Un semplice magnetometro fatto in casa. Magnetometria

Come realizzare da soli un variometro (magnetometro) È possibile monitorare da soli i disturbi nel campo magnetico terrestre? La risposta è ovvia: sì, è possibile e il modo più semplice per farlo è visualizzare regolarmente i dati dell'osservatorio magnetico più vicino su Internet. Bene, se non hai un computer o Internet nelle vicinanze e vivi in ​​una regione della Russia dove non c'è un osservatorio magnetico nelle vicinanze, puoi creare tu stesso un dispositivo che ti aiuterà a giudicare lo stato del campo magnetico terrestre. Oltre a un termometro e un barometro domestico, una bussola può essere uno strumento altrettanto semplice e utile per registrare i disturbi nel campo magnetico terrestre. Non cercare di vedere come guizza l'ago della bussola durante una tempesta magnetica: questa immagine è sulla coscienza degli autori di opere d'arte. Nell'ottobre 2003 è stata osservata una delle più grandi tempeste magnetiche degli ultimi 100 anni alla latitudine di Mosca: la deviazione massima nella componente orizzontale ha raggiunto un valore di circa 2.000 nT, che, con il valore della componente H stessa, è di 17.000 nT. , è solo del 10%. Tenendo conto del fatto che tale cambiamento dura per unità e decine di minuti – cioè Il processo di modifica del campo magnetico stesso è piuttosto lento: è necessario tenere gli occhi sull'ago della bussola per almeno 15 minuti per notare una tale deviazione. È chiaro che è quasi impossibile cogliere un momento del genere senza disporre di un sistema per la registrazione continua delle variazioni del campo magnetico. Va tenuto presente che la variazione solare-diurna regolare in un campo tranquillo è compresa tra 30 e 40 nT, vale a dire 0,05%, con tempeste magnetiche medie la deviazione è di 200-300 nT, cioè circa lo 0,5%. Da ciò risulta chiaro che un dispositivo per il monitoraggio dei disturbi del campo magnetico deve essere un sensore sufficientemente sensibile con registrazione elettronica. Ad esempio, potete vedere lo sviluppo di semplici dispositivi per osservare da soli le variazioni del campo magnetico sul sito web del Laboratorio di fisica ionosferica dell'Università di Lancaster http://www.dcs.lancs.ac.uk/iono/aurorawatch/detectors/ results.html o sul sito web del progetto POETRY (PublicOutreach, Education, Teaching andReaching Youth), vedere http://image.gsfc.nasa.gov/poetry/. Per cominciare, puoi provare ad assemblare il più semplice rilevatore di disturbi: un magnete sospeso bottiglia di plastica. Per effettuare le letture si utilizzano uno specchio e un illuminatore, in modo che il coniglio riflesso venga fissato su un foglio di carta ad una certa distanza dal rilevatore. Annotando regolarmente i movimenti del coniglio su carta, potrete notare disturbi nel campo magnetico. Sui siti web della Lancaster University e del progetto POETRY, l'intera struttura è presentata in modo così chiaro che non dovrebbero esserci problemi con la sua ripetizione, i dettagli progettuali sono molto semplici; Ma devi tenere presente che la sensibilità di un tale rilevatore è bassa e sarai in grado di rilevare solo grandi tempeste e tali tempeste si verificano solo poche volte all'anno. Sulla base di una buona bussola si può costruire un rilevatore più sensibile. Questo progetto richiederà conoscenza e capacità di assemblare circuiti elettronici. I dettagli del progetto sono presentati sullo stesso sito web della Lancaster University, vedere http://www.dcs.lancs.ac.uk/iono/aurorawatch/detectors/compass.html. Uno schema del magnetometro e le raccomandazioni per il suo assemblaggio sono presentati sul sito sito web http://www.sam-europe.de/en/index_en.html. Dalle informazioni presentate possiamo giungere alla conclusione che le informazioni sui disturbi nel campo magnetico terrestre possono essere ottenute da molte fonti, fino al punto di effettuare personalmente delle osservazioni. È chiaro che tali osservazioni saranno inferiori agli osservatori magnetici professionali, ma ai fini di progetti amatoriali o educativi questo approccio è abbastanza giustificato. Club "Helios"

Magnetometro progettato per misurare l'induzione del campo magnetico. Il magnetometro utilizza un campo magnetico di riferimento, che consente, attraverso determinati effetti fisici, convertire il campo magnetico misurato in un segnale elettrico.
L'uso applicato dei magnetometri per il rilevamento di oggetti massicci realizzati con materiali ferromagnetici (molto spesso acciaio) si basa sulla distorsione locale del campo magnetico terrestre da parte di questi oggetti. Il vantaggio di utilizzare i magnetometri rispetto ai tradizionali metal detector è proprio questo raggio di rilevamento più lungo.

Magnetometri fluxgate (vettoriali).

Un tipo di magnetometro è . Il fluxgate è stato inventato da Friedrich Förster ( )

Nel 1937 e serve per determinare vettore di induzione del campo magnetico.

Progettazione Fluxgate

fluxgate ad asta singola

Il fluxgate più semplice è costituito da un'asta in permalloy su cui è posizionata una bobina di eccitazione (( bobina di comando), alimentato da corrente alternata, e una bobina di misura ( bobina del rilevatore).

Permallo- una lega con proprietà magnetiche dolci, composta da ferro e 45-82% di nichel. Il permalloy ha un'elevata permeabilità magnetica (permeabilità magnetica relativa massima ~ 100.000) e una bassa coercività. Una marca popolare di permalloy per la produzione di fluxgate è 80НХС - 80% di nichel + cromo e silicio con un'induzione di saturazione di 0,65-0,75 T, utilizzata per nuclei di trasformatori, induttanze e relè di piccole dimensioni che operano in campi deboli di schermi magnetici, per nuclei di trasformatori di impulsi, amplificatori magnetici e relè senza contatto, per nuclei di testine magnetiche.
La dipendenza della permeabilità magnetica relativa dall'intensità del campo per alcune varietà di permalloy ha la forma:

Se al nucleo viene applicato un campo magnetico costante, nella bobina di misura appare una tensione Anche armoniche, la cui grandezza serve come misura della forza di un campo magnetico costante. Questa tensione viene filtrata e misurata.

fluxgate a doppia asta

Un esempio è il dispositivo descritto nel libro Karalisa V.N."Circuiti elettronici nell'industria" -



Il dispositivo è progettato per misurare campi magnetici costanti nell'intervallo 0,001 ... 0,5 oersted.
Avvolgimenti del campo del sensore L1 E L3 contatore incluso. Misurazione dell'avvolgimento L2 avvolto sugli avvolgimenti di campo. Gli avvolgimenti di campo sono alimentati da una corrente di 2 kHz proveniente da un generatore push-pull con feedback induttivo. La modalità generatore è stabilizzata dalla corrente continua mediante un divisore resistivo R8 E R9.

fluxgate con nucleo toroidale
Una delle opzioni di progettazione più popolari per un magnetometro fluxgate è un fluxgate con un nucleo toroidale ( fluxgate con nucleo ad anello) -

Rispetto ai fluxgate ad asta, questo design ha meno rumore e richiede la creazione forza magnetomotrice molto più bassa.

