Wykrywacz Metali z Balansem Indukcyjnym --- Tesoro Golden Sabre Light TGSL ---

Tesoro Golden Sabre Light "TGSL"

🕘 17 Październik 2021



Tesoro Golden Sabre Light TLSL. Celem tego posta jest zebranie części materiału z niezwykle popularnych wątków „Tesoro Golden Sabre Light TLSL” na forach, z nadzieją, że zachęci to innych do poznania tego projektu i spowoduje pewność siebie, która może doprowadzić do jego sukcesu. Chociaż wielu z powodzeniem ukończyło ten projekt, nie jest on polecany jako projekt dla „początkujących”. Zakłada on podstawowe doświadczenie z elektroniką, w tym identyfikację komponentów, dobre umiejętności lutowania i dostęp do odpowiedniego sprzętu testowego. Chociaż dostrojenie TGSL odbywa się za pomocą samego multimetru, rozwiązywanie problemów może być niezwykle trudne bez oscyloskopu. Celem tego posta nie jest omówienie wszystkich wariantów TGS ale jedynie jednej z najpopularniejszych. Dzięki temu czytelnik może nauczyć się i lepiej zrozumieć jak działa, jak go skonfigurować, dostroić, rozwiązywać problemy i ekstrapolować różnice w niektórych innych wariantach. Nie przyjmuję odpowiedzialności za to, co tu udokumentowano, poza tym, że podjąłem próbę skonsolidowania informacji od wielu członków, którzy się do tego przyczynili. Twierdzę jedynie, że informacje zamieszczone tutaj są dokładne i poprawne. Pełne szczegóły dotyczące tego projektu, w tym schemat, układ PCB, rozmieszczenie komponentów, wykonanie cewek i spis części, zostaną tutaj dodane.

Schemat

Schemat można podzielić na około 12 bloków funkcjonalnych:



