![](https://habrastorage.org/webt/db/pj/sd/dbpjsdvfehhdz8lin4fs_suelsw.jpeg)
Привет, Хабр! Что объединяет радиоприёмник, датчик охранной сигнализации, металлоискатель и музыкальный инструмент терменвокс? Прежде всего то, что все эти устройства реагируют на электрические и магнитные поля. А ещё многие из них имеют в своём принципе действия нечто общее.
Сегодня мы изучим историю и принцип работы металлоискателей, — индуктивных и ёмкостных датчиков, узнаем, что такое гетеродин, а также соберём и испытаем простой опытный экземпляр.
Началась эта история очень давно. В 1918 году изобретатель частотной модуляции в радиосвязи (благодаря которой мы можем слушать высококачественные стереопередачи на ультракоротких волнах), Эдвин Армстронг и Вальтер Шоттки, изобретатель одноимённого диода с малым прямым падением напряжения…
![](https://habrastorage.org/webt/iy/cy/_e/iycy_e9izx_wroug73vejflnc9i.jpeg)
На самом деле, Вальтер Герман Шоттки полупроводникового диода не изобретал, зато разработал инновационную теорию о физических процессах в кристаллах, в частности, вакансиях атомов, предсказавшую эффект Шоттки, используемый в этих самых диодах. А ещё изобрёл вакуумный тетрод, — электронную лампу с экранирующей сеткой, позволившую значительно снизить проходную ёмкость, и повысить внутреннее сопротивление. И коэффициент усиления, а точнее, крутизну характеристики.
А Эдвин Говард Армстронг сделал для мира радиосвязи очень много. Например, регенеративные и сверхрегенеративные приёмники с положительной обратной связью, позволявшие получить прекрасную чувствительность при малом количестве ламп, то есть, низкой цене и высокой доступности. Но надо отметить, что эти радиоприёмники капризны в настройке, а при неверной настройке могут излучать в эфир помехи, мешая окружающим радиослушателям. Что было особенно актуально в эпоху гигантских винтажных антенн, своим размером компенсировавших несовершенство электронной аппаратуры.
![](https://habrastorage.org/webt/pl/1g/l3/pl1gl3_zihy72ecvjwdpysu5yoo.jpeg)
Ещё частотная модуляция впоследствии оказалась жизненно необходима для записи цифровой информации на магнитные носители. Так что без Армстронга не было бы и «винчестеров», они же накопители на жёстких дисках. Как и на гибких, если вы помните, что такое дисковод.
![](https://habrastorage.org/webt/ma/nq/mp/manqmpmetgsaznn6i-1icksqjjw.jpeg)
Что такое QSL-карта, вы точно не помните. В противном случае — напишите комментарий. Радиолокаторами Армстронг занимался тоже, в том числе участвовал в проекте «Диана», положившем начало радиолокационной астрономии. Сигналы радара посылались в направлении Луны, и принимались как специалистами проекта, так и радиолюбителями.
![](https://habrastorage.org/webt/x1/2b/jf/x12bjfwpamaorhldytfuzm980q0.jpeg)
Хотя это всё официальные версии. Для чего на самом деле были нужны огромные антенны HAARP и подобных проектов, у разных людей разные мнения. Можете поделиться своими.
▍ Супергетеродин
![](https://habrastorage.org/webt/ap/du/4f/apdu4frmewv3sjogaxmkgqwqnd0.jpeg)
Так вот, в 1917-18 годах начальник полутора киловаттной радиостанции Эйфелевой башни Люсьен Леви (на фото слева) подал два патента на супергетеродинный радиоприёмник, который в 1918 году построил на базе идей Леви работавший тогда под его началом Эдвин Армстронг. Независимо от них, в 1918 супергетеродин изобрёл и Вальтер Шоттки, работавший в немецкой компании Siemens & Halske.
![](https://habrastorage.org/webt/nr/-c/vs/nr-cvsaqc4yjqq0xbzapcm3sers.jpeg)
Супергетеродином называется радиоприёмник, в котором, кроме принимающего колебательного контура, имеется перестраиваемый синхронно с последним генератор — гетеродин. Смешение его сигнала с усиленным сигналом радиочастоты приводит к появлению двух сигналов.
Частота первого является суммой двух частот и не используется, фильтры её подавляют. Зато второй сигнал, частота которого является разностью частот входного сигнала и гетеродина, проходит через фильтр промежуточной частоты, и далее на детектор и усилитель звуковой частоты.
![](https://habrastorage.org/webt/pm/3e/o7/pm3eo7uusm0ztuxsi-2gi-na2ma.png)
Такая система позволяет значительно повысить чувствительность и избирательность радиоприёмника, так как тракт промежуточной частоты не требуется перестраивать, и его можно реализовать очень прецизионно. Например, с использованием кварцевых или керамических резонаторов.
