Metalldetektor-Schaltungen erklärt: Ein professioneller Leitfaden

Sicherheit ist eine der wenigen Prioritäten, die weltweit gelten, egal wo Sie sich befinden. Daher sind Sicherheitskontrollen in den meisten öffentlichen und privaten Bereichen Standard. Sicherheitskräfte nutzen entweder Durchgangs-Metalldetektoren oder Handgeräte (Wands). Metalldetektoren an Sicherheitskontrollen verwenden eine einfache Metalldetektorschaltung. In diesem Beitrag tauchen wir tief in die Metalldetektorschaltung ein. Metalldetektoren sind heute allgegenwärtig.

Neben dem typischen Sicherheitsstab gibt es Metalldetektoren in verschiedenen Formen. Beispielsweise einfache Bodensuch-Metalldetektoren oder Kunst-Metalldetektoren.

Funktionsprinzip der Metalldetektorschaltung

Metalldetektorschaltungen nutzen einen Oszillator, der Wechselströme erzeugt. Ein Wirbelstrom (Eddy Current) durchfließt das Metall, wenn es aktiv ist. Der erzeugte Strom durchläuft eine Spule, wodurch ein wechselndes Magnetfeld entsteht.

Das Magnetfeld zieht Metall in der Nähe der Spule an. Dadurch ändert das Metall das mit ihm verbundene Magnetfeld. Folglich detektiert die Spule in der Schaltung eine Veränderung des Magnetfeldes.

Vorteile

• Metalldetektorschaltungen sind einfach und leicht zu bedienen.
• Näherungssensoren können als Mikrocontroller fungieren.

Nachteile

• Metalldetektoren haben eine kurze Detektionsreichweite.
• Selektive Diskriminierung nicht-metallischer Objekte.

Wie baut man einen Metalldetektor?

Jagadish Chandra Metalldetektor Patent

Konzentrieren wir uns auf den Bau einer einfachen Schaltung.

Ein tiefer Blick in die Komponenten

TDA0161 Näherungssensor-IC

Der TDA0161 Näherungssensor-IC detektiert metallische Objekte, indem er Änderungen der Wirbelstromfrequenzen ohne Verzögerung erfasst.

Mit Hilfe eines abgestimmten Kreises fungiert der TDA0161 als Oszillator. Alle Änderungen im Versorgungsstrom bestimmen das Ausgangssignal. Erkennt der Strom ein hohes Signal, ist Metall vorhanden. Fehlt Metall, ist das Signal niedrig.

Generell ist der TDA0161 ein Dual-In-Line-Gehäuse mit acht Pins.

Empfangsspule (Receive Coil)

Metalldetektor Empfangsspule

Die Empfangsspule besteht aus 30 AWG lackiertem Kupferdraht. Alternativ können Sie jedes leitfähige Material verwenden, das zu einer Spule gewickelt ist.

Nach dem Wickeln der Empfangsspule müssen Sie prüfen und bestätigen, dass Sie einen Durchmesser von 5,8 cm haben. Die Gesamtzahl der Windungen für diese Spule liegt zwischen 140 und 150.

Die Schaltung

TDA0161 Metalldetektor Schaltbild

Die verwendete Schaltung ist ein LC-Schwingkreis. Er hat die Induktivität und den Kondensator parallel geschaltet. Der Kreis schwingt, wenn Material mit ähnlicher Frequenz in der Nähe ist. Beide Kondensatoren und Induktivitäten laden sich abwechselnd auf.

Wenn der Kondensator vollständig geladen ist, fließt die Ladung zur Induktivität. In anderen Fällen beginnt die Induktivität zu laden, wenn der Kondensator keine Ladung mehr hat. Dafür entzieht der Kondensator der Induktivität Ladung.

Dadurch verringert sich die Ladung der Induktivität. Es folgt der Ladevorgang des Kondensators, um die Induktivität wieder aufzufüllen. Zusammenfassend: Induktionsspulen sind Magnetfeldspeicher. Kondensatoren sind Elektrfeldspeicher.

Detaillierte Erklärung der Schaltung und Ergebnisse

Sie haben alle Komponenten verbunden und ausgelegt – nun starten wir das Experiment.