Blok 1: Podstawowy oscylator Colpittsa. Wraz z cewką nadawczą podłączoną do J1, dostarcza sygnał Tx o niskiej mocy 14,5 kHz do cewki, układu audio, przetwornika -5 V oraz sygnał do porównania fazy w układzie odbiorczym. Amplituda Tx powinna mieścić się w zakresie 16 V.
Blok 2: CD4024 to licznik binarny, który dostarcza sygnał taktujący do przetwornika -5 V, blok 3. Dostarcza również synchroniczny sygnał audio do sterownika audio, blok układu 13. Sygnał 14,5 kHz z oscylatora jest dzielony przez 32 do około 453 Hz przez CD4024. Ponadto, 3 diody podłączone do pinów 5, 6 i 9, współpracując ze sobą, tworzą bardzo krótki cykl pracy, oszczędzając moc audio.
Blok 3: Zmienia +8 V na -5 V, aby można było go używać jako ujemne źródło napięcia. Ten punkt testowy może nie mieć dokładnie -5 V, ale powinien być stosunkowo blisko.
Blok 4: To jest przedwzmacniacz odbiorczy, U101a. Pamiętaj o wyjściu, pin 7, ponieważ zobaczymy go ponownie! Ponadto kondensator C6 jest bardzo ważny, ponieważ dostraja naszą cewkę odbiorczą. Kondensator C6, połączony równolegle z cewką odbiorczą, dostraja obwód odbiorczy do około 16,12 kHz (poza rezonansem). Jest to wymagane do uzyskania prawidłowych zależności fazowych, aby dysk i balans masy działały prawidłowo.
Blok 5: TR4 i TR5 wraz z kondensatorami C12 i C15 tworzą nasze synchroniczne demodulatory. Zasadniczo „bramkują” one próbkę sygnału odbiorczego przez sygnał synchronizujący fazę z bloku 9 (kanał dyskowy) i bloku 10 (kanał balansu masy). Co więcej, kondensatory C12 i C15 przekształcają nasz próbkowany sygnał w małą wartość prądu stałego, która zmienia się wraz z każdym przesunięciem fazowym sygnału Rx z bloku 4.
Blok 6: U103a i U103b dodatkowo wzmacniają i filtrują nasze sygnały prądu stałego powiązane fazowo. Działa to jak filtr pasmowo-przepustowy o częstotliwości około 11 Hz. Pozwala to na przejście impulsu o niskiej częstotliwości do następnego stopnia, który powinien być zgodny z przybliżoną prędkością przemiatania cewki przechodzącej nad celem. Dlatego prawidłowa prędkość przemiatania cewki jest tak ważna.
Blok 7: Zapewnia większe wzmocnienie, filtrowanie i ograniczanie prądu stałego. Sygnały można tu mierzyć jako napięcie stałe, które będzie się wahać +/- 1 V lub więcej, gdy cele przechodzą przez cewkę. Należy pamiętać, że pin 6 U104 to kanał dyskowy, a pin 6 U105 to kanał GB. Te punkty testowe mogą również dawać ogólne wskazanie na obecność „szumu” elektrycznego w otoczeniu. Wysoki poziom szumu może powodować słabą wydajność TGS! Ogólnie rzecz biorąc, pomiar szumu 5 mV p-p można uznać za bardzo dobry.
Blok 8: Tutaj dzieją się interesujące rzeczy, które nie zawsze są oczywiste dla przeciętnego obserwatora. Piny 2 i 6 są podłączone do napięcia odniesienia, a LM393 porównuje wejścia na pinach 3 i 5. LM393 charakteryzuje się możliwością „pobierania” prądu z przeciwległego LM393, gdy wyjścia są połączone. Ten typ układu scalonego jest powszechnie nazywany konstrukcją z otwartym kolektorem. Aby dioda D12 przestała przewodzić (i ostatecznie zapewnić polaryzację w kierunku przewodzenia dla TR2 w bloku 13), zarówno pin 1, jak i 7 U106 muszą jednocześnie osiągnąć stan wysoki. W praktyce kanał dysku gwałtownie oscyluje, gdy pętla przechodzi nad zmineralizowanym gruntem, podczas gdy kanał zbalansowany do gruntu przyjmuje stan dodatni tylko wtedy, gdy pętla przechodzi przez jakikolwiek rodzaj metalu. Jeśli kanał dysku zgadza się z kanałem zbalansowanym do gruntu w tym samym momencie, mamy detekcję! Napięcie w tym punkcie testowym powinno zmienić się z około 0,036 V do wartości bliskiej 0V wraz ze zmianą potencjometru czułości.
Blok 9: Zapewnia dodatnią korektę fazy względem sygnału odniesienia dla kanału dysku.
Blok 10: Zapewnia negatywną korekcję fazy względem sygnału odniesienia dla kanału zbalansowanego do gruntu.
Blok 11: Układ stabilizatora napięcia +8 V. TP 11 powinien testować przy napięciu 8 V. Dostarcza sygnał polaryzacji prądu stałego do TR2 w bloku 13 po wykryciu celu. Normalnie wynosi on około 6 V i spada do 0 V, gdy cele przechodzą przez cewkę.
Blok 12: Obwód sterownika audio. Ten punkt testowy zmienia napięcie od -5 V do + napięcia akumulatora, gdy cele przechodzą przez cewkę.

Budowa układu

Informacje zawarte w pliku „TGSL Complete Details.pdf” są dokładne i powtarzalne. Można je znaleźć tutaj: http://www.geotech1.com/forums/showthread.php?t=15710 Jeśli zostanie wykonana lub zakupiona dobra płytka PCB i przestrzegana zostanie udokumentowanego doboru komponentów, nie powinno być problemu z odtworzeniem własnego, działającego układu. W momencie pisania tego tekstu, forma kompletnego zestawu może się nieznacznie różnić (bez cewki).



Lista komponentów:





Bardzo pożądane jest posiadanie testera, który może mierzyć pojemność kondensatorów. Chodzi o to, aby w urządzeniu były dwa identyczne kanały wzmocnienia, na nim i na nich wzmocnienie powinno być jak najbardziej identyczne, a w tym celu pożądane jest wychwycenie tych szczegółów, które powtarzają się na każdej kaskadzie wzmocnienia, tak aby miały jak najwięcej parametrów. Odczyty w danej kaskadzie na jednym kanale - te same odczyty na tej samej kaskadzie i na innym kanale). W procesie tworzenia Golden Sabr odkryto dodatkową funkcję, którą lvkonik przecina na Geotech. W momencie ustawienia BG (trymera) na kawałku ferrytu, falujesz ferrytem, obracasz BG. Jest moment - ferryt nie jest widoczny. Jeśli BG pozostanie w tej pozycji, miedź nie będzie widoczna. I okazuje się to bardzo wygodne: dobrze widzę wszystkie złote i srebrne pierścienie, no cóż, nic więcej. Żadnej folii, żadnych korków, żadnych pieszych. Jeśli następnie przekręcisz BG trochę dalej pojawi się miód. Za pierwszym razem ustawiłem go z ferrytu, a następnie ustawiłem BG na maksymalnie dla miedzi (jak w Eldorado). Dlatego przegapiłem tę dodatkową funkcję. A teraz ma sens przenieść BG do panelu i używać go, gdy nie chcesz zbierać chodzika. A jeśli skrzypiało, to to dokładnie jakiś rodzaj pierścienia. No cóż, chcę znaleźć krzyżyk i wyłączyć tryb dyskryminacji.

