Сердцем металлоискателя являются две микросхемы таймера 555. D1 используется для генерации прямоугольной волны, используемой в передающей катушке, а D2 используется для обнаружения любых сигналов, принимаемых приемной катушкой.

В этой конструкции металлоискателя используется метод, называемый индукционным балансом. При использовании метода индукционного баланса используются две катушки: передающая катушка (Tx) и приемная катушка (Rx). Обе катушки состоят из 70 витков эмалированной медной проволоки диаметром 0,33 мм, намотанной на оправке диаметром 150 мм. В качестве нее я использовал рулон клейкой ленты.

Секция Tx (передача) схемы генерирует прямоугольные импульсы, которые подаются на катушку Tx через полевой МОП-транзистор. МОП-транзистор усиливает импульсы, чтобы через катушку Tx проходил больший ток. Уравнение для расчета магнитной силы на катушке: Сила (Н) = плотность магнитного потока (Тл) × ток (А) × длина (м), поэтому увеличение тока через катушку увеличивает магнитную силу. Максимальный выходной ток от 555 составляет около 200 мА, однако, используя его для управления полевым МОП-транзистором IRF510, через катушку можно будет пропускать ток примерно до 5 А, который затем ограничивается импедансом, генерируемым в катушке.

Частота, на которой работает катушка Tx, рассчитывается с использованием приведенных ниже уравнений:

Fmin = 1 / (((R1 + 2 x (R2max + R3)) x C4) / 1,44)

Fmin = 1/(((1000 + 2 x (100000 + 75000)) x 10x10^-9) / 1,44) = 410 Гц

Fmax = 1 / (((R1 + 2 x (R2min + R3)) x C4) / 1,44)

Fmax = 1/(((1000 + 2 x (0 + 75000)) x 10x10^-9) / 1,44) = 953 Гц

Секция Rx (прием) схемы действует как детектор. В этой схеме микросхема таймера 555 настроена как триггер Шмитта. Если возникает дисбаланс между катушками RX и Tx, он сначала подается на транзистор VT2 через конденсатор C2, который усиливает сигнал. База транзистора смещена с помощью R5 и R6 и настроена с помощью R5. Сигнал в основном представляет собой более слабую версию прямоугольной волны, генерируемой катушкой Tx. Триггер Шмитта работает, устанавливая выход на высокий уровень, если достигается верхний порог входа, а затем устанавливая выходное значение на низкий уровень, если достигается нижний порог входа. Природа таймера 555 означает, что нижний и верхний пороговые пределы установлены на уровне 1/3 и 2/3 напряжения питания соответственно. Это означает, что при питании 9 В нижний порог равен 3 В, а верхний порог равен 6 В. Пороговый и триггерный контакты таймера 555 соединены вместе, и напряжение в этой точке устанавливается делителем напряжения тремя потенциометрами R7, R11 (точная регулировка) и R10 (быстрая регулировка). Настроив эти три потенциометра, мы стремимся установить среднюю точку входа где-то между 3 В и 6 В (около 4,5 В). Выход триггера Шмитта поступает от контакта 3, который может управлять током 200 мА, следовательно, он может напрямую управлять пьезоизлучателем и светодиодным индикатором.

Ток, проходящий через катушку передатчика, создает электромагнитное поле, полярность этого магнитного поля перпендикулярна приёмной катушке. Каждый раз, когда ток меняет направление, меняется полярность магнитного поля. Когда катушки удерживаются параллельно земле, магнитное поле постоянно излучается в землю, а затем улавливается из нее.

Пары катушек настроены так, чтобы дважды перекрываться, так что электромагнитное поле от катушки Tx полностью обнуляется на катушке Rx, когда они находятся в идеальном положении. Любое отклонение от этого баланса вызывает отправку сигнала обратно на катушку Rx. Это связано с тем, что если катушка Tx проходит над металлическим объектом, в нем индуцируется магнитное поле, которое также передается на катушку Rx в приемную часть контроллера для дальнейшего усиления.

При намотке катушек важно пометить начало и конец катушки, конец провода на обеих катушках соединить с массой. После окончания намотки каждой катушки я обмотал их изолентой. Второй оголенный проводник припаивается к концевому проводу и обматывается изоляционной лентой примерно на 90% катушки. Обе катушки экранированы с помощью самоклеящейся ленты из алюминиевой фольги, эта фольга соприкасается с оголенным проводом, обернутым вокруг катушки (изолированным изоляционной лентой), который затем соединяется с землей при соединении катушек.

Схема собрана на небольшой макетной плате.

Штанка металлоискателя изготовлена ​​из трубы ПВХ диаметром 20 мм. Важно, чтобы компоненты металлоискателя были пластмассовыми, чтобы не создавать индуктивных помех катушкам детектора.

Катушки детектора удерживаются на месте, прикрепляясь к куску акрила, который образует основу детектора. Под основной черной пластиной держателя катушки находится еще одна прозрачная акриловая пластина, удерживаемая на месте нейлоновыми болтами, которая защищает катушки от повреждения.

Детектор в сборе соединяется со штангой металлоискателя с помощью шарнирного соединения. Важно, чтобы все детали были пластиковыми.

Настройка катушек детектора является важной частью настройки конструкции металлодетектора с индукционным балансом. Процесс, которому я следовал, выглядит следующим образом:

1. Установите подстроечный резистор R7 (100 кОм) примерно на 90%;
2. Установите подстроечный резистор R5 (500 кОм) примерно на 50%;
3. Установите переменный резистор R10 (500 кОм) примерно на 50% (быстрая регулировка);
4. Установите переменный резистор R11 (20 кОм) примерно на 50% (точная регулировка);
5. Установите переменный резистор R2 (100 кОм) примерно на 50% (регулировка частоты);
6. Приклейте передающую катушку TX термоклеем к монтажноц пластине, чтобы она была надежно закреплена;
7. Включите металлоискатель;
8. Поместите катушку Rx на катушку Tx, зуммер должен. громко гудеть на заданной частоте;
9. Перемещайте катушку Rx горизонтально от катушки Tx, пока зуммер не замолкнет;
10. Продолжайте перемещать катушку Rx, пока зуммер снова не начнет гудеть;
11. Очень осторожно переместите катушку Rx назад, пока не раздастся щелчок зуммера (звучит немного как счетчик Гейгера);
12. Зафиксируйте катушку Rx на месте.

Когда металлоискатель используется в полевых условиях, вам нужно будет снова отрегулировать настройки с помощью переменных резисторов быстрой и точной настройки, что бы зуммер замолчал.

Потратив немного времени и терпения на настройку, можно добиться хорошей чувствительности металлоискателя, при которой металл будет обнаруживаться на глубине до 500 мм.

Глубина обнаружения сильно зависит от размера и типа металла.

В заключение, металлоискатель на самом деле работает очень хорошо для простой малобюджетной конструкции.