Questo sensore è avvolgimento di campo, avvolto su un nucleo toroidale, attraverso il quale scorre una corrente alternata di ampiezza sufficiente a portare il nucleo in saturazione, e misurazione dell'avvolgimento, da cui viene rimossa la tensione alternata, che viene analizzata per misurare il campo magnetico esterno.
L'avvolgimento di misura è avvolto sul nucleo toroidale, ricoprendolo interamente (ad esempio su un telaio speciale) -


Questo design è simile al design fluxgate originale (viene aggiunto un condensatore per ottenere la risonanza alla seconda armonica) -

Applicazioni dei magnetometri a protoni
I magnetometri a protoni sono ampiamente utilizzati nella ricerca archeologica.
Il magnetometro a protoni è menzionato nel romanzo di fantascienza "Trapped in Time" di Michael Crichton. Sequenza temporale") -
Indicò oltre i suoi piedi. Tre pesanti alloggiamenti gialli erano fissati ai montanti anteriori dell'elicottero. "In questo momento disponiamo di mappatori stereo del terreno, radar a infrarossi, UV e a scansione laterale." Kramer indicò il lunotto posteriore, verso un tubo d'argento lungo sei piedi che pendeva sotto l'elicottero nella parte posteriore. "Magnetometro protonico." "Uh-eh. E cosa fa?" "Cerca anomalie magnetiche nel terreno sotto di noi che potrebbero indicare muri sepolti, ceramica o metallo."

Magnetometri al cesio

Un tipo di magnetometri quantistici sono i magnetometri atomici di metalli alcalini con pompaggio ottico.

Magnetometro al cesio G-858

Magnetometri Overhauser

Magnetometri a stato solido

I più accessibili sono i magnetometri integrati negli smartphone. Per Androide una buona applicazione utilizzando un magnetometro è . La pagina per questa applicazione è http://physics-toolbox-magnetometer.android.informer.com/.

Impostazione dei magnetometri

Per testare il fluxgate puoi usare. Le bobine di Helmholtz vengono utilizzate per produrre un campo magnetico quasi uniforme. Idealmente, rappresentano due spire anulari identiche collegate tra loro in serie e situate a una distanza del raggio di sterzata l'una dall'altra. Tipicamente, le bobine di Helmholtz sono costituite da due bobine su cui è avvolto un certo numero di spire e lo spessore della bobina dovrebbe essere molto inferiore al loro raggio. Nei sistemi reali lo spessore delle spire può essere paragonabile al loro raggio. Pertanto, possiamo considerare un sistema di anelli di Helmholtz come due bobine identiche posizionate coassialmente, la cui distanza tra i centri è approssimativamente uguale al loro raggio medio. Questo sistema di bobine è anche chiamato solenoide diviso ( solenoide diviso).

Al centro del sistema c'è una zona di campo magnetico uniforme (campo magnetico al centro del sistema in un volume pari a 1/3 del raggio degli anelli omogeneo entro l'1%), che può essere utilizzato per scopi di misurazione, per calibrare sensori di induzione magnetica, ecc.

L'induzione magnetica al centro del sistema è definita come $B = \mu _0\,(\left((4\over 5)\right) )^(3/2) \, (IN\over R)$,
dove $N$ è il numero di spire di ciascuna bobina, $I$ è la corrente che attraversa le bobine, $R$ è il raggio medio della bobina.

Le bobine di Helmholtz possono essere utilizzate anche per schermare il campo magnetico terrestre. Per fare ciò, è meglio utilizzare tre coppie di anelli reciprocamente perpendicolari, quindi il loro orientamento non ha importanza.

Il magnetometro differenziale che portiamo alla vostra attenzione può essere molto utile per la ricerca di oggetti in ferro di grandi dimensioni. È quasi impossibile cercare tesori con un dispositivo del genere, ma è indispensabile quando si cercano carri armati, navi e altri tipi di equipaggiamento militare affondati in profondità.

Il principio di funzionamento di un magnetometro differenziale è molto semplice. Qualsiasi oggetto ferromagnetico distorce il campo magnetico naturale della Terra. Questi articoli includono qualsiasi cosa fatta di ferro, ghisa e acciaio. La distorsione del campo magnetico può essere influenzata in modo significativo anche dalla magnetizzazione propria degli oggetti, che spesso si verifica. Avendo registrato la deviazione dell'intensità del campo magnetico dal valore di fondo, possiamo concludere che c'è un oggetto da materiale ferromagnetico.

La distorsione del campo magnetico terrestre lontano dal bersaglio è piccola ed è stimata dalla differenza nei segnali provenienti da due sensori separati da una certa distanza. Ecco perché il dispositivo si chiama differenziale. Ciascun sensore misura un segnale proporzionale all'intensità del campo magnetico. I più utilizzati sono i sensori ferromagnetici e quelli basati sulla precessione magnetonica dei protoni. Il dispositivo in questione utilizza sensori del primo tipo.

La base di un sensore ferromagnetico (chiamato anche fluxgate) è una bobina con un nucleo in materiale ferromagnetico. Una tipica curva di magnetizzazione per un tale materiale è ben nota da un corso di fisica scolastica e, tenendo conto dell'influenza del campo magnetico terrestre, ha la seguente forma, mostrata in Fig. 29.

Riso. 29. Curva di magnetizzazione

La bobina è eccitata da un segnale portante sinusoidale alternato. Come si può vedere dalla figura. 29, lo spostamento della curva di magnetizzazione del nucleo ferromagnetico della bobina da parte del campo magnetico esterno della Terra porta al fatto che l'induzione del campo e la tensione associata sulla bobina iniziano a essere distorte in modo asimmetrico. In altre parole, la tensione del sensore con una corrente sinusoidale della frequenza portante differirà dalla sinusoide per le sommità più “appiattite” delle semionde. E queste distorsioni saranno asimmetriche. Nel linguaggio dell'analisi spettrale, ciò significa la comparsa di armoniche pari nello spettro della tensione di uscita della bobina, la cui ampiezza è proporzionale alla forza del campo magnetico polarizzato (campo terrestre). Sono proprio queste armoniche che devono essere “catturate”.

Riso. 30. Sensore ferromagnetico differenziale

Prima di citare un rivelatore sincrono che si presta naturalmente a questo scopo, operando con un segnale di riferimento pari al doppio della frequenza portante, consideriamo il progetto di una versione complicata di un sensore ferromagnetico. È costituito da due nuclei e tre bobine (Fig. 30). Fondamentalmente, questo è un sensore differenziale. Tuttavia, per semplicità, più avanti nel testo non lo chiameremo differenziale, poiché il magnetometro stesso è già differenziale (©).

La struttura è costituita da due nuclei ferromagnetici identici con bobine identiche disposte in parallelo una accanto all'altra. In relazione al segnale elettrico eccitante della frequenza di riferimento, sono collegati in controcorrente. La terza bobina è un avvolgimento avvolto sopra le prime due bobine centrali piegate insieme. In assenza di un campo magnetico polarizzante esterno, i segnali elettrici del primo e del secondo avvolgimento sono simmetrici e, idealmente, agiscono in modo tale che non vi sia segnale di uscita nel terzo avvolgimento, poiché i flussi magnetici che lo attraversano sono completamente compensati .

