Альтернативные датчики для металлоискателей Кощей-20М/25К

Часть 8. Датчики Minelab X-Terra для Кощея-20М/25К

Наконец у нас дошли руки проверить на совместимость с нашими металлоискателями датчик Minelab X-Terra. В описании линейки этих металлоискателей заявлена некая непонятная "цифровая технология VFLEX". В общем-то ни для кого не секрет, что компания Minelab частенько злоупотребляет маркетинговыми откровениями, когда простые и полезные технические решения называются уж слишком заумно. Не оказалась исключением и данная "технология". Энтузиасты уже достаточно давно провели успешный реверсинжиниринг этих датчиков. Например, вот здесь. Вкратце эту технологию можно описать так: X-Terra это обычные VLF приборы с цифровой обработкой сигнала. По приемной стороне в датчик встроен буферный усилитель. Это, в частности, позволило применить для связи датчика с прибором не традиционный экранированный кабель, а кабель из витых пар. В передающей цепи используется последовательный резонанс. Контурный конденсатор расположен в датчике. Как ни странно, это малогабаритный керамический SMD конденсатор. Также в датчике расположен микроконтроллер, который сообщает в электронный блок параметры датчика, а также служит для опознавания "свой-чужой" не позволяя блоку работать с датчиками сторонних производителей.

Итак, для испытаний нами был приобретен подержанный 9" моно датчик на 7.5кГц. Под "моно" Minelab понимает кольцевые датчики (чтобы отличать их от DD датчиков). Штатно датчики X-Terra имеют 6-ми контактный разъем miniXLR. У наших же приборов разъем 5-ти контактный. Поэтому для подключения потребуется либо спаять переходник, либо заменить разъем на датчике. Схема подключения показана ниже.

Несколько пояснений к этой схеме. Прежде всего нам нужно подать в датчик питание 3.3В для буферного усилителя. Для этого мы задействуем 5-й контакт разъема. Дело в том, что в "гарретовской" распайке, которую мы применили в своих приборах, этот контакт используется для подключения "земли". Однако у нас также заземлен и 2-й контакт. Поэтому 5-й контакт можно освободить для других целей. Для того чтобы подать питание на этот контакт в Кощее-25К необходимо выполнить следующие манипуляции(см. фото ниже) на плате электронного блока: 1-перерезать дорожку, 2-запаять перемычку.

В Кощее-20М разъем датчика подпаян к плате проводами, поэтому нужную коммутацию тоже нужно выполнить проводами. Напряжение +3.3В можно взять с контакта стабилизатора (см. фото).

Следующий момент, который следует учесть, это согласование датчика по входу. Дело в том, что встроенный в датчик X-Terra буферный усилитель имеет достаточно большое усиление. По сути это входной усилитель, конструктивно вынесенный в датчик. Т.к. наши приборы Кощей-20 и Кощей-25 имеют собственный входной усилитель внутри блока, то сквозное усиление тракта с таким датчиком окажется чрезмерно большим (тракт будет легко входить в насыщение). Для приведения сквозного усиления в норму служит резистор R, показанный на схеме. Другой элемент согласования - это конденсатор C (керамический с ТКЕ не хуже X7R или малогабаритный пленочный). Он служит для развязки по постоянному току, т.к. на выходе встроенного в датчик усилителя присутствует потенциал +1.65В.

Цепи ТХ соединяем напрямую. Цепь обмена информации с датчиком оставляем незадействованной (оранжевый провод, 6-й контакт). Опознаватель "свой-чужой" устроен так, что не позволяет блокам X-Terra работать с датчиками сторонних производителей. У нас же задача прямо противоположная :-)

Теперь датчик готов к подключению к нашим приборам. Правда перед описанием испытаний хотелось бы обратить внимание на один важный нюанс. Многие из рассмотренных нами ранее датчиков имели подключение экрана к 5-му контакту разъема. Мы же для подключения датчика X-Terra вывели на этот контакт в блоке питание +3.3В. По большому счету эта цепь тоже вполне годится для экранирования, т.к. импеданс между + и - питания прибора стремится к нулю. Но возможно в некоторых датчиках цепи 2 и 5 контакта соединены внутри датчика. В этом случае у нас возникнет короткое замыкание по постоянному току. Поэтому если вы планируете использовать и датчики от X-Terra, и другие датчики, то эти "другие" датчики следует прозвонить тестером на предмет замыкания между 2-м и 5-м контактом. Если вдруг окажется, что эти цепи в датчике замкнуты, то тогда следует на разъема датчика отпаять провод от 5-го контакта и подпаять его к 2 контакту.

Теперь перейдем к испытаниям. Датчик заявлен на рабочую частоту 7.5кГц. И контурный конденсатор (0.1мкФ) у него находится внутри датчика. А контурный конденсатор (~0.125мкФ) наших металлоискателей находится внутри электронного блока и эти два конденсатора оказываются включенными последовательно. Расчеты показывают, что резонанс контура при этом сместится к частоте около 10кГц. Проверим возможность работы датчика на этой частоте. Резонанс действительно получился на частоте 10.1кГц. Выставим ток контура 30мА(А=40). Примерно такой ток штатно используется в X-Terra. Проводим балансировку и фазовую калибровку ферритом (см. наши предыдущие статьи). Получаем а=62, ф=97.1гр, Ф=27.3гр. Из первой цифры видно, что на этой частоте датчик имеет существенный разбаланс, хотя электронная с ним и справляется. Проверяем дальность обнаружения с помощью монеты 5 копеек СССР, получаем около 30см, что вполне неплохо. Однако интересно проверить работу и на "родной" для датчика частоте 7.5кГц. Для этого нам придется закоротить контурный конденсатор внутри электронного блока. У Кощея-25К это конденсатор К71-7 с позиционным обозначением С9. Подключаем и настраиваем в резонанс. Для начала выставляем ток контура все те же 30мА(А=30).Проводим балансировку и фазовую калибровку ферритом. Получаем а=5, ф=112.6гр, Ф=53.6гр. Видим, что теперь разбаланс стал меньше на порядок. Кстати, такое значение (а=5) соответствует амплитуде разбаланса на входе блока примерно в 7мВ. Проверяем дальность обнаружения, получаем все те же 30см, что и было ожидаемо. Теперь попробуем закачать максимально возможный ток в датчик. Получаем 83мА при А=99. Разбаланс соответственно тоже увеличивается втрое: а=15. Проверяем дальность, получаем ожидаемые 35-36см.

Добавлено 27.01.2015 : По случаю был испытан и DD датчик 10.5" для X-Terra. Разбаланс у него получился меньше (а=11). Глубина ожидаемо больше: 40-41см для 5коп.

Выводы

Проведенные испытания в очередной раз подтвердили универсальность наших металлодетекторов. К ним вполне можно подключать и датчики со встроенными буферными усилителями. Наличие такого усилителя позволяет уменьшить ложные отклики, связанные с механическими деформациями кабеля. Правда, из-за зимней поры, именно для датчика X-Terra мы пока смогли проверить этот факт только в лабораторных условиях - при изгибах кабеля откликов действительно меньше чем у соизмеримого "классического" датчика.

Продолжение следует...