Możesz znaleźć wykrywacz metalu na lotniskach, w teatrach i różnych innych miejscach publicznych. Służą one do zapewnienia bezpieczeństwa ludzi do wykrywania osób noszących metal (broń itp.). W tym projekcie zamierzamy zaprojektować prosty obwód wykrywacza metali. Jest tak wiele konstrukcji wykrywaczy metali, ale większość z nich ma złożoną konstrukcję, więc tutaj zamierzamy zaprojektować prosty obwód wykrywacza metali z wykorzystaniem układu scalonego 555 Timer IC.
Zanim przejdziemy dalej, musimy zrozumieć koncepcję obwodów cewki indukcyjnej i obwodów RLC. Porozmawiajmy najpierw o cewkach indukcyjnych. Cewki indukcyjne to nic innego jak cewki z emaliowanego drutu miedzianego, które mają różne kształty i rozmiary. Na podstawie różnych parametrów obliczana jest indukcyjność cewki indukcyjnej. We wszystkich tych parametrach zasadniczo interesuje nas rdzeń cewki indukcyjnej, ponieważ w zależności od rdzenia wartość indukcyjności zmienia się drastycznie.
Na poniższym rysunku widać cewki z rdzeniem powietrznym. W tych cewkach nie będzie stałego rdzenia. Zasadniczo są to cewki pozostawione w powietrzu. Medium przepływu pola magnetycznego generowanego przez cewkę jest niczym lub powietrzem. Te cewki indukcyjne mają znacznie mniejszą wartość.
Te induktory są używane, gdy potrzeba wartości kilku mikro Henryków. Dla wartości większych niż kilka miliardów nie są one odpowiednie. Na poniższym rysunku widać cewki rdzenia ferrytowego,
Kiedy cewka indukcyjna jest nawinięta na rdzeń ferrytowy lub żelazny, indukcyjność cewki ogromnie wzrasta. Ta wartość to znacznie więcej niż rdzeń powietrzny o tej samej wielkości i kształcie.
Teraz dla obwodu RLC, jak pokazano na rysunku, reaktancja lub impedancja między zaciskami „a” i „c” zależy od wartości L i C, jeśli zastosowana częstotliwość sygnału jest stała.
Więc jeśli wartość indukcyjności zmienia się, zmienia się wartość reaktancji lub impedancji. W jaki sposób te dwie koncepcje są używane razem w obwodzie wykrywacza metali, wyjaśniono w części roboczej tego projektu.
Elementy obwodu wykrywacza metali
- +9 napięcie zasilania
- 555 IC
- Rezystor 47 kΩ
- Kondensator 2,2 µF (2 sztuki)
- Głośnik (8Ω)
- 170 zwojów cewki o średnicy 10 cm (zadziałałby dowolny miernik)
Schemat obwodu i działanie wykrywacza metali
Rysunek przedstawia schemat obwodu wykrywacza metali. Timer 555 IC działa tutaj jak generator fali prostokątnej i generuje impulsy o częstotliwościach słyszalnych dla człowieka. Nie należy wymieniać kondensatora między pinem 2 a pinem 1, ponieważ jest on potrzebny do generowania słyszalnych częstotliwości.
W obwodzie znajduje się obwód RLC utworzony z rezystora 47K, kondensatora 2,2 µF i cewki indukcyjnej 150 zwojów. Ten obwód RLC jest częścią wykrywającą metal. Teraz, jak wspomniano wcześniej w poprzedniej sekcji, cewka z rdzeniem metalowym ma wysoką wartość indukcyjności w porównaniu z cewką powietrzną.
Pamiętaj, że cewka nawinięta tutaj jest rdzeniem powietrznym, więc kiedy metalowy element jest zbliżony do cewki, metalowy element działa jako rdzeń dla cewki indukcyjnej z rdzeniem powietrznym. Dzięki temu metalowi działającemu jako rdzeń, indukcyjność cewki zmienia się lub znacznie wzrasta. Wraz z tym nagłym wzrostem indukcyjności cewki ogólna reaktancja lub impedancja obwodu RLC zmienia się o znaczną wartość w porównaniu bez metalowego elementu.
Na początku, gdy nie ma metalowego elementu, sygnał doprowadzony do głośnika powoduje słyszalny dźwięk. Teraz, wraz ze zmianą reaktancji w obwodzie RLC, sygnał wysyłany do głośnika nie będzie już taki sam, jak poprzednio, z tego powodu dźwięk wytwarzany przez głośnik będzie inny niż pierwszy.
Tak więc za każdym razem, gdy metal jest zbliżany do cewki, impedancja RLC zmienia się, powodując zmianę sygnału, co powoduje zmiany dźwięku generowanego w głośniku. Możesz również sprawdzić ten wykrywacz metali oparty na Arduino.
Wspólne wskazówki:
- Emalię należy usunąć na końcach cewki w celu lutowania połączeń.
- Przy różnych miernikach będziemy mieli inną impedancję RLC, więc należy eksperymentować z rezystancją w obwodzie RLC w celu uzyskania czułego wykrywania metali.
- Głośnik może być dowolnego typu. Ale jeśli rezystancja jest mniejsza niż 8Ω, timer może się nagrzać.
- Użyj napięcia zasilania wyższego niż 5 V.