In presenza di un campo magnetico polarizzante esterno, il quadro cambia. Prima l’uno o l’altro nucleo al culmine della corrispondente semionda “vola” verso la saturazione più in profondità del solito a causa dell’ulteriore influenza del campo magnetico terrestre. Di conseguenza, all'uscita del terzo avvolgimento appare un segnale di disadattamento di doppia frequenza. Qui i segnali armonici fondamentali vengono idealmente completamente compensati.

La comodità del sensore considerato sta nel fatto che le sue bobine possono essere incluse in circuiti oscillanti per aumentare la sensibilità. Il primo e il secondo sono in un circuito (o circuiti) oscillatorio sintonizzati sulla frequenza portante. Il terzo - in un circuito oscillante sintonizzato sulla seconda armonica.

Il sensore descritto ha un diagramma di radiazione pronunciato. Il suo segnale in uscita è massimo quando l'asse longitudinale del sensore si trova lungo le linee di forza del campo magnetico esterno costante. Quando l'asse longitudinale è perpendicolare alle linee di forza, il segnale di uscita è zero.

Un sensore del tipo considerato, soprattutto in combinazione con un rilevatore sincrono, può funzionare con successo come bussola elettronica. Il segnale di uscita dopo il raddrizzamento è proporzionale alla proiezione del vettore dell'intensità del campo magnetico terrestre sull'asse del sensore. Il rilevamento sincrono consente di scoprire il segno di questa proiezione. Ma anche senza segnaletica, orientando il sensore in base al segnale minimo, otteniamo una direzione verso ovest o est. Orientandosi al massimo si ottiene la direzione della linea del campo magnetico terrestre. Alle medie latitudini (ad esempio a Mosca) va obliquamente e “si conficca” nel terreno in direzione nord. L'angolo di declinazione magnetica può essere utilizzato per stimare approssimativamente la latitudine geografica di un'area.

I magnetometri ferromagnetici differenziali hanno i loro vantaggi e svantaggi. I vantaggi includono la semplicità del dispositivo; non è più complicato di un ricevitore radio ad amplificazione diretta. Gli svantaggi includono la laboriosità della produzione dei sensori: oltre alla precisione, è richiesta una corrispondenza assolutamente esatta del numero di giri degli avvolgimenti corrispondenti. Un errore di uno o due giri può ridurre notevolmente la possibile sensibilità. Un altro svantaggio è la natura “bussola” del dispositivo, cioè l’impossibilità di compensare completamente il campo terrestre sottraendo segnali da due sensori distanziati. In pratica ciò porta a falsi segnali quando il sensore viene ruotato attorno ad un asse perpendicolare a quello longitudinale.

Progettazione pratica

Il progetto pratico di un magnetometro ferromagnetico differenziale è stato implementato e testato in una versione prototipo senza una speciale parte elettronica per l'indicazione del suono, utilizzando solo un microamperometro con uno zero al centro della scala. Il circuito di segnalazione sonora può essere tratto dalla descrizione del metal detector basato sul principio di “trasmissione-ricezione”. Il dispositivo ha i seguenti parametri.

Principali caratteristiche tecniche
Tensione di alimentazione 15...18 V
Consumo di corrente non superiore a 50 mA
Profondità di rilevamento:
pistola 2 m
canna del fucile 4 m
serbatoio 6 mt

Schema strutturale

Riso. 31. Schema a blocchi di un magnetometro ferromagnetico differenziale

Lo schema a blocchi è mostrato in Fig. 31. Un oscillatore principale stabilizzato al quarzo produce impulsi di clock per il condizionatore di segnale.

Ad una delle sue uscite c'è un'onda quadra della prima armonica, che va all'amplificatore di potenza, che eccita le bobine radianti dei sensori 1 e 2. L'altra uscita genera un'onda quadra della frequenza del doppio clock di riferimento con un angolo di 90° spostamento per un rivelatore sincrono. Il segnale differenziale proveniente dagli avvolgimenti di uscita (terzo) dei sensori viene amplificato nell'amplificatore di ricezione e raddrizzato da un rilevatore sincrono. Il segnale costante raddrizzato può essere registrato con un microamperometro o con i dispositivi di indicazione sonora descritti nei capitoli precedenti.

Diagramma schematico

Lo schema di un magnetometro ferromagnetico differenziale è mostrato in Fig. 32 - parte 1; oscillatore principale, condizionatore di segnale, amplificatore di potenza e bobine radianti, Fig. 33 - parte 2: bobine riceventi, amplificatore ricevente, rilevatore sincrono, indicatore e alimentatore.

Riso. 32. Fondamentale schema elettrico- parte I

GENERATORE MASTER (FIG. 32)

L'oscillatore master è assemblato sugli inverter D1.1-D1.3. La frequenza del generatore è stabilizzata da un risonatore al quarzo o piezoceramico Q con una frequenza di risonanza di 215 Hz = 32 kHz (“orologio al quarzo”). Il circuito R1C1 impedisce al generatore di essere eccitato ad armoniche più elevate. Il circuito OOS è chiuso tramite il resistore R2 e il circuito PIC è chiuso tramite il risonatore Q. Il generatore è semplice, ha un basso consumo di corrente, funziona in modo affidabile con una tensione di alimentazione di 3...15 V e non contiene elementi di sintonizzazione o resistori ad alta resistenza. La frequenza di uscita del generatore è di circa 32 kHz.

FORMATORI DI SEGNALE (FIG. 32)

Il condizionatore di segnale è assemblato su un contatore binario D2 e ​​un D-flip-flop D3.1. Non è importante il tipo di contatore binario; il suo compito principale è quello di dividere la frequenza del clock per 2, 4 e 8, ottenendo così meandri con frequenze rispettivamente di 16, 8 e 4 kHz. La frequenza portante per l'eccitazione delle bobine emettitrici è di 4 kHz. I segnali con frequenze di 16 e 8 kHz, agendo sul D-flip-flop D3.1, formano in uscita un'onda quadra raddoppiata rispetto alla frequenza portante di 8 kHz, sfasata di 90° rispetto al segnale di uscita di 8 kHz del contatore binario. Tale spostamento è necessario per il normale funzionamento di un rilevatore sincrono, poiché lo stesso spostamento ha un utile segnale di disadattamento a doppia frequenza all'uscita del sensore. La seconda metà del microcircuito di due D-flip-flop - D3.2 non viene utilizzata nel circuito, ma i suoi ingressi non utilizzati devono essere collegati all'1 logico o allo 0 logico per il normale funzionamento, come mostrato nel diagramma.

AMPLIFICATORE DI POTENZA (FIG. 32)

L'amplificatore di potenza a prima vista non sembra così e rappresenta solo i potenti inverter D1.4 e D1.5, che in antifase oscillano un circuito oscillatorio costituito da bobine radianti del sensore e condensatore C2 collegate in serie in parallelo. Un asterisco accanto al valore nominale del condensatore significa che il suo valore è indicato in modo approssimativo e che deve essere selezionato durante la configurazione. L'inverter D1.6 non utilizzato, per non lasciare scollegato il suo ingresso, inverte il segnale D1.5, ma lavora praticamente “a vuoto”. I resistori R3 e R4 limitano la corrente di uscita degli inverter a livello accettabile e insieme al circuito oscillante formano un filtro passa banda di alta qualità, grazie al quale la forma della tensione e della corrente nelle bobine emittenti del sensore coincide praticamente con quella sinusoidale.

