех направлениях и попадает в приёмную катушку, усиливается и подаётся на блок индикации. 2. Индукционные металлоискатели. Представляют собой разновидность приборов типа «приём-передача», однако в отличие от последних содержат не две, а только одну катушку, которая одновременно является и передающей и приёмной. 3. Приборы измерители частоты. В их основе лежит LC-генератор. При приближении металла к контуру его частота изменяется. Это изменение фиксируется различными методами: - смешивание частоты генератора с эталонной и измерение частоты биений; - подача сигнала с генератора и измерение напряжения в цепи обратной связи. 4. Импульсные металлоискатели. Принцип работы основан на возбуждении в зоне расположения металлического объекта импульсных вихревых токов и измерении вторичного электромагнитного поля, которое наводят эти токи. В данном случае, возбуждающий сигнал передается в катушку датчика не постоянно, а периодически, в виде импульсов. В проводящих объектах наводятся затухающие вихревые токи, которые возбуждают затухающее электромагнитное поле. Поле, в свою очередь, наводит в катушке датчика затухающий ток. Соответственно, в зависимости от проводящих свойств и размера объекта, сигнал меняет свою форму и длительность.

По выполняемым задачам: 1. Грунтовый металлоискатель предназначен для поиска кладов, монет и ювелирных изделий. Как правило, построен по индукционной технологии. Имеет множество настроек, дискриминатор металлов. Глубина обнаружения объектов от 20 см до 1 метра. 2. Военный металлоискатель (миноискатель) предназначен для поиска преимущественно мин. Как правило, построен на принципе «приём-передача». Имеет минимум настроек. Глубина обнаружения мины от 20 см (советский миноискатель ИМП) до 1 метра (современные военные миноискатели ИМП-2). 3. Досмотровый металлоискатель ручной металлоискатель, предназначенный для служб безопасности. Служит для обнаружения на теле человека металлических предметов (пистолет, нож). Дальность обнаружения пистолета Макарова до 25 см. 4. Арочный (рамочный) металлоискатель досмотровый металлоискатель, используемый для контроля больших потоков людей, например, в метро, на вокзалах. Представляют собой рамку, через которую проходит человек. 5. Глубинный металлоискатель предназначен для поиска больших глубинных целей, таких как сундук с золотом. Имеет две разнесённые друг от друга катушки, либо одну большую рамку с катушкой. Основан на принципе «приём-передача». Отличительной особенностью данного вида металлоискателей является то, что он реагирует не только на металлы, но и на любые изменения в глубине грунта (переходы от одной почвы к другой, старые фундаменты зданий и т. д.). Глубина обнаружения объектов от 50 см до 3 метров. 6. Магнитометр предназначен для поиска ферримагнитных предметов (например, железо). Данный вид металлоискателей самый компактный и самый чувствительный, так как поисковая головка может поместиться на ладони (могут применяться и для поиска золота, меди, алюминия).

Практическое применение Первый металлоискатель был изобретен в начале XX века в США. Первоначально прибор разрабатывался для предотвращения воровства металлических деталей с заводов. Но, впоследствии, польза металлоискателей была замечена и в других отраслях, как промышленных, так и военных. Шотландский физик, Александр Белл использовал металлоискатель, чтобы попытаться обнаружить место нахождения пули в груди американского президента Джеймса Гарфилда в 1881 году, хотя эта попытка и была безуспешной, поскольку тело президента находилось на металлической кровати, что вводило металлоискатель в заблуждение. Позже металлоискатели нашли широкое применение при поиске кладов и реликвий. Группа искателей применила грунтовые и глубинные металлодетекторы и металлоискатели для поиска железного метеорита «Дронино». Экспедиция состоялась в годах совместно с лабораторией метеоритики. Применение современной поисковой техники принесло положительные результаты. Из земли с глубины до 2-х метров на поверхность было извлечено более 200 килограмм метеоритного железа. Немногим ранее были опробованы металлодетекторы для поиска каменных метеоритов «Царев». Мельчайшие вкрапления металла в камне были замечены металлоискателем.

В конце 1960-х по заказу Министерства авиации СССР на заводе была проведена разработка и начато производство металлодетекторов для досмотра авиапассажиров. С 1972 по 1990 год было выпущено стационарных металлодетекторов. Компания «Garrett Metal Detectors» (США) на Олимпийских играх 1984 года впервые представила досмотровые арочные и ручные металлодетекторы. С тех пор детекторами для безопасности оснащают аэропорты США и многих других стран, в том числе и России. Инженеры компании Nokia разработали мобильный телефон, оснащенный возможностями металлоискателя. Устройство позволит владельцу обнаружить спрятанное оружие, определить место прохождения электрических кабелей или найти потерянные автомобильные ключи. В основе устройства лежат две катушки индуктивности, одна из которых выполняет функцию приемника, другая передатчика. При появлении вблизи мобильного телефона какого-либо металлического предмета, сигнал катушки-передатчика отражается от него и попадает в приёмную катушку, после чего раздается звуковой сигнал.

Сначала мы изучили теорию

Схема устройства: Параметры металлоискателя: Питание вольт; Потребляемый ток мА; Чувствительность - 25 миллиметровая монета - 20 см, крупные металлические предметы см.

Вид платы

КАК УСТРОЕН ПРИБОР. Прибор состоит из двух основных узлов: передающего и приемного. Передающий узел состоит из генератора импульсов на микросхеме и мощного ключа на транзисторе. Катушка намотана на пяльцы для вышивания (которые должны быть полностью из пластика, и не содержать металлических предметов). Сверху болт откручиваем, внутреннее кольцо вынимаем и на него мотаем катушку, ставим обратно, закручиваем и катушка готова. Поисковая катушка записывается коротким импульсом тока, при резком прерывании которого в катушке возникает ЭДС самоиндукции, создающая, в свою очередь, импульс тока, наводящий в мишени вихревые токи. Эти токи, в соответствии с законами физики препятствуют резкому уменьшению тока в катушке и затягивают по времени спад напряжения на её выводах. Именно по увеличению времени спада ЭДС самоиндукции и обнаруживается металл: короткий импульс – металла нет, удлинился импульс – металл обнаружен. Задача прибора – измерить длину импульса в первом и втором случае и выдать сигнал обнаружения.

Схема металлоискателя PIRAT своими руками

А вот так выглядит устройство в корпусе. Выход на катушку(белый провод), регулятор чувствительности и динамик.