Budowa i strojenie cewek do Tesoro Golden Sabre Light TLSL

Jak dotąd, wykonanie cewek jest najtrudniejsze i najprawdopodobniej zadecyduje o ogólnej wydajności ukończonego TGSL. Równie ważna jest ostateczna konstrukcja mechaniczna, ponieważ od niej zależy sukces projektu. Nie zniechęcaj się jednak. Przy odrobinie wysiłku i dbałości o szczegóły jest to możliwe! Oczywiście można kupić oryginalną cewkę do Tesoro Golden Sabre, ale to mijałoby się z celem. Poza tym, możemy zbudować taką, która przewyższy oryginał! Poniżej znajdują się specyfikacje najpopularniejszych cewek na forach:

• Średnica: 255 mm x 137 mm (jedna cewka)
• Rozmiar przewodu: 0,25 mm (30 AWG) emaliowany
• Indukcyjność nadajnika: 6,0 mH
• Rezystancja nadajnika: 18-25 omów
• Rezonans nadajnika - około 14,5 kHz
• Indukcyjność odbiornika: 6,5 mH
• Rezystancja odbiornika 18-25 omów
• Rezonans odbiornika z 15 nF - około 16,1 kHz

Niezależnie od dokładnych wymiarów i liczby zwojów, najważniejsze jest, aby mieć odpowiednie indukcyjności, a zerowanie lub fazowanie będzie wyłączone, a prawidłowe ustawienie dostrojenia do gruntu i/lub ustawienia tarczy może być niemożliwe. Przed przystąpieniem do nawijania cewek, musimy mieć możliwość pomiaru lub obliczenia indukcyjności, częstotliwości roboczej lub obu tych parametrów. Najczęściej używane są mierniki indukcyjności, oscyloskopy lub liczniki częstotliwości. Przedstawiona zostanie również alternatywna metoda.



Podstawowy wzór cewki poniżej narysowany przez „Pip3c”


Ile zwojów drutu? W tym wzorze sugeruję 99 zwojów dla nadajnika i 104 zwoje dla odbiornika (przewód emaliowany 30 AWG). Podczas obliczeń indukcyjności cewek różnica zaledwie 5 zwojów zazwyczaj odpowiada różnicy 0,5 mH między dwiema cewkami. W ten sposób udało mi się konsekwentnie budować „dobre” cewki. Ze względu na różnice w drutach i budowie wzorów, liczba zwojów potrzebnych do uzyskania odpowiedniej indukcyjności może się różnić. To tylko sugerowany punkt wyjścia. Jedna z metod nawijania na formie jest przedstawiona poniżej. Zasadniczo polega to na ściśnięciu dwóch drewnianych płyt i wywierceniu otworów na wzór. Następnie w otwory wbijane są drewniane kołki. Pomiędzy dwiema połówkami stosuje się przekładki, aby uzyskać jednolitą grubość (4 mm) – mniej więcej równą grubości 2 amerykańskich monet pięciocentowych. Możesz użyć tylko jednego kawałka drewna i włożyć kołki, ale korzystniejsze jest użycie dwóch stron z kilku powodów.
1. Podczas nawijania cewki na formie jednostronnej trudniej jest nawijać cewki równomiernie, a po naciągnięciu indukcyjności znacznie częściej ulegają one zmianie.
2. Podczas nawijania cewki na formie dwustronnej, zwoje można łatwo dodawać lub usuwać, aby uzyskać odpowiednią indukcyjność przed naciągnięciem.
Po umieszczeniu drutu na formie, warto sprawdzić indukcyjność. Można to zrobić za pomocą miernika indukcyjności. Lub… moją ulubioną metodą jest po prostu przymocowanie cewki do gotowej płytki drukowanej (J1) i zmierzenie częstotliwości działania. Nadajnik powinien pracować z częstotliwością 14,5 kHz. Następnie należy usunąć połowę formy i naciągnąć drut. Ja używam zwykłej nici dentystycznej. Uwaga: Jeśli drut jest ciasno nawinięty na dwustronnym elemencie, po naprężeniu nastąpi bardzo niewielka zmiana indukcyjności. Powinna ona wzrosnąć maksymalnie o 0,1 mH.
Zbuduj cewkę odbiorczą w ten sam sposób, zmieniając jedynie liczbę zwojów. Aby sprawdzić cewkę odbiorczą, możesz również podłączyć ją do gotowego układu, ale podłącz ją do J1 (obwód nadawczy). Ponieważ wynosi ona 6,5 mH, oscylator powinien teraz pracować z częstotliwością 13,95 kHz. Ponownie, to tylko szybka kontrola, która zostanie następnie usunięta!