Riso. 33. Schema elettrico - parte II. Amplificatore di ricezione

AMPLIFICATORE DI RICEZIONE (FIG 33)

L'amplificatore ricevente amplifica il segnale differenziale proveniente dalle bobine riceventi del sensore, che insieme al condensatore SZ formano un circuito oscillatorio sintonizzato su una doppia frequenza di 8 kHz. Grazie al resistore di sintonizzazione R5, ai segnali delle bobine riceventi vengono sottratti determinati coefficienti di ponderazione, che possono essere modificati spostando il cursore del resistore R5. Ciò consente di compensare i parametri non identici degli avvolgimenti riceventi del sensore e di minimizzare la sua "bussola". L'amplificatore ricevente è a due stadi. È assemblato utilizzando gli amplificatori operazionali D4.2 e D6.1 con feedback di tensione parallelo. Il condensatore C4 riduce il guadagno alle frequenze più alte, prevenendo così il sovraccarico del percorso di amplificazione con interferenze ad alta frequenza provenienti da reti di alimentazione e altre fonti. I circuiti di correzione dell'amplificatore operazionale sono standard.

RILEVATORE SINCRONO (FIG. 33)

Il rilevatore sincrono è realizzato utilizzando l'amplificatore operazionale D6.2 secondo un circuito standard. Il chip multiplexer-demultiplexer D5 CMOS 8 per 1 viene utilizzato come interruttori analogici (Fig. 32). Il suo segnale di indirizzo digitale viene spostato solo nel bit meno significativo, fornendo la commutazione alternata dei punti K1 e K2 su un bus comune. Il segnale raddrizzato viene filtrato dal condensatore C8 e amplificato dall'amplificatore operazionale D6.2 con simultanea attenuazione aggiuntiva dei componenti RF non filtrati dai circuiti R14C11 e R13C9. Il circuito di correzione dell'amplificatore operazionale è standard per il tipo utilizzato.

INDICATORE (FIG. 33)

L'indicatore è un microamperometro con zero al centro della scala. La parte indicatore può utilizzare con successo i circuiti di altri tipi di metal detector descritti in precedenza. In particolare, come indicatore può essere utilizzata la struttura di un metal detector basato sul principio di un frequenzimetro elettronico. In questo caso, il suo oscillatore LC viene sostituito con un oscillatore RC e la tensione di uscita misurata viene alimentata attraverso un divisore resistivo al circuito di impostazione della frequenza del timer. Puoi leggere di più a riguardo sul sito web di Yuri Kolokolov.

Il chip D7 stabilizza la tensione di alimentazione unipolare. L'amplificatore operazionale D4.1 crea un alimentatore artificiale nel punto medio, consentendo l'uso del circuito dell'amplificatore operazionale bipolare convenzionale. I condensatori di blocco ceramici C18-C21 sono montati in prossimità degli alloggiamenti dei microcircuiti digitali D1, D2, D3, D5.

Tipi di parti e design

I tipi di microcircuiti utilizzati sono indicati nella tabella. 6.

Tabella 6. Tipi di chip utilizzati

Invece dei microcircuiti della serie K561, è possibile utilizzare i microcircuiti della serie K1561. Puoi provare a utilizzare alcuni microcircuiti della serie K176 o analoghi stranieri serie 40ХХ e 40ХХХ.

I doppi amplificatori operazionali (amplificatori operazionali) della serie K157 possono essere sostituiti con qualsiasi amplificatore operazionale per uso generale con parametri simili (con le opportune modifiche nella piedinatura e nei circuiti di correzione).

Non ci sono requisiti speciali per i resistori utilizzati nel circuito del magnetometro differenziale. Devono solo avere un design durevole e in miniatura ed essere facili da installare. Dissipazione di potenza nominale 0,125...0,25 W.

I potenziometri R5, R16 sono preferibilmente multigiro per facilitare la regolazione precisa del dispositivo. La maniglia del potenziometro R5 deve essere in plastica e deve essere di lunghezza sufficiente affinché il tocco della mano dell'operatore durante la regolazione non causi variazioni nelle letture dell'indicatore dovute ad interferenze. Condensatore C16 - elettrolitico di qualsiasi tipo di piccole dimensioni.

I condensatori dei circuiti oscillatori C2* e SZ* sono costituiti da più condensatori (5-10 pezzi) collegati in parallelo. La sintonizzazione del circuito sulla risonanza viene effettuata selezionando il numero di condensatori e la loro valutazione. Tipo consigliato di condensatori K10-43, K71-7 o analoghi termostabili stranieri. Puoi provare a utilizzare condensatori convenzionali in ceramica o film metallico, tuttavia, se la temperatura fluttua, dovrai regolare il dispositivo più spesso.

Microamperometro: qualsiasi tipo per una corrente di 100 μA con zero al centro della scala. Sono convenienti i microamperometri di piccole dimensioni, ad esempio il tipo M4247. Puoi utilizzare quasi tutti i microampermetri e persino un milliamperometro, con qualsiasi limite di scala. Per fare ciò, è necessario regolare di conseguenza i valori dei resistori R15-R17. Risonatore al quarzo Q - qualsiasi orologio al quarzo di piccole dimensioni (quelli simili sono utilizzati anche nei giochi elettronici portatili).

Switch S1: qualsiasi tipo, di piccole dimensioni.

Riso. 34. Design dell'antenna-sensore

Le bobine dei sensori sono realizzate su nuclei rotondi di ferrite con un diametro di 8 mm (utilizzati nelle antenne magnetiche dei ricevitori radio delle gamme CB e DV) e una lunghezza di circa 10 cm. Ciascun avvolgimento è costituito da 200 spire di filo di rame con a diametro di 0,31 mm, avvolto uniformemente e strettamente in due strati di isolamento a doppia lacca-seta. Uno strato di pellicola schermante è fissato su tutti gli avvolgimenti. I bordi dello schermo sono isolati tra loro per evitare la formazione di una spira in cortocircuito. L'uscita dello schermo è realizzata con filo di rame stagnato. Nel caso di uno schermo in foglio di alluminio, questo terminale viene posizionato sullo schermo per tutta la sua lunghezza e avvolto strettamente con nastro isolante. Nel caso di uno schermo in lamina di rame o ottone, il terminale è saldato.

Le estremità dei nuclei di ferrite sono fissate in dischi di centraggio in fluoroplastica, grazie ai quali ciascuna delle due metà del sensore viene trattenuta all'interno Tubo di plastica realizzato in PCB che funge da corpo, come mostrato schematicamente in Fig. 34. La lunghezza del tubo è di circa 60 cm Ciascuna delle metà del sensore si trova all'estremità del tubo ed è inoltre fissata con sigillante siliconico, che riempie lo spazio attorno agli avvolgimenti e ai loro nuclei. Il riempimento viene effettuato attraverso appositi fori nel corpo del tubo. Insieme alle rondelle fluoroplastiche, tale sigillante conferisce al fissaggio di fragili aste di ferrite l'elasticità necessaria, che impedisce loro di rompersi durante impatti accidentali.

