VLF-Metallsuchgerät das höheren Ansprüchen genügt

                    Buebchens VLF-metal detector

17.05.2015

Ich habe die Leiterplatte eines Metallsuchgerätes geroutet, mit der Eisen, Nichteisen und Edelmetalle unterschieden werden können.

Die Unterscheidung erfolgt über die Tonhöhe.

Solch Gerät ist auch gebraucht nicht unter 1000,- Euro zu bekommen.

Die Technik ist nicht mehr die neueste aber zuverlässig.

Viele Sondengänger berichten das Sie nach der Einarbeitung mit diesen Geräten bessere Erfolge als mit den sehr teuren, neuen Geräten mit Mikroprozessorsteuerung haben.

Ein ausgiebiges Kennenlernen ist zum Erfolg auf jeden Fall nötig. Die Einstellmöglichkeiten des Gerätes müssen beherrscht werden!

Dabei hängt die Qualität aber hauptsächlich von dem Aufbau der Suchspule und dem Abgleich des Gerätes ab. Der beschränkt sich bei diesem Gerät auf den Frequenzabgleich der Tx-Spule mit Kondensatoren und dem Abgleich auf maximale Ausgangsspannung der Rx Spule ebenfalls durch parallelschalten von Kondensatoren.

 Dabei ist eventuell ein alter Luftdrehkondensator nützlich um das Spannungs-Maximum zu finden. Da die Frequenz im NF-bereich liegt, kann der Abgleich mit einem Oszilloskop oder einem Drehspulvoltmeter erfolgen. Dazu stelle ich eine kleine Hilfsschaltung bereit.

Die Anpassung auf Bodenbeschaffenheit und zu Ortendem Metall erfolgt über 6 (7- R37) Potentiometer von Aussen.

Sämtliche Unterlagen werde ich hier nach und nach veröffentlichen.

Schaltung mit Bezeichnungen und Bauelementeliste

VLF-metal detector schematic

VLF-metal detector schematic download

MetDetSch
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MetDetSch.bmp
Bitmap Grafik 783.3 KB

Auf der Leiterplatte mit den Abmessungen 70mm x 90mm sind noch einige unbezeichnete Kondensatorn einzusetzen. Dafür sind 100nF X7R Mehrschichtkondensatoren mit 5mm Rastermass zu nehmen.

Hierzu gehört noch eine zweite Leiterplatte mit der Stromversorgung und dem NF-Kopfhörerverstärker.

 

Zur Versorgung nehme ich einen 6V oder 7,2 V Ackupack aus 5 oder 6 NiMh Zellen.

Es ist aber auch ein Lipo Akku mit 6V verwendbar, wenn ein Ladegerät dafür zur Verfügung steht.

Der Akkupack wird extra angeschlossen und nicht im Gerät eingebaut um das mit der Hand zu tragende Gewicht klein zu halten.

Das Layout der Schaltung ist für die Funktion und Suchtiefe entscheidend!

Es sind auf ihr Schaltungsteile mit Schirmring versehen und der Aufbau der Versorgungsleitungen extra niederohmig realisiert.

Die Spannungsversorgung erfolgt über eine dreiadrige Verbindungsleitung von der Zusatzleiterplatte.

Bestückte Leiterplatte

Stromversorgungs und Verstärker Leiterplatte

Auf der Leiterplatte in der Grösse 70mm x 30mm wird eine negative Spannung von -5V mit einem MC34063A Inverter und +5V mit einem Low Drop Regler LM2940-5 erzeugt. Deshalb reichen 6 V für den Betrieb aus.

Ein üblicher 7,2 V Akkupack ist aber auch ohne Probleme verwendbar.

Höher sollte die Spannung aber nicht werden, wegen der dann grösser werdenden Verluste.

Weiterhin befindet sich der Kopfhörerverstärker darauf.

Auf dem Teil der Leiterplatte ist eine kleine Änderung vorzunehmen. Vom Kollektor T2 nach R4 und R5 muß die Verbindung unterbrochen werden. Die dann nötigen  Verbindungen können aber leicht mit den Widerstandsbeinchen von R3 und R4 vorgenommen werden.

Um größte Suchtiefe zu erreichen ist die Stromversorgungs und Verstärkerleiterplatte mit den Batterien oder Akkus abgesetzt von der Hauptleiterplatte am Körper zu tragen. Damit benötigt man nur ein sehr kleines und leichtes Gehäuse das am Haltestab der Suchspule befestigt wird. Zur Verbindung mit der Stromversorgungs und Verstärker Leiterplatte wird ein mindestens 4 adriges flexibles Kabel verwendet.

Suchspulenherstellung

Tiefgezogenes Spulengehäuse

08.08.2016

 

Von Dipl. Ing. Wolfgang Schüler erhielt ich mehrere der hier drüber abgebildeten Spulengehäuse zum Einbau von doppel-D-Spulen für das auf dieser Seite vorgestellte Metallsuchgerät.

Das Wickeln auf eine Zylindrische Aufnahme erforderte die Anfertig der unten zu sehenden Aufnahme aus PVC.

