Fémdetektor található repülőtereken, színházakban és más nyilvános helyeken. Az emberek biztonsága érdekében felismerik azokat, akik fémet (fegyvereket stb.) Hordoznak. Ebben a projektben egy egyszerű fémdetektor áramkört tervezünk. Olyan sok fémdetektor-terv van, de a legtöbb összetett kialakítású, ezért itt egy egyszerű fémdetektor áramkört tervezünk az 555 Timer IC segítségével.
Mielőtt tovább mennénk, meg kell értenünk az induktor és az RLC áramkörök fogalmát. Beszéljünk először az induktivitásokról. Az induktorok nem más, mint a zománcozott rézhuzalok tekercsei különböző formájúak és méretűek. Különböző paraméterek alapján kiszámítják az induktivitást. Mindezen paraméterekben alapvetően az induktor magja érdekel, mivel a magtól függően az induktivitás értéke drasztikusan változik.
Az alábbi ábrán láthatók a levegőmaggal ellátott induktivitások. Ezekben az induktorokban nem lesz szilárd mag. Alapvetően a levegőben maradt tekercsek. Az induktor által generált mágneses tér áramlási közege nem semmi vagy levegő. Ezeknek az induktoroknak nagyon alacsony az induktivitása.
Ezeket az induktorokat akkor használjuk, amikor néhány mikro Henry értékére van szükség. Néhány milliméternél nagyobb értékeknél ezek nem megfelelőek. Az alábbi ábrán a ferritmag induktivitása látható,
Ha az induktor tekercset egy magra tekerjük, ferrit vagy vas mag lehet, a tekercs induktivitása óriási mértékben megnő. Ez az érték sokkal több, mint az azonos méretű és alakú levegőmag.
Az RLC áramkör esetében, amint az ábrán látható, az „a” és „c” kivezetések közötti reaktancia vagy impedancia az L és C értékektől függ, ha az alkalmazott jelfrekvencia állandó.
Tehát, ha az induktivitás értéke megváltozik, a reaktancia vagy az impedancia értéke megváltozik. E két fogalom együttes használatát egy fémdetektor áramkörhöz a projekt munkafejezete ismerteti.
Fémdetektor áramkör alkatrészei
- +9 tápfeszültség
- 555 IC
- 47KΩ ellenállás
- 2,2µF kondenzátor (2 db)
- Hangszóró (8Ω)
- 170 mm-es 10 cm átmérőjű tekercs (bármelyik nyomtáv működne)
Fémdetektor áramköri ábra és működés
Az ábra a fémdetektor kapcsolási rajzát mutatja. Az 555 IC időzítő itt négyzethullám generátorként működik, és az ember számára hallható frekvenciájú impulzusokat generál. A pin2 és pin1 közötti kondenzátort nem szabad megváltoztatni, mivel hallható frekvenciákat kell létrehozni.
Az áramkörben egy RLC áramkör található, amelyet 47K ellenállás, 2,2µF kondenzátor és 150 fordulatos induktor alkot. Ez az RLC áramkör a fémdetektáló rész. Amint azt az előző szakaszban korábban említettük, a fémmag induktivitása magas induktivitási értékkel rendelkezik a levegős maggal szemben.
Ne feledje, hogy a tekercs itt feltekeredett, mint egy légmagos tekercs, tehát amikor egy fémdarabot viszünk a tekercs közelébe, a fémdarab a levegőmagos induktivitás magjaként működik. Mivel ez a fém magként működik, a tekercs induktivitása jelentősen megváltozik vagy megnő. A tekercs induktivitásának ezzel a hirtelen növekedésével az RLC áramkör teljes reaktanciája vagy impedanciája jelentős mértékben megváltozik, ha összehasonlítjuk a fémdarab nélkül.
Először, amikor nincs fémdarab, a hangszóróba táplált jel némi hallható hangot okoz. Az RLC áramkör körüli reaktancia-változással a hangszóróhoz küldött jel már nem ugyanaz, mint korábban, emiatt a hangszóró által keltett hang eltér az elsőtől.
Tehát, amikor egy fém kerül a tekercs közelébe, az RLC impedanciája megváltozik, és a jel változik, ami a hangszóróban generált hang variációját eredményezi. Ezt az Arduino alapú fémdetektorot is ellenőrizheti.
Általános tippek:
- A forrasztási csatlakozásokhoz a zománcot a tekercs csúcsainál el kell távolítani.
- Különböző mérőeszközökkel különböző RLC impedanciánk lesz, ezért az érzékeny fémdetektálás érdekében kísérletezni kell az RLC áramkör ellenállásával.
- A hangszóró bármilyen típusú lehet. De kevesebb mint 8Ω ellenállással az időzítő felmelegedhet.
- Használjon 5V-nál nagyobb tápfeszültséget.