Metāla detektoru varat atrast lidostās, teātros un dažādās citās sabiedriskās vietās. Tie tiek izmantoti cilvēku drošībai, lai atklātu ikvienu, kurš nēsā metālu (ieročus utt.). Šajā projektā mēs izstrādāsim vienkāršu metāla detektora shēmu. Ir tik daudz metāla detektoru dizainu, taču lielākā daļa no tiem ir sarežģīti, tāpēc šeit mēs izstrādāsim vienkāršu metāla detektora shēmu, izmantojot 555 taimera IC.
Pirms iet tālāk, mums ir jāsaprot induktora un RLC ķēžu jēdziens. Vispirms runāsim par induktoriem. Induktori ir nekas cits kā emaljētas vara stieples spoles, kurām ir dažādas formas un izmēri. Pamatojoties uz dažādiem parametriem, tiek aprēķināta induktora induktivitāte. Visos šajos parametros mūs galvenokārt interesē induktora kodols, jo atkarībā no kodola induktivitātes vērtība krasi mainās.
Zemāk redzamajā attēlā jūs varat redzēt induktorus ar gaisa serdi, šajos induktoros nebūs cieta kodola. Būtībā tās ir gaisā atstātas spoles. Induktora radītā magnētiskā lauka plūsmas vide nav nekas vai gaiss. Šiem induktoriem ir ļoti mazāka induktivitāte.
Šie induktori tiek izmantoti, ja ir vajadzīgas dažas mikro Henrija vērtības. Vērtībām, kas lielākas par dažiem mili, tie nav piemēroti. Zemāk redzamajā attēlā var redzēt ferīta serdes induktorus,
Kad induktora spole ir uzvilkta uz kodola, var būt ferīts vai dzelzs serde, spoles induktivitāte ievērojami palielinās. Šī vērtība ir daudz vairāk nekā tāda paša izmēra un formas gaisa serdeņi.
Tagad RLC ķēdei, kā parādīts attēlā, reaktivitāte vai pretestība starp spailēm “a” un “c” ir atkarīga no L un C vērtībām, ja pielietotā signāla frekvence ir nemainīga.
Tātad, ja induktivitātes vērtība maina reaktivitātes vai pretestības vērtību. Kā šie divi jēdzieni tiek izmantoti kopā metāla detektora ķēdei, ir paskaidrots šī projekta darba sadaļā.
Metāla detektora shēmas komponenti
- +9 barošanas spriegums
- 555 IC
- 47KΩ rezistors
- 2.2µF kondensators (2 gab.)
- Skaļrunis (8Ω)
- 170 cm 10 cm diametra spoles pagriezieni (derētu jebkurš gabarīts)
Metāla detektora shēmas diagramma un darbība
Attēlā parādīta metāla detektora shēma. 555 IC taimeris šeit darbojas kā kvadrātveida viļņu ģenerators, un tas ģenerē impulsus ar cilvēka dzirdamām frekvencēm. Kondensatoru starp pin2 un pin1 nevajadzētu mainīt, jo tam ir nepieciešams radīt dzirdamas frekvences.
Ķēdē ir RLC ķēde, ko veido 47K rezistors, 2,2µF kondensators un 150 pagrieziena induktors. Šī RLC shēma ir metāla noteikšanas daļa. Kā jau iepriekš minēts iepriekšējā sadaļā, metāla serdes induktoram ir augsta induktivitātes vērtība salīdzinājumā ar gaisa serdeņa induktivitāti.
Atcerieties, ka šeit uztītā spirāle ir ar gaisa serdi, tādēļ, kad spoles tuvumā tiek nogādāts metāla gabals, metāla gabals darbojas kā gaisa serdeņa induktora kodols. Šim metālam darbojoties kā serdenim, spoles induktivitāte ievērojami mainās vai palielinās. Ar šo pēkšņo spoles induktivitātes pieaugumu RLC ķēdes kopējā reaktivitāte vai pretestība mainās par ievērojamu daudzumu, salīdzinot bez metāla gabala.
Sākumā, kad nav metāla gabala, skaļrunim ievadītais signāls rada zināmu dzirdamu skaņu. Tagad, mainoties reaktivitātei ap RLC ķēdi, skaļrunim nosūtītais signāls vairs nebūs tāds pats kā iepriekš, tāpēc skaļruņa radītā skaņa būs atšķirīga no pirmās.
Tātad vienmēr, kad spoles tuvumā tiek piegādāts metāls, RLC pretestība mainās, liekot signālam mainīties, kā rezultātā mainās skaļrunī radītā skaņa. Varat arī pārbaudīt šo Arduino bāzes metāla detektoru.
Parasti padomi:
- Lodēšanas savienojumiem spoles galos jānoņem emalja.
- Ar atšķirīgu gabarītu mums būs atšķirīga RLC pretestība, tāpēc jutīga metāla noteikšanai vajadzētu eksperimentēt ar pretestību RLC ķēdē.
- Skaļrunis var būt jebkura veida. Bet, ja pretestība ir mazāka par 8Ω, taimeris var uzkarsēt.
- Izmantojiet barošanas spriegumu, kas lielāks par 5V.