In das Spulengehäuse werden zwei dieser D-Spulen eingelegt, die auf einen Zylinder gewickelt nach der Fertigstellung und der Isolierung mit Klebefolie zum D geformt werden. Vor dem Einlegen und Vergießen sind sie abzuschirmen, mit den Anschlußleitungen zu verbinden und bei 6,5KHz auf Resonanz zu bringen.

Ausserdem sind Befestigungsmöglichkeiten für den Haltestab aus nichtmetallischem und nichtleitendem Material anzubringen.

Ich werde dazu einen mit Perlonschrauben befestigten Hartgewebe oder Glasgewebescharnierblock verwenden.

Wickelvorrichtung für die Doppel-D-Spulen

Fertige Wicklung mit  0,38mm CuLL nach dem abbinden mit 0,2mm Angelsehne.

Fertig gewickelte und abgebundene Spule vor dem ummanteln mit Klebefolie zum Isolieren der noch aufzubringenden Schirmwicklung.

Gewickelte Spule Probeweise in das Gehäuse eingelegt

Weiterbehandlung der Doppel-D-Einzelspule nach dem Wickeln

 

Nach dem Wickeln der Spule und dem Abbinden mit Angelsehne eine Isolierwicklung und darauf eine Schirmwicklung aus Alufolie aufbringen. Diese Schimwicklung darf sich am Anfang und Ende aber nicht leitfähig überlappen!

 

Dazu die Anschlussdrähte genügend Lang (15cm) in der Mitte des geraden Teiles des Spulengehäuses  herausführen.

Die Spule sehr vorsichtig mit Klebefolie umwickeln und in Form bringen, so das sie ins Gehäuse eingelegt werden kann. Anschliessend einen möglichst verzinnten Draht um das Wickel winden, so das die Windungen einen Abstand von ungefähr 3-4 cm haben.

Dabei, wenn der gerade Teil der Spule auf den Betrachter zeigt links anfangen.

Den Anfang mit Klebefolie festlegen.

Jetzt über Spule und zusätzlicher Drahtwicklung wieder links beginnend überlappend Aluminiumfolienstreifen wickeln.

 

Deshalb über die ersten 6-8 cm der Alufolienwicklung zwei Lagen Klebefolie zur Isolation wickeln.

Die Alufolie muss über die Länge von 6-8 cm vollständig bedeckt sein!

Die Alufolie weiter wickeln bis die Spule volkommen damit bewickelt ist..

Das Ende der Alufolienwicklung muss auf dem mit Klebefolie Isolierten Teil enden und darf nicht mit dem Anfang der Alufolienwicklung Kontakt bekommen.

Diese Alufolienwicklung dient zur Abschirmung, damit man keine Rundfunksender und andere Störer empfängt, die die Funktion stören würden. Den Verzinnten Draht ebenfalls rund 15 cm lang herausschauen lassen damit die Spulenabschirmung auch angeschlossen werden kann.

 Perlonschrauben zum befestigen der Haltestange verwenden. Haltestange aus Glasgeweberohr oder Kohlefaserrohr mit  Scharnierteilen aus Hartgewebe die mit eingegossen werden.

Die Form kann auch aus Gips hergestellt werden der anschliessend unter Zuhilfenahme einer Heissluftpistole mit Stearin getränkt wird.

Die Fomen so konstruieren das sie nach oben wo das Harz eingefüllt wird weiter werden.

Die Spulenenden und Abschirmungsanschlüsse auf ein Stück Leiterplattenmaterial führen auf denen Lötpads herausgekratzt oder geätzt wurden. Die Unterseite zum befestigen mit Löchern versehen und mit eingiessen.

Spulenwert: Im Moment 1,35mH bei 6,2 Ohm.

Das ist nicht ausreichend! Ich werde die Windungszahl auf 100 erhöhen und dann sehen ob ich auf einen brauchbaren Induktivitätswert komme.

Bei  100 Wdg habe ich eine Induktivität von 7,4mH bei einem Ohmschen Widerstand von 16 Ohm gemessen. Das ergibt einen 81nF Kondensator. Damit werde ich Versuche mit dem Generator machen. Die Bilder der Schwingungen werde ich fotografieren und hierher stellen.

Inzwischen habe ich eine dritte Wicklung mit 60 Windungen angefertigt und alle drei Wicklungen in Reihe geschaltet. Damit habe ich eine Induktivität von 27,7mH bei einem Widerstand von 32 Ohm. Die Berechnung der Güte ergab 35 und die nötige Kapazität 21,64nF.

Mit dieser Spule und der in der Schaltung angegebenen Bauelementediemensionierung ist eine stabile Schwingung bei einer Versorgungsspannung von +-5V zu erreichen. Die Schwingfrequenz werde ich noch messen und auf genau 6,5KHz abgleichen.

Nach dem ausmessen der Schwingfreqenz die mit 5,7 KHz etwas zu niedrig lag habe ich die Schwingkreiskapazität auf 14,2nF verringert. Damit habe ich eine Schwingfrequenz von 6,54 KHz. Also etwas über dem gewünschten Wert. Das ist optimal für einen späteren Maximumabgleich der gesamten Schaltung durch parallelschalten von Kondensatoren auf der Leiterplatte.

