Einfache Metalldetektorschaltung

Sie finden einen Metalldetektor an Flughäfen, Theatern und verschiedenen anderen öffentlichen Orten. Sie werden zur Sicherheit von Personen verwendet, um Personen zu erkennen, die ein Metall tragen (Waffen usw.). In diesem Projekt werden wir eine einfache Metalldetektorschaltung entwerfen. Es gibt so viele Metalldetektordesigns, aber die meisten von ihnen sind komplex im Design. Deshalb werden wir hier eine einfache Metalldetektorschaltung mit dem 555-Timer-IC entwerfen.

Bevor wir fortfahren, müssen wir das Konzept der Induktivitäts- und RLC-Schaltungen verstehen. Lassen Sie uns zuerst über Induktoren sprechen. Induktivitäten sind nichts anderes als Spulen aus emailliertem Kupferdraht, die in verschiedenen Formen und Größen erhältlich sind. Basierend auf verschiedenen Parametern wird die Induktivität eines Induktors berechnet. Bei all diesen Parametern interessiert uns grundsätzlich der Kern des Induktors, da sich der Induktivitätswert je nach Kern drastisch ändert.

In der Abbildung unten sehen Sie die Induktoren mit Luftkern. In diesen Induktoren befindet sich kein fester Kern. Sie sind im Grunde Spulen, die in der Luft belassen werden. Das vom Induktor erzeugte Strömungsmedium des Magnetfelds ist nichts oder Luft. Diese Induktivitäten haben Induktivitäten von sehr geringem Wert.

Diese Induktivitäten werden verwendet, wenn Werte von wenigen Mikro-Henry benötigt werden. Für Werte größer als einige Milli sind diese nicht geeignet. In der folgenden Abbildung sehen Sie einen Induktor mit Ferritkern.

Wenn die Induktionsspule auf einen Kern gewickelt sein kann, der Ferrit oder ein Eisenkern sein kann, steigt die Induktivität der Spule enorm an. Dieser Wert ist viel höher als der Luftkern mit der gleichen Größe und Form.

Für eine RLC-Schaltung, wie in der Abbildung gezeigt, hängt die Reaktanz oder Impedanz zwischen den Klemmen "a" und "c" von den Werten von L und C ab, wenn die angelegte Signalfrequenz konstant ist.

Wenn sich also der Induktivitätswert ändert, ändert sich der Wert der Reaktanz oder Impedanz. Wie diese beiden Konzepte zusammen für eine Metalldetektorschaltung verwendet werden, wird im Arbeitsabschnitt dieses Projekts erläutert.

Komponenten der Metalldetektorschaltung

• +9 Versorgungsspannung
• 555 IC
• 47KΩ Widerstand
• 2,2 µF Kondensator (2 Stück)
• Lautsprecher (8Ω)
• 170Drehungen mit einer Spule mit 10 cm Durchmesser (jede Stärke würde funktionieren)

Schaltplan und Arbeitsweise des Metalldetektors

Die Abbildung zeigt den Schaltplan des Metalldetektors. Der 555 IC-Timer wirkt hier als Rechteckwellengenerator und erzeugt Impulse mit für den Menschen hörbaren Frequenzen. Der Kondensator zwischen Pin2 und Pin1 sollte nicht gewechselt werden, da hörbare Frequenzen erzeugt werden müssen.

In der Schaltung befindet sich eine RLC-Schaltung, die aus einem 47K-Widerstand, einem 2,2µF-Kondensator und einer 150-Turn-Induktivität besteht. Diese RLC-Schaltung ist der Metalldetektionsteil. Wie bereits im vorherigen Abschnitt erwähnt, hat ein Metallkerninduktor einen hohen Induktivitätswert gegenüber einem luftkernigen.

Denken Sie daran, dass es sich bei der hier gewickelten Spule um eine mit Luftkern versehene Spule handelt. Wenn also ein Metallstück in die Nähe der Spule gebracht wird, fungiert das Metallstück als Kern für den Induktor mit Luftkern. Durch dieses als Kern wirkende Metall ändert oder erhöht sich die Induktivität der Spule erheblich. Mit diesem plötzlichen Anstieg der Induktivität der Spule ändert sich die Gesamtreaktanz oder Impedanz der RLC-Schaltung im Vergleich ohne das Metallstück um einen beträchtlichen Betrag.

Wenn kein Metallstück vorhanden ist, verursacht das dem Lautsprecher zugeführte Signal zunächst einen hörbaren Ton. Mit der Änderung der Reaktanz um die RLC-Schaltung ist das an den Lautsprecher gesendete Signal nicht mehr das gleiche wie zuvor. Aus diesem Grund unterscheidet sich der vom Lautsprecher erzeugte Ton vom ersten.

Wenn also ein Metall in die Nähe der Spule gebracht wird, ändert sich die Impedanz von RLC, wodurch sich das Signal ändert, was zu einer Variation des im Lautsprecher erzeugten Klangs führt. Sie können diesen Arduino-basierten Metalldetektor auch überprüfen.

Allgemeine Tipps:

• Emaille sollte an den Spitzen der Spule zum Löten von Verbindungen entfernt werden.
• Mit unterschiedlichen Messgeräten haben wir unterschiedliche RLC-Impedanzen, daher sollte man mit dem Widerstand in der RLC-Schaltung experimentieren, um empfindliche Metalle zu erkennen.
• Der Lautsprecher kann von jedem Typ sein. Bei einem Widerstand von weniger als 8 Ω kann sich der Timer erwärmen.
• Verwenden Sie eine Versorgungsspannung von mehr als 5V.