![](https://habrastorage.org/webt/w2/sj/6p/w2sj6plnjpauzu-6fycouxusfbs.jpeg)
Сам принцип гетеродина открыт ещё раньше. В 1901 году канадец Реджинальд Обри Фессенден изобрёл и использовал гетеродин, разность частоты которого с частотой принимаемого сигнала лежала в звуковом диапазоне. Это позволяло принимать немодулированный телеграфный сигнал, представлявший собой просто синусоиду несущей частоты.
А уж сам факт биений с разностной частотой при сложении двух колебаний известен ещё с древности. История его открытия теряется далеко в веках. Биения помогают настраивать музыкальные инструменты. Например, гитары и другие струнные щипковые настраивают по биениям между открытой струной и соседней, прижатой на определённом ладу, а также по флажолетам над определёнными ладами.
Причём настройщики фортепиано и других гармоник придерживаются не пифагорейских чистых квинт и чистых октав, то есть, не настраивают струны и другие генераторы тона до прекращения биений, а отсчитывают определённое число биений в секунду. Так добиваются нужного строя.
Например, современной равномерной темперации, позволяющей легко транспонировать и модулировать музыкальные фрагменты и произведения из тональности в тональность. Или хорошей темперации, которую любил Иоганн Себастьян Бах, и не любил равномерную. Или чего-то другого, исторического либо экспериментального.
А самые точные на сегодня тюнеры, — приборы для настройки музыкальных инструментов, — используют стробоскопический эффект, либо его визуализацию на экране. Этот эффект тоже относится к числу явлений биений разностной частоты при сложении двух колебаний, даже если речь идёт о механических колебаниях струны и оптической модуляции яркости света.
▍ Терменвокс
В 1919-20 годах Лев Сергеевич Термен, будущий начальник и по совместительству заключённый той самой «шарашки», в которую попал Александр Солженицын, по мотивам чего впоследствии написал «В круге первом», изобрёл музыкальный инструмент этерофон, более известный как терменвокс. Он стал первым в мире ЭМИ — электронным музыкальным инструментом.
![](https://habrastorage.org/webt/pf/a_/6c/pfa_6cl61y0yuzz-orstuwumjka.jpeg)
Напишите в комментариях, что на данном фото свидетельствует об использовании секретного атмосферного электричества. Это сейчас модно.
Как можно было изобрести музыкальный инструмент в лаборатории, где разрабатывались ёмкостные датчики для научных и охранных целей? — Почти просто. Ведь терменвокс и является ёмкостным датчиком. Вот только для того, чтобы увидеть и услышать в датчике инструмент, нужно любить музыку и быть музыкантом. А Термен, выпускник Петербургской консерватории по классу виолончели, музыку очень любил.
![](https://habrastorage.org/webt/ce/h-/gj/ceh-gjbig4f-zeko_ek3ae7webq.jpeg)
Терменвокс в классическом виде представляет собой два электронных генератора, колебательный контур одного из которых подключён к антенне. Поднося к ней руку, можно изменять частоту колебаний, и, таким образом, получается музыкальный тон разностной частоты, детектируемый и усиливаемый звуковоспроизводящей аппаратурой. То есть, терменвокс — это супергетеродин.
Вторая антенна работает таким же образом, и служит для управления громкостью звука, позволяя делать виртуозные амплитудные вибрато, они же тремоло. Терминологические холивары о том, что называть вибрато, а что тремоло, среди музыкантов весьма популярны, хотя и не настолько, насколько дискуссии о том, кто из звёздных музыкантов не умеет играть на своём инструменте. Зато гораздо популярнее споров, на тему, какая темперация лучше. Последние — удел избранных.
Что до терменвоксов, то большинство их моделей вообще не предоставляют музыканту фиксированного звуковысотного ряда. Высота ноты целиком зависит от исполнителя. И только немногие терменвоксы реализуют квантование частоты, проще говоря, автотюн.
![](https://habrastorage.org/webt/6e/a6/h-/6ea6h-1ggdyr6ff3qzlqsj_rutw.jpeg)
На сегодня самым успешным серийным производителем терменвоксов является компания Роберта Моуга — пионера и непревзойдённого изобретателя аналоговых синтезаторов.
![](https://habrastorage.org/webt/ws/ky/kg/wskykgvh0zqeheqgf1hb3fazpfe.jpeg)
На фото он с Кларой Рокмор, ведущей мировой исполнительницей на терменвоксе.