• Der LC-Schwingkreis (L1 und C1) empfängt jede Resonanzfrequenz von nahem Metall. Die Anziehung zwischen Metall und Magnet erzeugt ein elektrisches Feld. Dies führt zur Strominduktion in der Spule. Schließlich ändert sich der Signalfluss durch die Empfangsspule.
• Der variable Widerstand ändert den Näherungssensorwert, um ihn dem LC-Schwingkreis anzupassen. Prüfen Sie während des Experiments den Wert, wenn die Empfangsspule nicht in der Nähe von Metall ist. Sobald die Empfangsspule Metall detektiert, ändern sich die Phasen-Rückkopplungssignale.
• Der Näherungssensor erkennt die Signaländerung und reagiert. Die Ausgangssignale des Näherungssensors betragen 1 mA ohne Metallerfassung. Bei Metallerfassung liegt das Ergebnis bei 10 mA.
• Sobald der Ausgang hoch ist, zeigt der Widerstand R3 eine positive Spannung zum Q1-Transistor. Q1 schaltet ein, die LED leuchtet. Anschließend summt der Summer oder gibt ein Audiosignal ab. Der Widerstand R2 begrenzt schließlich den Stromfluss.

Metalldetektor mit Arduino UNO

Arduino Uno

Sie können auch einen einfachen, aber effektiven Metalldetektor mit einem Arduino bauen. Ihre Bauteile variieren. Sie müssen auch programmieren. Wenn Sie diesen Weg wählen, umfassen gängige Komponenten:

• Auslösetaster (Trigger Button)
• Seitentaster zur Frequenzeinstellung
• Schalter
• 3 AA-Batterien – 4,5 Volt
• Ein Motor
• Einfacher kreisförmiger Kopf
• LEDs
• Eine Drahtspule
• Potentiometer
• Lautsprecher
• Leitfähiges Objekt

Sobald Ihre Schaltung verbunden ist, sollte Ihr Schaltplan so aussehen:

Arduino Metalldetektor Schaltbild

Das obige Setup nutzt einen Arduino UNO zur Programmierung eines DIP ATMega328. Zum Start entfernen Sie den ATMega328 vom Entwicklungsboard. Sie fügen den ATMega328 und die anderen Schaltungsteile auf ein Vorboard (Perfboard) hinzu.

Der Batteriepack versorgt den ATmega328. Er versorgt auch den Oszillator und den Motor mit LEDs.

Nun ist es Zeit, Ihren Code zu schreiben. Zunächst benötigen Sie ein grundlegendes Verständnis einfacher Programmierprinzipien. Sie benötigen Setup-Funktionen, Interrupt-Funktionen und Loop-Funktionen.

Ihr Code sollte wie folgt aussehen:

Setup-Funktion

Metalldetektor Setup-Funktion

Interrupt-Funktion

Metalldetektor Interrupt-Funktion

Loop-Funktion

Metalldetektor Loop-Funktion

Mit dieser Schaltung können Sie leitfähige Objekte aufnehmen. Dazu gehören kleine Metallobjekte mit der Spule bei niedrigster Empfindlichkeitseinstellung.

Bei höchster Einstellung können Sie Stahlringe, Münzen und Schrauben detektieren. Um die Reichweite des Detektors zu erweitern, müssen Sie den Stromfluss durch die Induktivität erhöhen.

Im Allgemeinen reicht eine doppelte Stromversorgung. Generell können Sie die Anzahl der Drahtwindungen für die Spule erhöhen.

Es gibt eine Lernkurve bei diesem Aufbau. Er ist jedoch fortgeschrittener. Mit diesem Hintergedanken kann diese Schaltung mehr als einfache Schaltungen. Langfristig kann sie eine breite Palette von Detektoren bauen.

Beispielsweise einen Hand-Metalldetektor und sogar einen tragbaren Kunst-Metalldetektor. Wenn Sie groß denken, können Sie einen industriellen Metalldetektor bauen.

Anwendungen

Metalldetektor zur Schatzsuche

• Metallidentifikation wie Gold, Eisen oder Silber.
• Suche nach Metallobjekten, unerwünschten Objekten, anorganischen Materialien.
• Kartierung geologischer Strukturen.

Fazit

Die Grenzen, mit denen Sie mit Metalldetektorschaltungen experimentieren können, sind grenzenlos. Sie können versuchen, basierend auf Ihrem jetzigen Wissen zu innovieren oder sogar zu erfinden.

Zusammenfassend: Wenn dieser Beitrag etwas andeutete, das Sie interessant fanden, sind Sie an der richtigen Stelle. Wenn Sie bereit sind, die Schaltungswelt weiter zu erkunden, zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren. Wir stehen für all Ihre PCB-Bedürfnisse zur Entwicklung von Detektoren offen.