III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ – СРЕДСТВО ЗАЩИТЫ
Силин Г.А.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Проблема.

Проблема в том, что если бы не было металлоискателей, жить было бы гораздо опаснее. Наша страна было бы усеяна минами и неразорвавшимися снарядами с Гражданской и Великой отечественной войны. Походы за грибами стали бы смертельно опасны. Без рамочных металлодетекторов террористы смогли бы запросто взрывать самолеты, концертные залы, стадионы, метро.

Актуальность.

Использование металлоискателей актуально в основном для обеспечения безопасности. Их используют для обезвреживания мин и неразорвавшихся снарядов в современных локальных конфликтах. Рамочные металлоискатели используются в аэропортах и других местах общественного скопления для обеспечения безопасности и предотвращения терактов. Однако безопасность не единственная сфера применения металлоискателей. Их используют для поиска остатков Великой отечественной войны и других археологических раскопок. Рамочные металлоискатели также используются для предотвращения краж с заводов.

Цель работы

Сконструировать металлодетектор и усовершенствовать его для исследования местности, расширив глубину поиска.

Задачи:

  • получение базовых знаний в области истории создания металлодетекторов;

  • формирование навыков практической работы по созданию металлодетекторов

  • разработка схемы металлодетектора и его сборка

  • проведение испытаний и усовершенствование схемы

Обзор литературы

В данной работе использованы материалы книги «Металлоискатели» автора М. В. Адаменко. Книга предназначена для радиолюбителей, интересующихся вопросами поиска различных металлических предметов с помощью специального оборудования, к которому, в первую очередь относятся металлоискатели. В соответствующих разделах приведены принципиальные схемы и рисунки печатных плат как простых, так и более сложных конструкций. Даны рекомендации по самостоятельному изготовлению и настройке металлоискателей, а также советы по их практическому применению.

История создания металлоискателей.

В древних Китайских документах были найдены свидетельства того, что металлодетекторы использовались за двести с лишнем лет до нашей эры, то есть ранее 200 года до н.э. У Китайского императора имелась специальная арка в дверном проёме, работающая как детектор металла и предназначенная для защиты от потенциальных ассасинов. Императорские умельцы создали каркас этой арки из магнитного минерала - магнетита, по-видимому форма каркаса напоминала подковообразный магнит. Используя нагрев и ковку магнетита кувалдами, удалось создать устройство, способное притягивать металл. Из-за нагревания и разковки металла молекулы выстраиваются по направлению магнитного поля Земли.1

Если кто-то попытается скрытно пронести какой-либо металлический предмет типа холодного оружия, например, меч или кинжал, то эти предметы притянутся аркой и нарушителя быстро задержат.

В 1890 году был проведён ряд исследований по поиску сульфидов (это соединения металлов с серой) используя их свойства электрической проводимости. Здесь применялся телеграфный приёмник, включённый последовательно с батареей питания и проволочной щёткой. Один контакт цепи был заземлён, а другим контактом являлась проволочная щётка, которую тащили по поверхности земли. Цепь замыкалась тогда, когда щётка касалась сульфидов, что индицировалось щелчком в приёмнике.

Другим перспективным методом был метод индуктивного баланса, применение которого позволяет обнаружить наличие золота так же легко, как и наличие сульфидов или других полезных ископаемых. Главная проблема при реализации этого метода заключается в получении необходимой глубины обнаружения объектов.2

Металлоискатель для исследования местности.

Принципиальная схема.

Сконструированный металлоискатель относится к классу BFO. Вот его принципиальная схема.

В книги М.В. Адаменко принцип его работы описывается так: «В конструкции прибора использованы два простых LC-генератора, выполненные на транзисторах Т1 и Т3. Рабочая частота этих генераторов определяется параметрами контуров, включенных в коллекторные цепи соответствующих транзисторов. Контур первого генератора, который является опорным, образован конденсатором С1 емкостью 330 пФ и катушкой L1. В контуре второго, измерительного, генератора используются конденсатор переменной емкости С7 с максимальной емкостью 300 пФ и поисковая катушка L2. Выходы генераторов через резисторы R1, R5 и конденсатор С4 подключены к базе транзистора Т2, который усиливает сигнал частоты биений. С коллектора транзистора Т2 усиленный сигнал подается на головные телефоны BF1. Уровень громкости этого сигнала регулируется с помощью переменного резистора R6. Поскольку рабочие частоты генераторов находятся в диапазоне средних волн, их сигналы в телефонах не слышны. Когда удается добиться точной настройки каждого генератора на одну и ту же частоту, звуковой сигнал в телефонах также будет отсутствовать. Если же с помощью конденсатора С7 настроить измерительный генератор на почти ту же частоту, что и опорный генератор, то в телефонах будет слышен сигнал частоты биений. При отсутствии в зоне действия поисковой катушки L2 металлических предметов рабочая частота измерительного генератора остается неизменной, поэтому неизменной будет и частота биений. В этом режиме возможные девиации частот могут быть обусловлены лишь нестабильной работой обоих генераторов. При появлении в зоне действия поисковой катушки L2 металлического предмета резонансная частота контура L2 С7 изменится. В результатеизменятся рабочая частота измерительного генератора и, как следствие, частота сигнала биений. Именно эти изменения служат источником информацииобобнаружении металлического предмета. Питание простого транзисторного металлоискателя осуществляется от источника В1 напряжением 9 В» [1: гл.2]

Подбор деталей.

