Импульсный металлоискатель «Hammerhead» от Карла Морленда

Конструкция катушки металлоискателя с импульсно-индукционным детектором

На предыдущей странице мы подробно рассмотрели схемотехнику импульсного металлодетектора «Hammerhead», разработанного признанным специалистом в области проектирования и промышленного производства подобного типа устройств Карлом Морлендом.
На данной странице мы продолжим начатое и приведём выдержки из его статьи, посвящённые конструкции катушки металлоискателя. Напомню, что с авторским оригиналом данной публикации (в PDF-формате) можно познакомиться по ссылке – Карл Морленд – Pulse Induction Metal Detector.

Катушка

Эта конструкция, как и большинство других конструкций импульсных детекторов, представляет собой простую монокатушку. Монокатушка имеет только одну обмотку, в отличие от катушек с несколькими обмотками, которые часто требуют точной юстировки. Важными параметрами катушки являются диаметр катушки, количество витков, и сечение провода.
Для универсального поиска монет оптимальный размер катушки составляет 10 дюймов (25 см) в диаметре. Меньшая катушка будет более чувствительна к мелким целям, но достигнет меньшей глубины. Большая катушка увеличит глубину, но потеряет чувствительность к мелким целям.
Количество витков влияет на силу создаваемого магнитного поля. Теоретически, напряженность поля пропорциональна квадрату числа витков, поэтому удвоение числа витков приводит к четырехкратному увеличению напряженности поля. Это кажется фантастической отдачей от инвестиций в провод, за исключением трех недостатков: большее количество витков приводит к большему весу катушки, большему сопротивлению катушки и большей паразитной емкости.
Вес катушки должен оставаться разумным, для комфортного использования. Сопротивление катушки может легко ограничивать величину тока «включения», что является одним из ограничений начальной напряженности поля. Сопротивление можно уменьшить, используя провод большего сечения, но это снова увеличивает вес катушки.
Другим эффектом дополнительных витков является увеличение межвитковой емкости, которая, как правило, ограничивает dI/dt во время выключения, что снова снижает переходную напряженность поля dB/dt.

Стандартная катушка для этой конструкции имеет диаметр 10 дюймов (25 см) и состоит из 26 витков эмалированного провода 26AWG6 (диаметр 0.4mm).
Простой способ намотать катушку — вбить кольцо из гвоздей нужного диаметра в кусок фанеры и намотать провод вокруг гвоздей. Затем вытащить несколько гвоздей и снять катушку с приспособления. Перед снятием катушки убедитесь, что оба конца имеют свободные концы (хвостики) длиной не менее 2–3 дюймов (5–8 см). Также проложите несколько коротких кусочков изоленты под проводом, между гвоздями, и плотно обмотайте их, чтобы они оставались собранными в пучок после снятия катушки с приспособления. Лучше всего наложить концы проводов друг на друга и обмотать место наложения куском ленты, как показано на Рис.1.

Этого, по сути, достаточно для намотки монокатушки, а концы проводов можно припаять к отрезку коаксиального кабеля, который питает основную схему.
Однако важным дополнением является экранирование катушки, которое в основном необходимо для защиты приемной части от внешних электрических помех.
Существует довольно много способов экранирования катушек, включая фольгу, проволочную обмотку, металлическую ленту и токопроводящие аэрозольные покрытия. Самый простой метод — обмотать катушку алюминиевой изолентой, которую можно легко найти в местном строительном магазине. Нужна лента, которая является настоящей алюминиевой, а не серебристой тканевой изолентой.

Начните с того, что отрежьте кусок ленты, равный окружности катушки, за вычетом примерно 1/4 дюйма (6-7 мм). Обычно клейкая лента широкая, поэтому отрежьте её вдоль, чтобы получить кусок шириной около 1/2 дюйма (12,5 мм).
Теперь сделайте надрезы примерно через дюйм вдоль обоих краев ленты так, чтобы надрезы составляли примерно 1/3 - 1/2 ширины ленты и были смещены относительно другого края (см. Рис.2).
Снимите защитную пленку и, начиная с одного из концов ленты, оберните ленту вокруг внешней стороны катушки, приклеив катушку в центре ленты (Рис.3).

Когда экран будет полностью обернут вокруг катушки, остановитесь чуть раньше концов ленты, так, чтобы два конца обмотки экрана не соприкасались. Если экран замкнется по всему периметру катушки, это позволит протекать значительным вихревым токам, что серьезно ухудшит характеристики.
Теперь начните загибать выступы вдоль одной стороны ленты, а затем загните выступы на другой стороне так, чтобы они немного перекрывались.
Один конец экрана катушки будет подсоединен к экрану кабеля. Поскольку алюминий очень быстро образует тонкий оксид, пайка к нему непроста, и паяное соединение может быть ненадежным. Вместо этого плотно обмотайте несколько витков луженой проволоки вокруг экрана и припаяйте эту проволоку к экрану кабеля (см. Рис.4).

Последняя сложность при изготовлении катушки — это закрепить ее на чем-то жестком. Это на самом деле большая сложность из-за ограниченного выбора качественных корпусов для катушек. Производители заводских конструкций используют пластиковые корпуса методом вакуумной формовки. Далее катушка помещается в корпус, и добавляется жидкая эпоксидная смола (или другой наполнитель) для ее фиксации и придания жесткости.
Помимо использования пластикового корпуса, заполненного эпоксидной смолой, существуют и другие альтернативы. Одно из самых простых решений — приклеить обмотку катушки к круглому куску фанеры примерно того же диаметра с помощью эпоксидной смолы. Хотя это простое решение, оно не особенно привлекательно или долговечно, и не рекомендуется погружать его в воду. Но для экспериментов этого достаточно.
Другое решение — просто купить катушку PI у производителя детекторов. Некоторые детекторы PI используют сменные катушки, и для них доступны дополнительные катушки. Другие модели имеют жестко закрепленные катушки, но сменная катушка все равно должна быть доступна.

После завершения сборки катушки припаяйте провода к отрезку коаксиального кабеля, при этом экран катушки должен быть подключен к экрану кабеля. Убедитесь, что кабель надежно закреплен на катушке, при этом нет никакой нагрузки на паяные соединения. Не используйте металлические фитинги при сборке катушки, так как они снизят чувствительность детектора. Используйте пластиковые и нейлоновые фитинги.

Назад