Configurazione del dispositivo

1. Assicurarsi che l'installazione sia corretta.

2. Controllare il consumo di corrente, che non deve superare i 100 mA.

3. Controllare il corretto funzionamento dell'oscillatore principale e di altri elementi di generazione del segnale di impulso.

4. Configurare il circuito oscillatorio del sensore. Emissione - a una frequenza di 4 kHz, ricezione - a 8 kHz.

5. Assicurarsi che il percorso di amplificazione e il rilevatore sincrono funzionino correttamente.

Lavorare con il dispositivo

La procedura per impostare e utilizzare il dispositivo è la seguente. Andiamo al sito di ricerca, accendiamo il dispositivo e iniziamo a ruotare l'antenna del sensore. È meglio su un piano verticale che passa attraverso la direzione nord-sud. Se il sensore del dispositivo si trova su un'asta, non è possibile ruotarlo, ma oscillarlo quanto consentito dall'asta. L'ago indicatore devierà (effetto bussola). Utilizzando il resistore variabile R5 cerchiamo di ridurre al minimo l'ampiezza di queste deviazioni. In questo caso, il punto medio delle letture del microamperometro si “sposterà” e dovrà anche essere regolato con un altro resistore variabile R16, progettato per impostare zero. Quando l'effetto “bussola” diventa minimo il dispositivo è considerato equilibrato.

Per piccoli oggetti, il metodo di ricerca utilizzando un magnetometro differenziale non differisce dal metodo di lavoro con un metal detector convenzionale. Vicino a un oggetto, la freccia può deviare in qualsiasi direzione. Per oggetti di grandi dimensioni, l'ago indicatore devierà in diverse direzioni su un'ampia area.

Un magnetometro è un dispositivo utilizzato per esplorare il campo magnetico terrestre o cercare oggetti nascosti. Basato sul principio di funzionamento, il dispositivo è un po' come un metal detector che reagisce alle superfici metalliche, tranne che è sensibile al campo magnetico naturale della Terra, così come ai grandi oggetti non metallici che hanno il proprio campo residuo. Il dispositivo ha trovato la sua applicazione in vari settori dell'industria e della scienza, poiché consente di registrare anomalie naturali e accelera anche la ricerca di oggetti.

Perché viene utilizzato un magnetometro?

I magnetometri rispondono a un campo magnetico ed esprimono la sua forza in varie unità fisiche di misura. A questo proposito, esistono molti tipi di questi dispositivi, ognuno dei quali è adattato per uno scopo di ricerca specifico. Le modifiche di questi dispositivi sono utilizzate in dozzine di rami della scienza e dell'industria:

• Geologia.
• Archeologia.
• Navigazione.
• Sismologia.
• Servizi segreti militari.
• Geocronologia.

IN geologia Utilizzando un magnetometro, i minerali possono essere trovati senza la necessità di effettuare perforazioni di prova per prelevare campioni. Il dispositivo consente di registrare una vena ricca di minerali e di prendere una decisione sull'opportunità di avviare l'estrazione mineraria nell'area. Inoltre, utilizzando questa attrezzatura, è possibile determinare dove si trovano le fonti sotterranee di acqua potabile, come si trovano e il loro volume. Grazie a questo si può decidere in anticipo dove costruire un pozzo o un pozzo per arrivare all'acqua senza bisogno della massima profondità.

I magnetometri vengono utilizzati in archeologia durante gli scavi. Permettono di rispondere alla costruzione di fondamenta, statue e altri oggetti nascosti nelle profondità del sottosuolo che presentano magnetizzazione residua. Prima di tutto, è mattone o pietra bruciata. Il dispositivo risponde ad antichi focolari e stufe nascosti nelle profondità del sottosuolo. Può essere utilizzato per cercare oggetti nel ghiaccio o nella neve.

Viene utilizzato anche il magnetometro navigazione. Con il suo aiuto viene determinato il campo magnetico terrestre, a seguito del quale è possibile ottenere dati sulla direzione del movimento in caso di disorientamento. Tali dispositivi sono utilizzati nel trasporto aereo e marittimo. I magnetometri sono attrezzature obbligatorie per stazioni spaziali e navette.

IN sismologia I magnetometri che reagiscono al campo magnetico terrestre consentono di prevedere un terremoto, poiché quando cambiano le caratteristiche delle placche tettoniche, i consueti indicatori di campo vengono interrotti. In questo modo è possibile individuare nuove fessure sotterranee attraverso le quali potrebbe avere inizio un'eruzione.

IN servizi segreti militari Questa attrezzatura consente di cercare obiettivi militari nascosti ai radar convenzionali. Usando un magnetometro, puoi identificare un sottomarino che giace sul fondo del mare o dell'oceano.

IN geocronologia L'età delle rocce può essere determinata dalla forza della magnetizzazione residua. Esistono metodi più accurati, ma con un magnetometro è possibile farlo in pochi secondi, senza la necessità di costose analisi.

Tipologie di magnetometri in base al principio di funzionamento

In base al loro principio di funzionamento i magnetometri si dividono in 3 tipologie:

• Magnetostatico.
• Induzione.
• Quantistico.

Ogni varietà reagisce ad un campo magnetico esterno utilizzando un principio fisico specifico. Sulla base di queste tre varietà, sono stati creati vari tipi di magnetometri altamente specializzati, che sono più accurati per le misurazioni in determinate condizioni.

Magnetostatico

Nonostante la complessità esterna di questo dispositivo, funziona secondo un principio fisico completamente comprensibile. All'interno del magnetometro è presente un piccolo magnete permanente che risponde al campo magnetico con cui entra in contatto. Il magnete è sospeso su una sospensione elastica che gli consente di ruotare. Non ha praticamente alcuna rigidità, quindi non lo trattiene e gli permette di scorrere senza resistenza. Quando un magnete permanente reagisce con un campo estraneo la cui direzione o intensità non è la stessa, si verifica una reazione di attrazione o di rifiuto. Di conseguenza, il magnete permanente sospeso inizia a ruotare, rilevando il sensore sensibile. In questo modo viene misurata l'intensità e la direzione del campo magnetico esterno.

La sensibilità di un dispositivo magnetostatico dipende dal magnete di riferimento che è installato al suo interno. Anche l'elasticità della sospensione influisce sulla precisione della misurazione.

Induzione

I magnetometri a induzione hanno al loro interno una bobina con un avvolgimento di filo di materiale conduttivo. Si alimenta tramite l'alimentazione a batteria. La bobina crea il proprio campo magnetico, che inizia a entrare in contatto con campi di terze parti che passano attraverso il suo circuito. I sensori sensibili rispondono ai cambiamenti visualizzati sulla bobina come risultato di questa interazione. Possono rispondere alla rotazione o alla vibrazione. Nei dispositivi più complessi, i sensori rispondono ai cambiamenti nella permeabilità magnetica del nucleo della bobina. Indipendentemente da come viene registrata la modifica, il dispositivo visualizza indicatori di campi magnetici esterni e consente di determinare la posizione degli oggetti, le loro dimensioni e distanza.

