Профессия сапера — одна из самых почетных и ответственных в армии. Во время Великой Отечественной войны наши отважные саперы спасли жизнь тысячам советских солдат, обезвредив хитроумные минные ловушки врага.
Закончилась война, бывшие солдаты занялись мирным трудом, но для саперов война не кончилась. На полях героических сражений остались миллионы невзорвавшихся мин и снарядов. Замаскированные склады боеприпасов, брошенные отступавшим врагом, таили в себе смертельную опасность. Тогда на помощь военным саперам пришли добровольцы-осоавиахимовцы.
Советское правительство в феврале 1944 года дало Осоавиахиму (так тогда называли ДОСААФ) трудное и ответственное задание — произвести сплошное разминирование и сбор боеприпасов во всех освобожденных от врага районах. Нужно было очистить от мин колхозные пашни, луга и леса, дать возможность спокойно трудиться и отдыхать жителям районов, освобожденных от немецко-фашистских оккупантов. На Осоавиахим была возложена сложнейшая задача по разминированию прибрежных районов Черного и Азовского морей, Краснодарского края, Ростовской области, Крыма, Украинской ССР и Белорусской ССР.
Осоавиахимовцы приняли участие в разминировании общественных и жилых зданий, электростанций, заводских корпусов, дорог и мостов.
Только за 1944–1946 годы командами Общества было обезврежено и уничтожено 76 миллионов противотанковых и противопехотных мин, артиллерийских снарядов и авиабомб. В одной Смоленской области было найдено и взорвано столько мин и авиабомб, что для их перевозки потребовалось бы 3000 железнодорожных вагонов.
В подвале Киевского государственного университета было обнаружено около 1000 артиллерийских снарядов крупного калибра. Фашисты, отступая, хотели уничтожить исторический памятник и важнейший культурный центр Украины. Отважные советские минеры ликвидировали этот опасный очаг разрушения в центре столицы Украины.
Таких примеров тысячи.
Даже в наше время изредка находят старые, но все еще таящие в себе грозную силу невзорвавшиеся мины и снаряды.
Только отличное знание способов и средств обезвреживания самых разнообразных взрывоопасных устройств позволяет нашим саперам без потерь ликвидировать смертельно опасные язвы войны. Действительно, как говорят сами минеры, они могут ошибиться только один раз. Достаточно одного неверного движения, малейшей ошибки при разминировании, и тогда не миновать беды…
Может быть, кто-то из вас тоже будет минером, а пока… пока мы предлагаем вам игру «Найди „мину“». В этой игре все настоящее, кроме мин. Вернее, есть и «мины», только они не взрываются.
Для игры нужны миноискатели и «мины». Миноискатели вы должны изготовить сами, а «миной» может служить при поиске на открытой местности массивный (2–3 кг) кусок металла — чугуна или стали. Можно использовать, например, секцию отопительной батареи, старый утюг, кусок водопроводной трубы, колосниковую решетку и т. п.
Игру можно проводить и в помещении. В этом случае потребуется более простой миноискатель, чем при поиске на местности. «Миной» может служить тонкая пластина из металла (кусок кровельного железа, жесть от консервных банок и т. п.). В обоих случаях необходимо только, чтобы металл был ферромагнитным, то есть чтобы он притягивался обычным постоянным магнитом.
Как видите, «мина» достаточно проста. Изготовить же миноискатель несколько сложнее. Здесь нужны некоторые знания основ радиотехники и умение собирать несложные электронные устройства.
Для того чтобы минер мог обнаружить мину, он должен не только уметь пользоваться миноискателем, но и знать, как он устроен.
Большинство настоящих миноискателей представляют собой генераторы электрических колебаний (хочется напомнить вам, что такими же генераторами являются различные передатчики радио- и телевизионных станций, гетеродины приемников, генераторы для изучения азбуки Морзе и др.). Если генератор электрических колебаний выполнить так, чтобы при приближении к нему какого-либо металлического предмета он переставал работать или изменялась тональность звучания (частота колебаний), мы получили бы миноискатель.
Обычно мины и снаряды имеют металлический корпус, поэтому миноискатель представляет собой скорее металлоискатель. Не беда, если мы, разыскивая «мины», найдем посторонние металлические предметы. Зато уж «мину» не пропустим.
