Op vliegvelden, theaters en diverse andere openbare plaatsen vind je een metaaldetector. Ze worden gebruikt voor de veiligheid van mensen om iemand te detecteren die een metaal draagt (armen enz.). In dit project gaan we een eenvoudig metaaldetectorcircuit ontwerpen. Er zijn zoveel ontwerpen met metaaldetectoren, maar de meeste zijn complex van ontwerp, dus hier gaan we een eenvoudig metaaldetectorcircuit ontwerpen met behulp van 555 Timer IC.
Voordat we verder gaan, moeten we het concept van inductor- en RLC-circuits begrijpen. Laten we het eerst hebben over inductoren. Inductoren zijn niets anders dan spoelen van geëmailleerd koperdraad en zijn er in verschillende vormen en maten. Op basis van verschillende parameters wordt de inductantie van een inductor berekend. In al deze parameters zijn we in wezen geïnteresseerd in de kern van de inductor, aangezien de inductantiewaarde, afhankelijk van de kern, drastisch verandert.
In de onderstaande afbeelding kun je de inductors met luchtkern zien, in deze inductoren zit geen vaste kern. Het zijn in feite spoelen die in de lucht zijn achtergelaten. Het medium van stroom van magnetisch veld gegenereerd door inductor is niets of lucht. Deze smoorspoelen hebben inductanties van zeer lage waarde.
Deze smoorspoelen worden gebruikt wanneer de behoefte aan waarden van enkele micro Henry. Voor waarden groter dan enkele milli zijn deze niet geschikt. In de onderstaande afbeelding ziet u een inductoren van ferrietkern,
Wanneer de inductorspoel op een kern wordt gewikkeld, kan dit een ferriet- of een ijzeren kern zijn, de inductantie van de spoel neemt enorm toe. Deze waarde is veel meer dan de luchtkern van dezelfde grootte en vorm.
Nu, voor een RLC-circuit zoals weergegeven in de afbeelding, hangt de reactantie of impedantie tussen klemmen "a" en "c" af van de waarden van L en C als de toegepaste signaalfrequentie constant is.
Dus als de inductantiewaarde verandert, verandert de waarde van reactantie of impedantie. Hoe deze twee concepten samen worden gebruikt voor een metaaldetectorcircuit, wordt uitgelegd in het werkgedeelte van dit project.
Onderdelen van het metaaldetectorcircuit
- +9 voedingsspanning
- 555 IC
- 47KΩ weerstand
- 2.2µF condensator (2 stuks)
- Luidspreker (8Ω)
- 170 Draaien van een spoel met een diameter van 10 cm (elke meter zou werken)
Metaaldetector schakelschema en werking
De afbeelding toont het schakelschema van metaaldetector. De 555 IC-timer fungeert hier als een blokgolfgenerator en genereert pulsen met voor mensen hoorbare frequenties. De condensator tussen pin2 en pin1 mag niet worden gewijzigd, omdat deze hoorbare frequenties moet genereren.
In het circuit bevindt zich een RLC-circuit dat wordt gevormd door een 47K-weerstand, een 2,2 µF-condensator en een 150-draai-inductor. Dit RLC-circuit is het metaaldetectiedeel. Zoals eerder vermeld in de vorige sectie, heeft een inductor met een metalen kern een hoge inductantiewaarde ten opzichte van een inductor met luchtkern.
Onthoud dat de hier gewikkelde spoel een luchtgevulde spoel is, dus wanneer een metalen onderdeel in de buurt van de spoel wordt gebracht, fungeert het metalen onderdeel als een kern voor de inductor met luchtkern. Doordat dit metaal als kern fungeert, verandert of neemt de inductantie van de spoel aanzienlijk toe. Met deze plotselinge toename van de inductantie van de spoel verandert de algehele reactantie of impedantie van het RLC-circuit aanzienlijk in vergelijking met het metalen onderdeel.
In het begin, als er geen metalen onderdeel is, veroorzaakt het signaal dat naar de luidspreker wordt gevoerd een hoorbaar geluid. Nu met de reactantieverandering rond het RLC-circuit, zal het signaal dat naar de luidspreker wordt gestuurd niet langer hetzelfde zijn als voorheen, hierdoor zal het geluid dat door de luidspreker wordt geproduceerd anders zijn dan het eerste.
Dus wanneer een metaal in de buurt van de spoel wordt gebracht, verandert de impedantie van RLC waardoor het signaal verandert, wat resulteert in variatie in het geluid dat in de luidspreker wordt gegenereerd. Je kunt ook deze op Arduino gebaseerde metaaldetector bekijken.
Algemene tips:
- Bij soldeerverbindingen moet het email aan de uiteinden van de spoel worden verwijderd.
- Met een andere meter hebben we een andere RLC-impedantie, dus men zou moeten experimenteren met weerstand in RLC-schakelingen voor gevoelige metaaldetectie.
- De luidspreker kan van elk type zijn. Maar met een weerstand van minder dan 8Ω, kan de timer worden verwarmd.
- Gebruik een voedingsspanning hoger dan 5V.