Quantistico

Un magnetometro quantistico risponde al momento magnetico degli elettroni che si muovono sotto l'influenza di campi magnetici esterni. Si tratta di apparecchiature costose utilizzate per ricerche di laboratorio e ricerche complesse. Il dispositivo registra il momento magnetico delle microparticelle e l'intensità del campo misurato. Questa apparecchiatura consente di misurare l'intensità dei campi deboli, compresi quelli presenti nello spazio. È questa attrezzatura che viene utilizzata nella geoesplorazione per cercare depositi minerali profondi.

Differenza tra modelli

Un magnetometro è un'apparecchiatura altamente tecnica che può differire da altri dispositivi simili non solo nel principio fisico di risposta ai cambiamenti del campo magnetico o della sensibilità, ma anche in altre caratteristiche. I dispositivi possono differire tra loro secondo i seguenti criteri:

• Disponibilità di esposizione.
• Numero di sensori.
• La presenza di un indicatore sonoro.
• Errori di misurazione.
• Metodo di indicazione.
• Durata del funzionamento continuo.
• Dimensioni e peso.

Per quanto riguarda il numero di sensori sensibili, più ce ne sono, più precisa sarà l'apparecchiatura. Il magnetometro può visualizzare le sue misurazioni sia numericamente che graficamente. Difficile dire quale sia il migliore, poiché tutto dipende dalle caratteristiche delle condizioni in cui viene effettuata la misurazione. In alcuni casi è sufficiente visualizzare in numeri gli indicatori del campo magnetico, mentre in altri casi è necessaria più una determinazione visiva del vettore dei suoi vortici. L'opzione migliore sono i dispositivi combinati che consentono di visualizzare gli indicatori su display digitale e grafico.

Il magnetometro differenziale che portiamo alla vostra attenzione può essere molto utile per la ricerca di oggetti in ferro di grandi dimensioni. È quasi impossibile cercare tesori con un dispositivo del genere, ma è indispensabile quando si cercano carri armati, navi e altri tipi di equipaggiamento militare affondati in profondità.

Il principio di funzionamento di un magnetometro differenziale è molto semplice. Qualsiasi oggetto ferromagnetico distorce il campo magnetico naturale della Terra. Questi articoli includono qualsiasi cosa fatta di ferro, ghisa e acciaio. La distorsione del campo magnetico può essere influenzata in modo significativo anche dalla magnetizzazione propria degli oggetti, che spesso si verifica. Dopo aver rilevato la deviazione dell'intensità del campo magnetico dal valore di fondo, possiamo concludere che nelle vicinanze del dispositivo di misurazione si trova un oggetto di materiale ferromagnetico.

La distorsione del campo magnetico terrestre lontano dal bersaglio è piccola ed è stimata dalla differenza nei segnali provenienti da due sensori separati da una certa distanza. Ecco perché il dispositivo si chiama differenziale. Ciascun sensore misura un segnale proporzionale all'intensità del campo magnetico. I più utilizzati sono i sensori ferromagnetici e quelli basati sulla precessione magnetonica dei protoni. Il dispositivo in questione utilizza sensori del primo tipo.

La base di un sensore ferromagnetico (chiamato anche fluxgate) è una bobina con un nucleo in materiale ferromagnetico. Una tipica curva di magnetizzazione per un tale materiale è ben nota da un corso di fisica scolastica e, tenendo conto dell'influenza del campo magnetico terrestre, ha la seguente forma, mostrata in Fig. 29.

Riso. 29. Curva di magnetizzazione

La bobina è eccitata da un segnale portante sinusoidale alternato. Come si può vedere dalla figura. 29, lo spostamento della curva di magnetizzazione del nucleo ferromagnetico della bobina da parte del campo magnetico esterno della Terra porta al fatto che l'induzione del campo e la tensione associata sulla bobina iniziano a essere distorte in modo asimmetrico. In altre parole, la tensione del sensore con una corrente sinusoidale della frequenza portante differirà dalla sinusoide per le sommità più “appiattite” delle semionde. E queste distorsioni saranno asimmetriche. Nel linguaggio dell'analisi spettrale, ciò significa la comparsa di armoniche pari nello spettro della tensione di uscita della bobina, la cui ampiezza è proporzionale alla forza del campo magnetico polarizzato (campo terrestre). Sono proprio queste armoniche che devono essere “catturate”.

Riso. 30. Sensore ferromagnetico differenziale

Prima di citare un rivelatore sincrono che si presta naturalmente a questo scopo, operando con un segnale di riferimento pari al doppio della frequenza portante, consideriamo il progetto di una versione complicata di un sensore ferromagnetico. È costituito da due nuclei e tre bobine (Fig. 30). Fondamentalmente, questo è un sensore differenziale. Tuttavia, per semplicità, più avanti nel testo non lo chiameremo differenziale, poiché il magnetometro stesso è già differenziale :).

La struttura è costituita da due nuclei ferromagnetici identici con bobine identiche disposte in parallelo una accanto all'altra. In relazione al segnale elettrico eccitante della frequenza di riferimento, sono collegati in controcorrente. La terza bobina è un avvolgimento avvolto sopra le prime due bobine centrali piegate insieme. In assenza di un campo magnetico polarizzante esterno, i segnali elettrici del primo e del secondo avvolgimento sono simmetrici e, idealmente, agiscono in modo tale che non vi sia segnale di uscita nel terzo avvolgimento, poiché i flussi magnetici che lo attraversano sono completamente compensati .

In presenza di un campo magnetico polarizzante esterno, il quadro cambia. Prima l’uno o l’altro nucleo al culmine della corrispondente semionda “vola” verso la saturazione più in profondità del solito a causa dell’ulteriore influenza del campo magnetico terrestre. Di conseguenza, all'uscita del terzo avvolgimento appare un segnale di disadattamento di doppia frequenza. Qui i segnali armonici fondamentali vengono idealmente completamente compensati.

La comodità del sensore considerato sta nel fatto che le sue bobine possono essere incluse in circuiti oscillanti per aumentare la sensibilità. Il primo e il secondo - in un circuito (o circuiti) oscillatorio sintonizzati sulla frequenza portante. Il terzo - in un circuito oscillante sintonizzato sulla seconda armonica.

Il sensore descritto ha un diagramma di radiazione pronunciato. Il suo segnale in uscita è massimo quando l'asse longitudinale del sensore si trova lungo le linee di forza del campo magnetico esterno costante. Quando l'asse longitudinale è perpendicolare alle linee di forza, il segnale di uscita è zero.

Un sensore del tipo considerato, soprattutto in combinazione con un rilevatore sincrono, può funzionare con successo come bussola elettronica. Il segnale di uscita dopo il raddrizzamento è proporzionale alla proiezione del vettore dell'intensità del campo magnetico terrestre sull'asse del sensore. Il rilevamento sincrono consente di scoprire il segno di questa proiezione. Ma anche senza segnaletica, orientando il sensore in base al segnale minimo, otteniamo una direzione verso ovest o est. Orientandosi al massimo si ottiene la direzione della linea del campo magnetico terrestre. Alle medie latitudini (ad esempio a Mosca) va obliquamente e “si conficca” nel terreno in direzione nord. L'angolo di declinazione magnetica può essere utilizzato per stimare approssimativamente la latitudine geografica di un'area.