Как же изготовить электрический генератор таким, чтобы он чувствовал приближение металлических предметов?
Есть несколько способов конструирования подобных генераторов. Мы познакомим вас с наиболее простым и легко выполнимым.
Для наших целей наиболее подходящим является так называемый LC-генератор. Это такой генератор, в котором частота колебаний определяется индуктивностью катушки L контура и емкостью конденсатора С этого же контура. Свое название генератор и получил от этих элементов. Емкость конденсатора контура нашего генератора трудно выполнить такой, чтобы на величину ее влияли окружающие металлические предметы, а вот катушка индуктивности чрезвычайно чувствительна к подобного рода предметам.
Вы, наверное, видели в кино, как производят поиск мин.
Сапер как бы «ощупывает» землю длинной штангой с утолщением или диском на конце. При этом он прислушивается к сигналам в наушниках. Так вот, на конце штанги в утолщении и находится катушка индуктивности генератора. При приближении к металлическому корпусу мины, которая может быть зарыта в земле, меняется индуктивность контура генератора. Это вызывает изменение тона звука генератора и настораживает сапера. Наибольшие изменения звука происходят, когда катушка миноискателя находится ближе всего к мине. Таков вкратце принцип действия миноискателя.
Несложные миноискатели можно изготовить самостоятельно или в школьном кружке. Мы расскажем о двух самодельных конструкциях миноискателей.
Простой миноискатель
Собрать простейший электрический генератор можно из электрического звонка. Сам звонок для миноискателя использовать нельзя, но если взять детали, из которых он собран, и добавить к ним один транзистор, конденсатор, наушники батарейку для карманного фонаря, то можно сделать простейший миноискатель для игры «Найди „мину“» в закрытом помещении.
Принципиальная схема миноискателя изображена на рисунке 1.
Рис. 1. Принципиальная схема простого миноискателя.
Это простейший LC-генератор на одном транзисторе. Тр1 — это трансформатор, находящийся в звонке. T1 — транзистор, в качестве которого может быть использован любой полупроводниковый триод с коэффициентом усиления больше 15. Тлф — головные телефоны (наушники ТОН-2), желательно высокоомные, с сопротивлением обмотки 1600 ом. Однако можно использовать и наушники с сопротивлением обмотки 60 ом каждый. Такие низкоомные и высокоомные головные телефоны выпускает наша промышленность.
Генератор миноискателя собирают в корпусе от звонка. Трансформатор звонка Тр1 следует разобрать и удалить ярмо (перемычку, замыкающую Ш-образный сердечник). Это необходимо для того, чтобы генератор, имея сердечник трансформатора незамкнутым, был чувствителен к приближению посторонних ферромагнитных предметов. Когда такой сердечник приближается к предмету из ферромагнитного материала, меняется индуктивность трансформатора, а следовательно, и частота колебаний генератора (рис. 2).
Рис. 2. Трансформатор без ярма.
На этом свойстве и основано действие простейшего миноискателя.
На рисунке 3 показаны детали генератора миноискателя в собранном виде.
Рис. 3. Миноискатель в собранном виде.
Все соединения между деталями генератора производят короткими отрезками монтажного провода, концы которых в местах соединения обязательно пропаивают оловянным припоем.
В закрытом помещении «мину» прячут под отставшие от стены обои, накрывают ковром, линолеумом или бумагой.
Глубоко прятать ее нельзя — в стенах и полу зданий могут находиться достаточно большие металлические предметы (гвозди, костыли, скобы или арматура железобетона), которые будут мешать поиску.
«Дальнобойность» нашего миноискателя не превышает 2–3 см. Все, что спрятано глубже, обнаружить им невозможно.
Корпус звонка, в котором собран миноискатель, укрепляют на деревянной или металлической ручке длиной 80—100 см и включают наушники (рис. 4).
Рис. 4. Внешний вид простого миноискателя.
После этого приступают к налаживанию всего устройства.
Прежде всего следует проверить правильность соединений. Очень часто ошибка в монтаже может привести к тому, что миноискатель не будет работать или при включении батареи питания транзистор будет испорчен. Только убедившись, что все детали соединены точно по схеме, можно подключать батарею питания. Если нет ошибок в монтаже и все детали исправны, в наушниках должен быть слышен ровный звуковой сигнал (гудение или писк). Но этого может и не быть. Тогда следует поменять местами концы обмотки II трансформатора Тр1. Желаемую высоту тона подбирают изменением емкости конденсатора C1. Иногда емкость конденсатора приходится увеличивать или уменьшать в несколько раз.