При сборке любого радиотехнического устройства сперва нужно подобрать детали. Легче всего найти резисторы и конденсаторы, потому что они не делятся на конкретные модели. Их можно выпаять из любых сломанных плат. Сложнее с транзисторами. Конденсатор переменной емкости на 300 пф я достал из старого радиоприемника. Патенцометр на 1 МОМ с трудом был найден в радиотехническом кружке, который посещаю. Сложнее всего пришлось с катушками индуктивности, их пришлось делать самому. Катушка L1 намотана медным проводом диаметром 0,1-0,2 мм на ферритовый сердечник диаметром 8 мм и содержит 100 витков. Инструкция для изготовления катушки L2 такова: «Для изготовления поисковой катушки L2 потребуется вырезать круг диаметром 200 мм из фанеры или другого материала (гетинакса, текстолита) толщиной 1,5-2,5 мм. Круг следует разбить на секторы с углом 40° и в этих местах сделать прорези к центру на расстояние 50 мм от края. В прорези надо продеть медный провод диаметром 0,2-0,3 мм и виток к витку намотать 30 витков».

Большинство деталей располагается на печатной плате размерами 100х50 мм изготовленной из одностороннего фольгированного гетинакса. Питание осуществляется от батарейки «кроны» (Приложение).

Сборка прототипа.

Для начала была вырезана из фольгированного гетинакса пластина 120х70 мм (с запасом). Потом просверлены в ней отверстия. Сверлить надо с омедненной стороны. Далее лаком для ногтей были намечены дорожки между отверстиями. Затем плата погружена в раствор хлорида железа III. Медь не покрытая лаком прореагировала с раствором. Потом лак был снят и дорожки залужены. Далее впаяны детали, расположенные непосредственно на печатной плате. Затем были подсоединены детали, расположенные не на печатной плате, батарейка, и начаты испытания.

Испытания.

Для испытаний были использованы несколько металлических предметов общей массой 1-1,5 кг. При действии на них катушки на различной высоте до 1 метра, ничего не было обнаружено. Настройка прибора была произведена той же катушкой, изменяя емкость конденсатора С7.

Ничего не было обнаружено. Прибор необходимо улучшить.

Улучшение.

Замена транзисторов КС507 на советские КТ315.

Повторные испытания.

При проведении повторных испытаний удалось получить сигнал от металлоискателя. Он был назван Г1

Сравнение.

Составим сравнительную таблицу с металлоискателем Bounty Hunter Junior.

Исходя из данных таблицы, можно сделать вывод, что задача достигнута.

Устройство С1 незначительно уступает заводскому, но это не критично.

 

С1

Bounty Hunter Junior

Размер катушки

15 см

16,5 см

Тип катушки

концентрическая

концентрическая

Количество режимов поиска

1

1

Предельная чувствительность

До 1 м

До 1 м

Система идентификации целей

звуковая

звуковая

Индикация заряда батареи

нет

есть

Питание

Батарейка «крона»

Две «кроны»

Современные модели металлодетекторов способны выполнять такие полезные функции, как обнаружение металла, определение, к какой группе он относится, определение размера находки, глубины её залегания, точного местоположения, отсеивание минералов грунта и металлического мусора. Тем не менее, и сегодня возможности металлоискателей ограничены: ни один даже самый лучший прибор не сможет найти монету на глубине свыше 70 см, показать химический состав находки, показать её контур на экране. В будущем металлоискатели наверняка будут наделены подобными функциями.

Заключение

Устройство Г– 1 было сконструировано и усовершенствовано для исследования местности под строительство дома недалеко от деревни по берегам Тверцы - Козино. Линия обороны, образованная соединениями Калининского фронта, проходила по берегам Волги. При испытании учитывались особенности местности, т.е. состав почвы (любые частицы породы, в том числе: глина, соль, черный песок, обожжённый кирпич, керамика, ржавчина и прочие окислы). Во время проведения испытания были обнаружены гильзы от снарядов и пуль.

Список литературы:
  1. М. В. Адаменко. М. В. Адаменко. Металлоискатели. М. 2006.

  2. zpostbox.ru/istoriya_metallodetektorov.html

  3. https://referat.tech/ostalnye-referaty/work/307674

Приложение

1 zpostbox.ru/istoriya_metallodetektorov.html

2 zpostbox.ru/istoriya_metallodetektorov.html