I magnetometri ferromagnetici differenziali hanno i loro vantaggi e svantaggi. I vantaggi includono la semplicità del dispositivo; non è più complicato di un ricevitore radio ad amplificazione diretta. Gli svantaggi includono la laboriosità della produzione dei sensori: oltre alla precisione, è richiesta una corrispondenza assolutamente esatta del numero di giri degli avvolgimenti corrispondenti. Un errore di uno o due giri può ridurre notevolmente la possibile sensibilità. Un altro svantaggio è la natura “bussola” del dispositivo, cioè l’impossibilità di compensare completamente il campo terrestre sottraendo segnali da due sensori distanziati. In pratica ciò porta a falsi segnali quando il sensore viene ruotato attorno ad un asse perpendicolare a quello longitudinale.

Progettazione pratica

Il progetto pratico di un magnetometro ferromagnetico differenziale è stato implementato e testato in una versione prototipo senza una speciale parte elettronica per l'indicazione del suono, utilizzando solo un microamperometro con uno zero al centro della scala. Il circuito di segnalazione sonora può essere tratto dalla descrizione del metal detector basato sul principio di “trasmissione-ricezione”. Il dispositivo ha i seguenti parametri.

Principali caratteristiche tecniche

• Tensione di alimentazione - 15...18 V
• Consumo corrente: non più di 50 mA

Profondità di rilevamento:

• pistola - 2 m
• canna di cannone - 4 m
• serbatoio - 6 mt

Schema strutturale

Lo schema a blocchi è mostrato in Fig. 31. Un oscillatore principale stabilizzato al quarzo produce impulsi di clock per il condizionatore di segnale.

Riso. 31. Schema a blocchi di un magnetometro ferromagnetico differenziale

Ad una delle sue uscite c'è un'onda quadra della prima armonica, che va all'amplificatore di potenza, che eccita le bobine radianti dei sensori 1 e 2. L'altra uscita genera un'onda quadra della frequenza del doppio clock di riferimento con un angolo di 90° spostamento per un rivelatore sincrono. Il segnale differenziale proveniente dagli avvolgimenti di uscita (terzo) dei sensori viene amplificato nell'amplificatore di ricezione e raddrizzato da un rilevatore sincrono. Il segnale costante raddrizzato può essere registrato con un microamperometro o con i dispositivi di indicazione sonora descritti nei capitoli precedenti.

Diagramma schematico

Lo schema di un magnetometro ferromagnetico differenziale è mostrato in Fig. 32 - parte 1: oscillatore principale, condizionatore di segnale, amplificatore di potenza e bobine radianti, fig. 33 - parte 2: bobine riceventi, amplificatore ricevente, rilevatore sincrono, indicatore e alimentatore.

Riso. 32. Schema del circuito elettrico - parte 1

L'oscillatore master è assemblato sugli inverter D1.1-D1.3. La frequenza dell'oscillatore è stabilizzata da un risonatore al quarzo o piezoceramico Q con una frequenza di risonanza di 215 Hz = 32 kHz (“orologio al quarzo”). Il circuito R1C1 impedisce al generatore di essere eccitato ad armoniche più elevate. Il circuito OOS è chiuso tramite il resistore R2 e il circuito POS è chiuso tramite il risonatore Q. Il generatore è semplice, ha un basso consumo di corrente, funziona in modo affidabile con una tensione di alimentazione di 3...15 V e non contiene elementi sintonizzati o resistori ad alta resistenza. La frequenza di uscita del generatore è di circa 32 kHz.

Condizionatore di segnale(Fig.32)

Il condizionatore di segnale è assemblato su un contatore binario D2 e ​​un D-flip-flop D3.1. Non è importante il tipo di contatore binario; il suo compito principale è quello di dividere la frequenza del clock per 2, 4 e 8, ottenendo così meandri con frequenze rispettivamente di 16, 8 e 4 kHz. La frequenza portante per l'eccitazione delle bobine emettitrici è di 4 kHz. I segnali con frequenze di 16 e 8 kHz, agendo sul D-flip-flop D3.1, formano in uscita un'onda quadra raddoppiata rispetto alla frequenza portante di 8 kHz, sfasata di 90° rispetto al segnale di uscita di 8 kHz del contatore binario. Tale spostamento è necessario per il normale funzionamento di un rilevatore sincrono, poiché lo stesso spostamento ha un utile segnale di disadattamento a doppia frequenza all'uscita del sensore. La seconda metà del microcircuito di due D-flip-flop - D3.2 non viene utilizzata nel circuito, ma i suoi ingressi non utilizzati devono essere collegati all'1 logico o allo 0 logico per il normale funzionamento, come mostrato nel diagramma.

Amplificatore(Fig.32)

L'amplificatore di potenza a prima vista non sembra così e rappresenta solo i potenti inverter D1.4 e D1.5, che in antifase oscillano un circuito oscillatorio costituito da bobine radianti del sensore e condensatore C2 collegate in serie in parallelo. Un asterisco accanto al valore nominale del condensatore significa che il suo valore è indicato in modo approssimativo e che deve essere selezionato durante la configurazione. L'inverter D1.6 non utilizzato, per non lasciare scollegato il suo ingresso, inverte il segnale D1.5, ma lavora praticamente “a vuoto”. I resistori R3 e R4 limitano la corrente di uscita degli inverter a un livello accettabile e, insieme al circuito oscillante, formano un filtro passa banda di alta qualità, grazie al quale la forma della tensione e della corrente nelle bobine di emissione del sensore quasi coincide con quello sinusoidale.

Amplificatore di ricezione(Fig.33)

L'amplificatore ricevente amplifica il segnale differenziale proveniente dalle bobine riceventi del sensore, che insieme al condensatore SZ formano un circuito oscillatorio sintonizzato su una doppia frequenza di 8 kHz. Grazie al resistore di sintonizzazione R5, ai segnali delle bobine riceventi vengono sottratti determinati coefficienti di ponderazione, che possono essere modificati spostando il cursore del resistore R5. Ciò consente di compensare i parametri non identici degli avvolgimenti riceventi del sensore e di minimizzare la sua "bussola".

L'amplificatore ricevente è a due stadi. È assemblato utilizzando gli amplificatori operazionali D4.2 e D6.1 con feedback di tensione parallelo. Il condensatore C4 riduce il guadagno alle frequenze più alte, prevenendo così il sovraccarico del percorso di amplificazione con interferenze ad alta frequenza provenienti da reti di alimentazione e altre fonti. I circuiti di correzione dell'amplificatore operazionale sono standard.

Rivelatore sincrono(Fig.33)

Il rilevatore sincrono è realizzato utilizzando l'amplificatore operazionale D6.2 secondo un circuito standard. Il chip multiplexer-demultiplexer D5 CMOS 8 per 1 viene utilizzato come interruttori analogici (Fig. 32). Il suo segnale di indirizzo digitale viene spostato solo nel bit meno significativo, fornendo la commutazione alternata dei punti K1 e K2 su un bus comune. Il segnale raddrizzato viene filtrato dal condensatore C8 e amplificato dall'amplificatore operazionale D6.2 con simultanea attenuazione aggiuntiva dei componenti RF non filtrati dai circuiti R14C11 e R13C9. Il circuito di correzione dell'amplificatore operazionale è standard per il tipo utilizzato.