Добившись устойчивой работы генератора, нижнюю часть корпуса, где находятся выступы сердечника трансформатора, приближают к металлической пластине. Тон звучания будет резко изменяться. Чем ближе будет находиться металлическая пластина к выступам сердечника, тем сильнее изменится тональность звучания.
Убедившись в исправной работе генератора миноискателя, нижнюю часть его корпуса закрывают тонкой пластиной из гетинакса, текстолита или плотного картона и приступают к отысканию «мин», замаскированных в помещении.
Если у вас нет звонка, который можно переделать в простейший миноискатель, для этой цели подойдет небольшой трансформатор. Очень удобно использовать выходной трансформатор от сетевого лампового радиоприемника. Трансформатор следует аккуратно разобрать, удалить все прямоугольные пластины, оставив только Ш-образные, и затем снова собрать. Вторичную обмотку, выполненную толстым проводом и содержащую 80-120 (иногда больше) витков, используют в качестве коллекторной обмотки (обмотки I на рисунке 1). Обмотка с большим числом витков из тонкого провода в миноискателе будет обмоткой II.
Корпусом для такого миноискателя может служить жестяная банка из-под леденцов, футляр от реле типа МКУ-48 или любой другой, подходящий по размерам.
Настоящий миноискатель
Во время войны большую часть мин скрытно устанавливают на дорогах, минируют целые поля, лесные и горные тропы. Поэтому мины нужно уметь находить не только в зданиях, но и на открытой местности.
Миноискатель для поиска «мин» в нашей игре на открытой местности должен быть более чувствительным. С его помощью мы должны обнаруживать «мины», спрятанные в земле на глубине до 10–15 см. Такой миноискатель содержит уже не один, а два генератора электрических колебаний и смеситель. Генераторы и смеситель собирают также на транзисторах.
В простом миноискателе генератор создавал электрические колебания низкой (звуковой) частоты. В миноискателе с двумя генераторами лучше использовать более высокие частоты, раз в 10—100 выше, чем в простом миноискателе. Приближение металлического предмета (мины) к высокочастотному генератору вызывает большие изменения частоты, чем в случае низкочастотного генератора. Миноискатель становится более чувствительным. Но у высоких частот есть большой недостаток — мы не можем их услышать.
Для того чтобы можно было обнаружить на слух изменения частоты высокочастотного генератора при приближении его к металлической мине, необходим второй такой же генератор. Изменение частоты первого генератора мы сможем услышать благодаря биениям, возникающим в смесителе, если на него подать напряжения высокой частоты, получаемые от первого и второго генераторов. Отсюда становится понятным и назначение смесителя.
Чтобы понять, что такое биения, вспомните, как настраивают струнные музыкальные инструменты. Настройщик пианино или рояля пользуется камертоном — прибором, издающим звук строго определенного и постоянного тона. Заставив звучать камертон (первый генератор звука), настройщик нажимает клавишу, соответствующую определенной ноте, струна инструмента колеблется, издавая звук (работает второй генератор). Если звуки, получаемые от камертона и струны, совпадают по тону, то есть они одинаковы по частоте, настройщик четко улавливает своим ухом (смесителем) резкое уменьшение силы и частоты звука. Происходит это оттого, что при сложении двух колебаний с одинаковой частотой суммарные колебания получаются очень высокой или очень низкой частоты. Кроме того, в результате получаются колебания с утроенной, учетверенной и т. д. частотами. Эти колебания невелики, и мы их слышим очень слабо.
Настройщик ориентируется по разности частот. Разность равна нулю, если частоты совпадают. Такое явление, происходящее, кстати говоря, с любыми (электрическими, механическими, звуковыми и другими) колебаниями, и получило название нулевых биений.
Если частоты колебаний струны и камертона неодинаковы, настройщик слышит разность колебаний струны и камертона. Натягивая или ослабляя струну, он добивается совпадения частот камертона и струны, то есть получает нулевые биения между собственными частотами камертона и струны. Если складывать в смесителе электрические колебания, то наблюдается та же картина. При равенстве частот генераторов получается разностная частота, равная нулю. При работе генераторов на различных частотах в результате получается частота, равная разности частот двух генераторов.