Ekranowanie cewki

Ekranowanie cewki nie jest opcjonalne. Jest konieczne, aby wyeliminować wpływ pojemności uziemienia, ładunków statycznych oraz pomóc wyeliminować zakłócenia z zewnętrznych źródeł energii elektrycznej. Chodzi o to, aby cewki „widziały” pojemność ekranów, która będzie miała taki sam potencjał jak uziemienie obwodu, a nie uziemienie, skały czy roślinność.
Do wyboru są następujące materiały ekranujące: folia aluminiowa, taśma aluminiowa, miedziana lub ołowiana, taśma ekranująca „Scotch 24” lub metalizowany mylar (folia poliestrowa), żeby wymienić tylko kilka. Zwykła aluminiowa folia kuchenna jest zazwyczaj najłatwiejsza do dostania i sprawdza się doskonale. Preferuję metalizowany mylar, ponieważ ostateczna czułość cewki jest zauważalnie lepsza w przypadku tego materiału. Źródłami przewodzącego mylaru są balony mylarowe, wstążki lub kokardy ze sklepu imprezowego lub odblaskowe koce survivalowe z mylaru ze sklepu kempingowego lub turystycznego. Należy pamiętać, że generalnie tylko JEDNA strona folii mylarowej jest przewodząca i musi stykać się z przewodami potrzebnymi do podłączenia do uziemienia kabla!
Po zakończeniu izolacji można zastosować ekranowanie w następujący sposób:
1. Owiń cienki, odsłonięty przewód na taśmie izolacyjnej, ale zatrzymaj się około 1 cm przed wykonaniem pełnego okręgu. Pozostaw wystarczająco dużo „warkocza”, aby przylutować go do uziemienia kabla.
2. Owiń spiralną warstwę aluminium lub folii mylarowej wokół cewki, upewniając się, że strona przewodząca (jeśli używasz folii mylarowej) styka się z odsłoniętym przewodem. Ponownie, upewnij się, że nie zatoczysz pełnego okręgu!



Okablowanie i uziemienie cewek

Istnieje kilka opcji okablowania cewek. Poniżej przedstawiam dwie metody, które dobrze się sprawdzają. Podczas testowania pierwszych kilku cewek byłem rozczarowany wydajnością TGSL na mokrym podłożu. Dolny obrazek przedstawia moją preferowaną metodę uziemienia cewek, która zapewnia lepszą wydajność na mokrej trawie. Opcjonalnie można użyć kabla Belden-M (8723).



Zerowanie cewek w Tesoro Golden Sabre Light TLSL

Wydaje się, że zerowanie cewek budzi więcej kontrowersji niż jakikolwiek inny aspekt tego projektu. Zasadniczo jest to proces nakładania się dwóch cewek tak, aby znajdowały się w stanie „równowagi indukcyjnej”, a cewka odbiorcza (Rx) będzie pod minimalnym wpływem zmiennego pola magnetycznego cewki nadawczej (Tx). Dzieje się tak, ponieważ część cewki odbiorczej (Rx) znajduje się „wewnątrz” cewki nadawczej (Tx), a część „na zewnątrz” lub część będzie w dowolnym momencie doświadczać dodatniego strumienia magnetycznego, a część ujemnego. Może się to wydawać trywialne, ale widziałem wielu początkujących konstruktorów, którzy całkowicie nie rozumieją tej koncepcji.

Podstawowe zerowanie

Aby zerować cewki, należy je ułożyć na stole warsztatowym, z dala od jakichkolwiek metalowych przedmiotów.