Riso. 33. Schema elettrico - parte 2. Amplificatore di ricezione

Indicatore(Fig.33)

L'indicatore è un microamperometro con zero al centro della scala. La parte indicatore può utilizzare con successo i circuiti di altri tipi di metal detector descritti in precedenza. In particolare, come indicatore può essere utilizzata la struttura di un metal detector basato sul principio di un frequenzimetro elettronico. In questo caso, il suo oscillatore LC viene sostituito con un oscillatore RC e la tensione di uscita misurata viene alimentata attraverso un divisore resistivo al circuito di impostazione della frequenza del timer. Puoi leggere di più a riguardo sul sito web di Yuri Kolokolov.

Il chip D7 stabilizza la tensione di alimentazione unipolare. L'amplificatore operazionale D4.1 crea un alimentatore artificiale nel punto medio, consentendo l'uso del circuito dell'amplificatore operazionale bipolare convenzionale. I condensatori di blocco ceramici C18-C21 sono montati in prossimità degli alloggiamenti dei microcircuiti digitali D1, D2, D3, D5.

Tipi di parti e design

I tipi di microcircuiti utilizzati sono indicati nella tabella. 6.

Tabella 6. Tipi di chip utilizzati

Invece dei microcircuiti della serie K561, è possibile utilizzare i microcircuiti della serie K1561. Puoi provare a utilizzare alcuni microcircuiti della serie K176 o analoghi stranieri delle serie 40ХХ e 40ХХХ.

I doppi amplificatori operazionali (amplificatori operazionali) della serie K157 possono essere sostituiti con qualsiasi amplificatore operazionale per uso generale con parametri simili (con le opportune modifiche nella piedinatura e nei circuiti di correzione).

Non ci sono requisiti speciali per i resistori utilizzati nel circuito del magnetometro differenziale. Devono solo avere un design durevole e in miniatura ed essere facili da installare. Dissipazione di potenza nominale 0,125...0,25 W.

I potenziometri R5, R16 sono preferibilmente multigiro per facilitare la regolazione precisa del dispositivo. La maniglia del potenziometro R5 deve essere in plastica e deve essere di lunghezza sufficiente affinché il tocco della mano dell'operatore durante la regolazione non causi variazioni nelle letture dell'indicatore dovute ad interferenze.

Condensatore C16 - elettrolitico di qualsiasi tipo di piccole dimensioni.

I condensatori dei circuiti oscillatori C2* e SZ* sono costituiti da più condensatori (5-10 pezzi) collegati in parallelo. La sintonizzazione del circuito sulla risonanza viene effettuata selezionando il numero di condensatori e la loro valutazione. Tipo consigliato di condensatori K10-43, K71-7 o analoghi termostabili stranieri. Puoi provare a utilizzare condensatori convenzionali in ceramica o film metallico, tuttavia, se la temperatura fluttua, dovrai regolare il dispositivo più spesso.

Microamperometro: qualsiasi tipo per una corrente di 100 μA con zero al centro della scala. Sono convenienti i microamperometri di piccole dimensioni, ad esempio il tipo M4247. Puoi utilizzare quasi tutti i microampermetri e persino un milliamperometro, con qualsiasi limite di scala. Per fare ciò, è necessario regolare di conseguenza i valori dei resistori R15-R17.

Risonatore al quarzo Q - qualsiasi orologio al quarzo di piccole dimensioni (quelli simili sono utilizzati anche nei giochi elettronici portatili).

Switch S1: qualsiasi tipo, di piccole dimensioni.

Le bobine dei sensori sono realizzate su nuclei rotondi di ferrite con un diametro di 8 mm (utilizzati nelle antenne magnetiche dei ricevitori radio delle gamme CB e DV) e una lunghezza di circa 10 cm. Ciascun avvolgimento è costituito da 200 spire di filo di rame con a diametro di 0,31 mm, avvolto uniformemente e strettamente in due strati di isolamento a doppia lacca-seta. Uno strato di pellicola schermante è fissato su tutti gli avvolgimenti. I bordi dello schermo sono isolati tra loro per evitare la formazione di una spira in cortocircuito. L'uscita dello schermo è realizzata con filo di rame stagnato. Nel caso di uno schermo in foglio di alluminio, questo terminale viene posizionato sullo schermo per tutta la sua lunghezza e avvolto strettamente con nastro isolante. Nel caso di uno schermo in lamina di rame o ottone, il terminale è saldato.

Le estremità dei nuclei di ferrite sono fissate in dischi di centraggio fluoroplastici, grazie ai quali ciascuna delle due metà del sensore è trattenuta all'interno di un tubo di plastica in textolite, che funge da alloggiamento, come mostrato schematicamente in Fig. 34.

Riso. 34. Design dell'antenna-sensore

La lunghezza del tubo è di circa 60 cm. Ciascuna delle metà del sensore si trova all'estremità del tubo ed è inoltre fissata con sigillante siliconico, che riempie lo spazio attorno agli avvolgimenti e ai loro nuclei. Il riempimento viene effettuato attraverso appositi fori nel corpo del tubo. Insieme alle rondelle fluoroplastiche, tale sigillante conferisce al fissaggio di fragili aste di ferrite l'elasticità necessaria, che impedisce loro di rompersi durante impatti accidentali.

Configurazione del dispositivo

1. Assicurarsi che l'installazione sia corretta.

2. Controllare il consumo di corrente, che non deve superare i 100 mA.

3. Controllare il corretto funzionamento dell'oscillatore principale e di altri elementi di generazione del segnale di impulso.

4. Configurare il circuito oscillatorio del sensore. Emissione - a una frequenza di 4 kHz, ricezione - a 8 kHz.

5. Assicurarsi che il percorso di amplificazione e il rilevatore sincrono funzionino correttamente.

Lavorare con il dispositivo

La procedura per impostare e utilizzare il dispositivo è la seguente. Andiamo al sito di ricerca, accendiamo il dispositivo e iniziamo a ruotare l'antenna del sensore. È meglio su un piano verticale che passa attraverso la direzione nord-sud. Se il sensore del dispositivo si trova su un'asta, non è possibile ruotarlo, ma oscillarlo quanto consentito dall'asta. L'ago indicatore devierà (effetto bussola). Utilizzando il resistore variabile R5 cerchiamo di ridurre al minimo l'ampiezza di queste deviazioni. In questo caso, il punto medio delle letture del microamperometro si “sposterà” e dovrà anche essere regolato con un altro resistore variabile R16, progettato per impostare zero. Quando l'effetto “bussola” diventa minimo il dispositivo è considerato equilibrato.

Per piccoli oggetti, il metodo di ricerca utilizzando un magnetometro differenziale non differisce dal metodo di lavoro con un metal detector convenzionale. Vicino a un oggetto, la freccia può deviare in qualsiasi direzione. Per oggetti di grandi dimensioni, l'ago indicatore devierà in diverse direzioni su un'ampia area.

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