В нашем миноискателе первый электронный генератор работает на частоте 465 000 гц (465 кгц). Это означает, что в нагрузке генератора мы получаем колебания электрического тока с частотой 465 тысяч раз в минуту. Если такие колебания подать непосредственно в наушники, то мы ничего не услышим: человек не может слышать звуки с частотой более 15 000—20 000 колебаний в секунду (15–20 кгц). Второй генератор миноискателя работает с частотой 470 кгц. Если колебания первого и второго генераторов сложить в смесителе, то на выходе смесителя мы получим разностную частоту:
470 кгц — 465 кгц = 5 кгц.
Вот эти колебания уже можно подавать в наушники. Звук с частотой 5 кгц мы хорошо слышим.
Посмотрите на рисунок 5.
Рис. 5. Блок-схема настоящего миноискателя.
На нем показано, как соединяются генераторы и смеситель. Если катушку контура второго генератора (№ 2) приблизить к «мине», индуктивность контура (как и в простом миноискателе) изменится, а следовательно, и частота генератора будет иной, и разностная частота сразу же будет заметна на слух. Чем ближе будет находиться катушка второго генератора к «мине», тем сильнее изменится тон звука в наушниках. Может даже наступить такой момент, когда звук будет настолько низким, что мы перестанем его слышать. Это случится, когда катушка второго генератора приблизится вплотную к «мине» и разность частот генераторов станет совсем незначительной, то есть когда мы обнаружим место, где спрятана «мина».
Принципиальная схема одного из вариантов миноискателя изображена на рисунке 6.
Рис. 6. Принципиальная схема настоящего миноискателя.
Первый генератор, частота колебаний которого постоянна и равна примерно 465 кгц, собран на транзисторе Т1. Схема такого генератора получила название емкостной трехточки, потому что все три электрода транзистора подключены к конденсаторам, с помощью которых становится возможной работа генератора. Частота генерируемых колебаний напряжения определяется величинами элементов контура L1C2С3С4. Резисторы R1, R2 и R3 служат для создания устойчивой работы транзистора Т1. С помощью этих резисторов на электроды транзистора подаются необходимые напряжения питания, что позволяет получить определенный режим работы транзистора. Кроме этого, указанные резисторы создают такие условия работы транзистора, что генератор может работать при значительных колебаниях окружающей температуры. А это очень важно, так как миноискатели используют и в зимнюю стужу, и в летнюю жару.
Как мы уже говорили, частота колебаний, развиваемых первым генератором, равна 465 кгц. Можно взять элементы контура L1С2 другие, и тогда генератор будет работать на иных частотах. Мы взяли эту частоту исключительно из-за того, что катушки индуктивности для работы в таком контуре можно приобрести в любом радиомагазине или взять из старого радиоприемника.
Напряжение с такой частотой выделяется на резисторе R3 и через конденсатор C6 поступает на смеситель, собранный на транзисторе Т2. Конденсатор С6 необходим для того, чтобы постоянное напряжение от источников питания не попало через резистор R5 на эмиттер транзистора Т1 и не нарушило нормальную работу первого генератора.
Резистор R4 и конденсатор С5 образуют ячейку развязывающего фильтра, предотвращающего влияние одного генератора на другой. Ведь частоты, на которых работают оба генератора, не очень отличаются одна от другой, и, если не будет развязывающего фильтра, оба генератора будут работать точно на одной частоте, и миноискатель будет бездействовать.
Одной ячейки фильтра может оказаться недостаточно, поэтому по другую сторону смесителя установлена еще одна ячейка, состоящая из резистора R7 и конденсатора С7.
Второй генератор собран по такой же схеме, что и первый, с той лишь разницей, что частота настройки его может изменяться в небольших пределах с помощью конденсатора переменной емкости С11. Этим конденсатором можно настроить второй генератор при отсутствии «мины» точно на частоту первого. Благодаря нулевым биениям звук в наушниках в этом случае исчезнет.
Вторым отличием генератора, собранного на транзисторе Т3, является конструктивное оформление катушки индуктивности L2 его резонансного контура. Эта катушка выполнена в виде большой, диаметром 20–35 см, круглой рамки, укрепленной на деревянной штанге.