Należy użyć końcowego kabla USB-2 do obwodu, a przewody powinny być jak najkrótsze. Najlepiej, aby były one umieszczone wewnątrz obudowy cewek, a dolna cewka zabezpieczona. Włącz zasilanie TGSL i wyreguluj nakładanie się cewek, monitorując jednocześnie pin 7 U101a za pomocą multimetru cyfrowego (DVM) w ustawieniu AC. Celem jest znalezienie ostrego zera napięcia między pinem 7 U101a a masą płytki PCB. Powinno być możliwe obniżenie sygnału do około 4 mV, ale rzeczywisty odczyt może zależeć od odpowiedzi częstotliwościowej użytego multimetru cyfrowego. Po znalezieniu najgłębszego zera podczas ustawiania nałożenia się cewek, należy zabezpieczyć cewki mechanicznie i sprawdzić ustawienie balansu gruntu. Do tego celu potrzebny będzie mały element ferrytowy wydobyty ze starego radia lub ewentualnie toroidu. Weryfikacja prawidłowego działania obwodu byłaby bardzo trudna bez elementu ferrytowego! Zacznij od przełączenia TGSL na tryb all metal i ustaw potencjometr GB całkowicie w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Zacznij przesuwać ferrytowy ślimak nad cewką i powoli przesuwaj potencjometr GB zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aż ferrytowy ślimak zostanie odrzucony lub dźwięk zacznie się załamywać. Zbytnie przesunięcie może spowodować odrzucenie srebra w trybie DISC! Będzie to dobry punkt wyjścia do odrzucenia sygnału powrotnego związanego z masą. Możliwe problemy: Jeśli ferryt nie może zostać odrzucony lub zaakceptowany (w trybie all metal) w okolicach ustawienia średniego zakresu potencjometru GB (lub może tylko nieznacznie w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara od ustawienia średniego zakresu), prawdopodobnie cewki nie są zerowane lub różnica częstotliwości rezonansowej między obwodami Tx i Rx jest nieprawidłowa (fazowanie jest nieprawidłowe).

Zaawansowane Metody Zerowania z wykorzystaniem oscyloskopu dwukanałowego

1. Podłącz kanał „A” oscyloskopu do pinu 5 złącza U103. - Ustaw oscyloskop na tryb DC.
2. Ustaw potencjometr GB w pozycji środkowej.
3. Rozpocznij od odsunięcia cewek i zacznij nakładać je na siebie.
4. Kontynuuj zwiększanie nakładania, aż sygnał stały na pinie U103 i pinie 5 osiągnie 0 V. Sprawdź relację fazową między złączem J1-1 (sygnał Tx) a złączem U101 (sygnał Rx). Jeśli częstotliwości rezonansowe są prawidłowe, sygnał Rx będzie teraz opóźniony w stosunku do sygnału Tx o około 20° (ścieżki złącza J1-1 i złącza U101 na pinie 7).
Uwaga: Sygnał Rx może nie być minimalny, ale powinien być bardzo bliski wartości zerowej osiągniętej w sekcji „Podstawowe zerowanie” powyżej.

Na forach określa się to mianem „fazy zerowej” i odpowiada ona impulsowi próbkowania z sygnału Tx (bramka TR5) wyśrodkowanego w punkcie przejścia przez zero sygnału Rx pochodzącego z pinu 7 U101.
Idea polega na tym, że przy tym ustawieniu wpływ idealnego ferrytu na sygnał Rx będzie minimalny – czyli niewielka zmiana amplitudy sygnału spowodowana przez składową „X” ferrytu nie będzie miała żadnego wpływu. Dzieje się tak, ponieważ każda zmiana dodatnich i ujemnych szczytów fali sinusoidalnej byłaby równa i przeciwna, a wypadkowa różnica przechodząca przez U103a wynosiłaby 0. Jednak próbka ferrytu prawdopodobnie nie jest idealna, podobnie jak masa, więc nadal musimy nieznacznie wyregulować trymer GB, aby odrzucić ferryt i masę. Przynajmniej ta procedura może pomóc uzyskać maksymalny zakres regulacji potencjometru GB.



Pobieranie plików:
• PCB
• Rozmieszczenie komponentów
• Rozmieszczenie komponentów PCB
• Schemat ideowy
• Wykonanie cewki dla TGSL
• Układ PCB Sprint

😎 Bonus 🎥 extra ⬇️