![](https://habrastorage.org/webt/9x/nn/z-/9xnnz-ebjysqeam0yixdynrdsjk.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/xd/on/bu/xdonbuomk3ki7nl6tznuqfnt47a.jpeg)
На самом деле это Боб Моуг играет на терменвоксе. Хотя предки Льва Сергеевича Пьер Этьен и Франсуа Клод Термен были известными ювелирами, и с амальгамой работали. Их работы хранятся в Лувре, Эрмитаже и Оружейной палате. Например, этот скипетр Георгия XII.
![](https://habrastorage.org/webt/r8/vr/jy/r8vrjyafmupkvac9pg9radve4s4.jpeg)
▍ Металлоискатель
А если внешнее воздействие приложено не к ёмкости колебательного контура через антенну, а к его индуктивности, получается, соответственно, не ёмкостный, а индуктивный датчик, то есть металлоискатель. С помощью которого можно найти сокровища наподобие скипетра, либо просто металлолом. Что тоже интересно.
Свист в наушниках металлоискателя — это и есть биения, образуемые расстройкой контура с катушкой датчика относительно эталонного. А расстройку через изменение индуктивности вызывает находящийся вблизи катушки металлический предмет.
Один из самых простейших вариантов металлоискателя мы сейчас соберём. Как обычно, из набора с Алиэкспресс.
![](https://habrastorage.org/webt/88/pj/tu/88pjtuizigx_fmdwucfbui_uvwu.jpeg)
Приятно держать в руках катушки индуктивности, изготовленные методом печатного монтажа. Это не только ощущение прикосновения к современным технологиям, но и стабильность параметров благодаря жёсткости конструкции. Стабильность повторяемая, так как печатные платы изготавливаются серийно с высокой точностью.
На фото два конденсатора плёночные, а мне досталась более дешёвая версия набора, где все конденсаторы, кроме оксидного, он же электролит, керамические дисковые «флажки». Немного обидно, но не смертельно. Работать будет.
▍ Изучаем схему
![](https://habrastorage.org/webt/qj/hc/ru/qjhcrub_fnplfalr9zbbho5ubfa.jpeg)
На схеме мы видим не два, а всего лишь один LC генератор на транзисторе Q1. Параллельный колебательный контур образован индуктивностью L1 и ёмкостью С3. L2 — катушка обратной связи, C2 — её развязка по постоянному току. R1 — резистор смещения, задающий режим Q1, а С1 — фильтр питания.
Секрет схемы состоит в подстроечном резисторе W. Его сопротивление задаёт коэффициент усиления каскада на Q1, и установить движок этого подстроечника при настройке прибора следует так, чтобы генерация находилась на краю срыва.
На транзисторах Q2 и Q3 собран детектор. Когда генератор работает, и амплитуда колебаний в контуре L1C3 превышает 0.6 вольта (это порог открытия кремниевого транзистора Q2, он же напряжение прямого смещения эмиттерного перехода), Q2 открывается отрицательной полуволной и разряжает конденсатор C4. При этом Q3 закрыт, и зуммер не звучит.
Когда колебательный контур испытывает отток энергии на какой-либо металлический предмет, мощности вынужденных колебаний в контуре перестаёт хватать для функционирования обратной связи. Генерация срывается, Q3 закрывается, C4 заряжается, открывается Q3. Появляется питание зуммера, и он пищит, сигнализируя о присутствии обнаруженного металла.
![](https://habrastorage.org/webt/-q/h2/_b/-qh2_bcssvukxxiid3ef-ev7ugu.jpeg)
Отметим, что это самозвучащий зуммер, устроенный подобно автомобильному звуковому сигналу. Принцип действия предельно прост. Электромагнит притягивает мембрану, которая разрывает цепь электромагнита. Ток в катушке прерывается, исчезает магнитное поле. Мембрана возвращается назад, снова касается контакта. Замыкается цепь, и всё повторяется заново.
▍ Сборка и испытание
Как работает этот игрушечный металлоискатель, а также состав набора и процесс сборки, можно посмотреть на видео.
Прибор, то пронзительно и противно орёт, то модулированно пищит, подобно пению птиц. Что высоко оценили все мои кошки, которых у меня много. При каждом эксперименте с металлоискателями они собирались вокруг, как будто происходит что-то величественное и очень интересное. Даже лазерная указка и кошачьи игрушки проигрывают по привлекательности для пушистых разбойников этому забавному устройству.
Металлоискатель действительно реагировал на все имеющиеся в моём распоряжении металлы, ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики, включая ртуть.
▍ Выводы
В очередной раз, набор удалось собрать без проблем, и устройство сразу заработало. Потому надо продолжать покупать и собирать радиоконструкторы. Потому что травить и сверлить платы всегда будет некогда.