Переменное напряжение со второго генератора подается на смеситель через конденсатор С10. Резисторы R5 и R6 относятся к смесителю и образуют такой же делитель напряжения питания, как и резисторы R1 и R2 в первом генераторе и R9, R10 во втором. Этот делитель нужен для создания необходимого режима работы транзистора Т2 смесителя. Нагрузкой смесителя служат головные телефоны (наушники) Тлф. Кроме функций смешивания электрических колебаний от двух генераторов, смеситель еще и усиливает суммарные колебания, что делает звук в наушниках более громким и отчетливым.
Катушку L2 при поиске «мин» перемещают вдоль исследуемой поверхности. Как только рядом с катушкой появляется металлическая «мина», близость массивного металлического предмета меняет индуктивность катушки, а следовательно, меняется и частота колебаний, генерируемая вторым генератором. Это изменение частоты мы отчетливо слышим в наушниках при приближении к «мине».
Итак, наш миноискатель работает следующим образом. При включении питания (батарея КБС-Л-0,50 от карманного фонаря или батарея «Крона» от малогабаритного транзисторного приемника) с помощью выключателя Вк1 оба генератора начинают работать. Высокочастотное напряжение с генератора, собранного на транзисторе T1, через конденсатор С6 поступает на базу смесителя (транзистор Т2). На базу этого же транзистора через конденсатор С10 поступают и высокочастотные колебания от генератора, собранного на транзисторе Т3. В нагрузке смесителя-усилителя образуются и сумма и разность и много других комбинационных частот в результате сложения двух высокочастотных колебаний. Нас интересует только разность этих колебаний, которую мы сможем услышать в наушниках.
Уменьшение или увеличение разностной частоты произойдет тогда, когда катушка индуктивности резонансного контура второго генератора будет приближаться к разыскиваемой «мине».
Корпусом миноискателя может служить любая пластмассовая, деревянная или металлическая коробочка размерами 108x68 мм. Очень удобно поместить миноискатель в пластмассовом корпусе от карманного приемника. Такие корпуса имеются в продаже.
Монтаж миноискателя и все его детали, кроме катушки L2 и наушников, размещены на гетинаксовой плате размерами 57x45 мм и толщиной 1,5–2,0 мм. Для монтажной платы можно использовать любой другой листовой изоляционный материал, даже тонкую фанеру.
Размеры монтажной платы следует выбирать в зависимости от величины футляра, в который помещают миноискатель. Внешний вид платы с деталями миноискателя показан на рисунке 7, а весь миноискатель — на рисунке 8.
Рис. 7. Монтажная плата миноискателя.
Рис. 8. Внешний вид настоящего миноискателя.
Изготовление миноискателя начинают с заготовки монтажной платы. Выпиливают из листового материала плату по размерам заготовки (рис. 9) и затем просверливают все отверстия, указанные на этом чертеже.
Рис. 9. Разметка монтажной платы.
В отверстия диаметром 1,0–1,5 мм забивают монтажные штырьки или пистоны. Штырьки можно изготовить из медной луженой проволоки. К этим штырькам припаивают соединительные провода или выводы деталей. При изготовлении большого количества миноискателей очень удобно использовать печатный монтаж.
Все детали, входящие в миноискатель, за исключением катушек L1 и L2, фабричные, имеющиеся в широкой продаже. Катушка L1 содержит 200 витков провода, намотанных без каркаса. Намотка типа «универсаль» проводом ПЭЛШО 0,1. В данной конструкции используется одна секция от контура промежуточной частоты приемника «Рекорд» старого выпуска. Можно катушку L1 изготовить самостоятельно. Для этого необходим каркас из любого изоляционного материала. Диаметр каркаса 12 мм. Внутри каркаса должен быть подстроенный ферритовый или карбонильный сердечник. Чертеж каркаса показан на рисунке 10.
Рис. 10. Чертеж каркаса катушки генератора.
Катушка L2 несколько необычной конструкции. Она намотана без каркаса. Диаметр намотки 350 мм, число витков 14, провод ПЭЛ 0,25.