 

Beide D-Spulen probeweise ins Gehäuse eingelegt

Bild zum vergrößern anklicken!

Die drei Teilspulen mit jeweils 67 Windungen müssen noch miteinander verbunden werden und die dann komplette zweite Spule mit den Kondensatoren auf Resonanz gebracht werden. Gut zu sehen ist die nötige Überlappung beider D-Spulen.

Abgleich der Spulen

Update 07.09.2016

 

Die Spulen über jeweils 1,5m langes abgeschirmtes Mikrofonkabel mit der Leiterplatte verbinden. Spannung anschliessen und die Tx Spule durch verändern von Kondensatoren die direkt zur Spule parallel geschaltet werden  auf einer Frequenz zwischen 6 und 7 KHz (6,5 KHz Optimal) zum schwingen bringen. Bei den 27,7mH der 300mm Testspule sind das 14,2nF mit Kondensatoren hoher Güte. Zum Beispiel Polystyrol oder MKT Kondensatoren.

Die Berechnung ist mit einem im Internet zu findenden Tool einfach möglich und erleichtert den Abgleich. Das Messen der Spuleninduktivität und des Ohmschen Widerstandes ist nötig.

Die Rx Spule auf der gleichen Frequenz mit Parallelgeschalteten Kondensatoren  in Resonanz bringen. Vorheriges ausmessen der Spulen und Berechnen der nötigen Parallelkapazität, erleichtert das Erreichen eines optimalen Abgleichs sehr. Der Abgleich erfordert eventuell ein Sortiment von Kondensatoren. Mit Kondensator C2 und C2+ auf der Leiterplatte die Amplitude auf Maximum bringen. Je sorgfältiger dieser Abgleich erfolgt um so empfindlicher ist das Gerät! Durch die Güte der Spulen von ungefähr 35 sind Kondensatoren mit mindestens 63V Spannungsfestigkeit zu verwenden.

Mit einem Oszilloskop dabei überprüfen bis die maximale Spannung an Pin 1 des CD4066 beim Abgleich erreicht ist. Der Schaltkreis sollte noch nicht eingesteckt sein.

Damit ist der Vorabgleich erledigt. Die Leiterplatte in ein Gehäuse einbauen und die Bedienpotis anschliessen. Spannungsversorgung und Kopfhörerverstärker anschliessen, dann können schon Experimente mit verschiedenen Metallen die auf einem Holztisch unter die Suchspule geschoben werden gemacht werden.

Die Bedeutung der Bedienpotentiometer steht in der Schaltung.

Wird noch ergänzt!

Hier drunter nicht mehr weiter verfolgter Spulenansatz, da die Wickelei zu Zeitaufwendig ist

CNC-gefräste Spulenaufnahme

Datei zum ausdrucken und selber fertigen

SpuleWolfgang.gif
Grafik Interchange Format 64.6 KB

Wickelschema der Spulen

Alternative Spulenform die bei stärkerem Draht gute Erfolge Liefert

Alternative Spulenform, die zur Erreichung einer hohen Spulengüte stärkeren Draht erfordert. Sie ist aber schneller und einfacher aufzubauen.

Die sogenannte Omegaspule wird mit einer Induktivität von 25-30mH aus 0,4mm dickem Kupferlakkdraht gewickelt (ungefähr 300 Wdg). Die Spulen können dabei auf Kreisförmig in eine Holzplatte eingeschlagene Nägel ohne Köpfe gewickelt werden. Nach dem Wickeln wird die Primärspule wie auf der Abbildung zu sehen ist in Form gebracht Die Sekundärspule sollte die gleiche Induktivität wie die Primärspule haben, das erfordert daher mehr Windungen die aber aus dünnerem Draht bestehen können.  Für die Sekundärspule reicht 0,2 mm starker Draht.

Nach dem die Primärspule in Form gebracht ist wird sie mit Isolierfolie umwickelt. Darauf kommt zur Kontaktierung der Aluschirmwicklung  einige Windungen über den Ganzen Spulenumfang verteilt, verzinnter Kupferdraht. Gleichfalls beides auf die Sekundärspule. Anschliessend sind die Spulen mit Alufolie zu umwickeln. Eine Kurzschlußwindung darf dabei weder bei dem Kontaktdraht noch bei der Alufolie entstehen. Deshalb ist der Anfang der Alufolienwicklung einige cm mit Isolierfolie zu Umwickeln den das Ende der Aluschirmwicklung nur wenige cm überlappt ohne den Anfang der Aluschirmwicklung zu berühren.

Die Größenverhältnisse des Spulenpaares sind einzuhalten.

Ich werde einen Versuch machen die Wicklung auf dem Wickelkörper der 300mm Spule zu wickeln und dann über Nägel in Omega-Form bringen. Die Spule ist dann zwar beträchtlich kleiner aber zum gezielten Suchen als Pinpointer zu gebrauchen.