Расскажите в комментариях о своём опыте постройки и применения металлоискателей, а также электронных музыкальных инструментов и радиоприёмников. Лично я в 1990-х годах построила примерно десяток приёмников, в том числе супергетеродинов и ламповых, и переделала несколько телевизоров, путём замены лампового ПТК на полупроводниковый селектор, что придавало аппарату удобство настройки и добавляло дециметровый диапазон. А электронная музыка и гитарные эффекты — моё сегодняшнее хобби.
И коль скоро речь зашла о металлоискателях, давайте не забывать, что поиски различных предметов на разных территориях регламентируются законами, а также могут привлечь нежелательное внимание лиц, эти законы нарушающих. Будем подходить к хобби честно и ответственно.
Спасибо за внимание! В следующий раз изучим и соберём ещё что-нибудь электронное.
![](https://habrastorage.org/webt/xb/o4/gm/xbo4gmrlicdllfwrmtuypqrlcgg.jpeg)
Комментарии (17)
GennPen
16.06.2022 12:55+122/3 статьи - вода и ни слова про то, какие типы бывают металлоискателей.
Lunathecat Автор
16.06.2022 18:04+2Типов металлоискателей всего 3.
1 - Георадар.
2 - Rutus Alter 71.
3 - Весь остальной хлам.
(Шутка).
korean_pilot
16.06.2022 12:56+5Боюсь показаться занудой, но фамилию упомянутого в статье Bob Moog, принято писать по-русски, как «Муг»:
Роберт Артур Муг (Моуг; англ. Robert A. Moog, Bob Moog /ˈmoʊɡ/; 23 мая 1934 — 21 августа 2005) — американский изобретатель, предприниматель, пионер электронной музыки, известен как создатель синтезатора Муга.
Остаётся только добавить, что на создание легендарной линейки терменвоксов Боба Моуга вдохновил, не менее легендарный Леон Теремин (Leon Theremin) ;-)Lunathecat Автор
16.06.2022 18:02+2Лично Моуг очень не любил, когда его фамилию произносили или писали как Муг. Это исторический факт.
hw_store
16.06.2022 22:06+1Ньютон наверное тоже не одобрил бы, что ударение ставят на второй слог, но в бытовом русском языке прижился именно этот вариант.
....Впрочем, Эйнштейну русская транскрипция его фамилии тоже могла не понравиться..
Javian
16.06.2022 13:44Хоть бы кварц добавили.
casuss
16.06.2022 14:22+2.. и Ардуинку.. и нейросетку для определения хим.состава металла/сплава..
Так, для идей на будущее ))
Javian
16.06.2022 14:33+3И без Ардуино работает. Схема не фонтан, но лучше китайской поделки.
А так я неожиданно обнаружил, что телефонный магнитометр может чувствовать арматуру в стене.
P.S. книги со схемами металлоискателей, например, Адаменко М.В. Металлоискатели. 2006г
developer7
16.06.2022 16:12+3В детстве сильно увлекался электроникой. Придумывал свои схемы. Также разработал свой металлоискатель. Принцип работы был прост. Генератор с катушкой — диаметром 10 см. С генератор сигнал шёл через кварц 455кГц (понятно почему такой — массово доступный, использовался для ПЧ во всех приёмниках). Перед использованием крутилкой подстраивал частоту генератора под частоту кварца. Как известно на своей частоте кварц имеет максимальное сопротивление. Ну и после кварца сигнал на усилитель, выпрямитель и триггер пищалку. Схема получилась предельно простая и компактная. На дискретных элементах меньше спич-коробка. А чувствительность такая — монетка 15-20см. Люк канализационный ~1м. Крутилкой (переменный резистор) можно было добиться чувствительности что срабатывал на магнитное поле земли. В приведённом топике с чувствительностью беда.
И да. Вместо монет-кладов во дворах 99% это были пробки от пива )
Upd. Сверху привели схему с похожим принципом. Современные чувствительные металлоискатели основаны на принципе — подачи переодических магнитных импульсов с промежуточным снятием остаточного намагниченного поля. Что то похожее на локацию.
hw_store
16.06.2022 22:03+1Сейчас наверное QSL-карточки виртуальные, по email шлют.... (((
Stanislavvv
17.06.2022 10:59http://arrl.org/logbook-of-the-world
Не совсем QSL, но всё ж подтверждение связи.
BiW
17.06.2022 09:26+4Так много текста и унылых попыток шутить только для того, чтобы в конце собрать радиоконструктор-пинпоинтер с Алика? Печально.
Sleuthhound
17.06.2022 14:32+1@Lunathecat , а будьте добры, не ради рекламы, скиньте ссылку где покупали данный набор. Можно в ПМ. Заранее спасибо.
Jury_78
Да.... Лев Термен, если почитать его биографию, личность неоднозначная...