В связи с тем, что эту катушку в процессе поиска «мин» мы будем перемещать вдоль поверхности земли, часто задевая за различные неровности почвы, ее следует обернуть несколькими слоями изоляционной ленты либо поместить в защитную оболочку, выполненную из оболочки коаксиального кабеля или любого другого, имеющего хлорвиниловую изоляцию. Катушку L2 следует укрепить на деревянной рейке длиной 80—100 см. Когда будут готовы плата, катушки индуктивности и все детали для миноискателя, можно приступать к монтажу.
Прежде чем припаивать детали, следует убедиться в их исправности. После окончания монтажа, то есть когда все детали будут установлены на свои места и соединены монтажными проводами, необходимо проверить правильность монтажа, его соответствие принципиальной схеме. Только убедившись, что все соединения сделаны правильно, можно включать источники питания и приступать к налаживанию миноискателя.
Обычно при исправных деталях и правильном монтаже миноискатель начинает работать сразу. Если же генераторы не работают, нужно отсоединить второй генератор от смесителя, а в коллекторную цепь транзистора первого генератора включить миллиамперметр (рис. 11).
Рис. 11. Схема включении миллиамперметра при настройке миноискателя.
Тогда, если замкнуть накоротко катушку L1 или конденсатор С3, коллекторный ток должен резко возрасти.
Заставить работать генератор можно изменением величин сопротивления резистора R1 и емкости конденсатора С3.
Налаживание второго генератора производится точно так же.
Если оба генератора работают и их частоты немного отличаются одна от другой, то в наушниках будет слышен слабый звук высокого тона. При приближении катушки L2 к какому-либо металлическому ферромагнитному предмету высота тона должна заметно снижаться.
Подстройку частоты второго генератора в небольших пределах можно производить с помощью конденсатора С11. Если оба генератора настроить на одну частоту, то при отсутствии «мины» звука в наушниках не будет слышно вовсе. При приближении катушки L2 к «мине» в наушниках появится звук, тон которого будет становиться тем выше, чем ближе к «мине» будет находиться катушка.
Закончив изготовление миноискателя и испробовав его на учебных «минах», можно приступить к разминированию. Если вы не участвуете в военизированном походе или игре «Зарница», то можно организовать игру «Найди „мину“».
«Найди „мину“» — игра коллективная, ее можно проводить как в помещении, так и на открытой местности. Для игры нужно составить две команды и выбрать жюри.
Число участников в каждой команде должно быть не более 3–5 человек. В зависимости от наличия миноискателей поиск ведут либо сразу все члены команды, либо по одному человеку от каждой команды. В первом случае каждый участник находит неограниченное число «мин», во втором общее число «мин» должно быть равно числу членов команды и каждый участник игры находит только одну «мину». Выигрывает та команда, которая быстрее «разминирует» отведенный участок на местности или в помещении.
Перед началом игры скрытно от участников члены жюри устанавливают и маскируют «мины». В помещении допускается «минировать» не только полы, но и стены, мебель и другие предметы. Необходимо только учитывать, что нельзя «мины» ставить на батареи центрального отопления, листы железа, дверные петли, ручки и другие металлические предметы. Как уже было сказано, в качестве «мин», устанавливаемых в помещении, могут быть использованы крышки от консервных банок, обрезки листов кровельного железа и другие металлические пластины, которые очень удобно маскировать тонким ковром, листом бумаги, обоями или линолеумом. Тщательность маскировки целиком зависит от изобретательности членов жюри.
Более интересной и наглядной будет игра «Найди „мину“» на открытой местности. Участок местности размером 20x20 м размечают колышками с бечевкой — это «минное» поле, на котором маскируют соответствующее число «мин». Весь участок делят пополам, определяя место поиска для каждой команды. Зарывать «мины» глубже 10 см не рекомендуется, так как это сильно затруднит поиск.
Команды выходят на старт из какого-либо укрытия, где участники игры находились во время установки и маскировки «мин». Если каждый участник имеет индивидуальный миноискатель, поиск начинают обе команды в полном составе. Нашедший «мину» выходит из игры на старт, а судьи фиксируют время, затраченное на поиск каждым участником. Побеждает та команда, суммарное время поиска у которой будет меньше.
При большом числе желающих принять участие в этой игре можно набрать три-четыре команды, которые будут вести поиск одновременно на нескольких одинаковых по площади «заминированных» участках.
Правилами игры можно предусмотреть и другие варианты использования миноискателей и иной порядок нахождения «мин».
