DETECTOR DE METALES

Introducción Definimos como resonancia al comportamiento de un circuito con elementos inductivos y capacitivos, para el cual se verifica que la tensión aplicada en los terminales del mismo circuito, y la corriente absorbida, están en fase. La resonancia puede aparecer en todo circuito que tenga elementos L y C. Por lo tanto existirá una resonancia serie y otra resonancia paralelo o en una combinación de ambos. El fenómeno de resonancia se manifiesta para una o varias frecuencias, dependiendo del circuito, pero nunca para cualquier  frecuencia. Es por ello que existe una fuerte dependencia del comportamiento respecto de la frecuencia. Deviene de ello la gran importancia de los circuitos sintonizados, especialmente en el campo de las comunicaciones, en lo que hace a la sintonización de señales de frecuencias definidas o al "filtrado" de señales de frecuencias no deseadas. Genéricamente se dice que un circuito está en resonancia cuando la tensión aplicada y la corriente están en fase, el factor de potencia resulta unitario.

¿Qué es un detector de metales? Un detector de metales es el instrumento que mediante una serie de impulsos electromagnéticos es capaz de detectar objetos metálicos. Se usan como medio de seguridad, búsqueda de minas o en la búsqueda arqueológica de objetos.

DETECTOR DE METAL USO DE DIFERENCIA RESONATOR.  Aquí se describe un detector de metal simple utilizando una diferencia diferencia de resonador y un par de transistores. Se puede detectar conductores

(metales)

en sus proximidades hasta> 4 cm. El instrumento es un prototipo, se puede construir un modelo más grande en principios similares al aumentar las dimensiones de componentes del detector y el uso de más energía. Ocultos estructuras metálicas, como láminas de metal encerrado en cubierta de plástico (como las de los artículos de consumo, por ejemplo pasta de dientes tubos etc), pueden ser fácilmente detectables utilizando este instrumento. Sin embargo láminas metálicas muy finas pueden pasar inadvertidas debido a grande resistencia ofrecida por ellos a corrientes de Foucault. Un pequeño anillo de alambre de cobre a una distancia de 2 cm es suficiente para activar el detector.

Pequeños objetos como puntas de recarga de materiales magnéticos son también suficiente para activar el detector. Otro uso del detector se encuentra en pruebas devanados del transformador que se ha demostrado gráficamente en la

figura 3.

Fig. 3: Pictorial indicación sobre cómo probar bobinas de los transformadores de bobinado. Para una bobina bueno si cortas los dos extremos de la bobina (A, B), el LED debería encenderse, si no la bobina tiene una ruptura interna. Así que prueba el transformador, tanto para un corto circuito, así como la continuidad sin hacer  contacto eléctrico.

Fig. 1: Esquema de conexiones del detector de metales. Las bobinas son sólo indicativos rodamiento no se asemejaban a aspecto práctico. El tubo interior de la bobina tiene que ser asegurado firmemente usando no magnéticos, materiales no conductores y debe ser lo suficientemente resistente. Las varillas de ferrita debe ser suficientemente seguro en su posición este puede hacer  usando esmalte sintético. Un desplazamiento involuntario leve puede alterar el equilibrio del resonador drásticamente.

G1, G2 forma el oscilador y el otro de 4

puertas actúa como tampones para conducir la bobina externa.

Aspecto práctico. El tubo interior de la bobina tiene que ser asegurado firmemente usando no magnéticos, materiales no conductores y debe ser lo suficientemente resistente. Las varillas de ferrita debe ser suficientemente seguro en su posición este puede hacer usando esmalte sintético. Un desplazamiento involuntario leve puede alterar el equilibrio del resonador 

drásticamente.

G1, G2 forma el oscilador y el otro de 4 puertas actúa como

tampones para conducir la bobina externa.

ANÁLISIS DE RESONATOR FORZADO. El análisis de la fuerza de resonador es como sigue. Consideramos el modelo en el figura.

Fig. 3: Modelo para la fuerza de resonador. Vg y Rg son para la entrada, mientras que la mayoría de las fronteras exteriores la resistencia se concentra en la inductancia L, que se muestra como

RL.

Vg es un pulso rectangular con un pequeño período de tiempo suministrada por  la puerta y Rg es su resistencia interna en la salida. La frecuencia de Vg es la misma que la de la resonante frecuencia de circuito LC. La salida a través del LCR es sinusoidal en la resonancia. La conducción tensión Vg y el voltaje a través de la red LCR se muestran en la figura a continuación. Vamos Vr ser el voltaje a través de la red LCR entonces la corriente a través de circuito

resistencia interna de la puerta se puede escribir como,

Donde ωr (periodo T) es la frecuencia de resonancia del circuito

LC.

Consideremos en primer lugar un único de impulso de activación, sin embargo, el presente resonador es una unidad de doble pulso con aproximadamente

TP

TP (en términos de ángulo de fase, esto será llamado φ) es el período del pulso que acciona el circuito LC. La potencia transferida a la red LCR es entonces (TP es pulso supone que se sitúa simétricamente a lo largo = π. Vamos

del pico positivo de la sinusoide),

Cuando la salida de la puerta es baja el condensador se descarga a través de

Rg y el corrientes sinusoidales a través de la resistencia inductiva RL también producen pérdida en el poder. Estos se puede resumir en el poder disipativo escrito como,

Cabe señalar que T representa 2π en términos de ángulo de fase. Resolvemos las anteriores ecuación utilizando



ωrt = θ. Resolver  

LCR -  LCRRg = 0

para Vr, se ve que

Que es la amplitud de la resonancia forzado accionado por un periodo de impulso

TP de la misma frecuencia

r

= 2

  .Esta fórmula ha sido

comprobado por simulación y acepta bastante también. Cabe señalar que en la ecuación-2 y la ecuación 3-la límite π se ha expresado en términos de decir 1/2F.

f, i.e

En el caso de doble resonador pulsado, el resonador es accionado por u n pulso positivo de TP anchura en la fase positiva y con un pulso negativo de la misma anchura en la fase negativa. Este es realmente el caso con el detector de metales resonador. La tensión lograda por este resonador es sólo el doble de (4).

Cómo funciona: El principio de funcionamiento del instrumento se basa en detectar el campo magnético producido por corrientes de Foucault (consulte un libro de texto estándar sobre ingeniería eléctrica) generados en conductores cuando se colocan en campos magnéticos variables. Dado que un campo magnético que varía produce un campo eléctrico de acuerdo con la ley de Faraday, este campo eléctrico en presencia de un conductor creará corrientes en él como conductores tienen grandes cantidades de carga libre en ellas. La inducida por campos eléctricos será circular y cuando se producen naturalmente dentro de un conductor dará lugar a las corrientes, como por la ley de Ohm. Estas corrientes se denominan corrientes de Foucault. Estas corrientes a su vez, dar lugar a un campo magnético (una corriente eléctrica da lugar a un campo magnético) que se opone a la campo de nivel superior (es decir, la que está produciendo las corrientes de Foucault), reduciendo así la intensidad del campo en su vecindad. El instrumento actual utiliza este efecto para detectar la presencia de un conductor. Dos pequeños bobinas (200 vueltas de cobre (Cu 0,08 mm) de alambre pluma de gel de relleno del tubo) se colocan dentro de una mucho más grande bobina externa que induce corrientes resonantes en las dos bobinas (las dos bobinas en serie forman una diferencia resonador junto con el condensador conectado a ellos) por el campo magnético variable que produce. La bobina más grande en sí está hecha para resonar por conducción con una onda cuadrada (G1,

G2 oscilador) aproximadamente igual a la frecuencia de resonancia del circuito LC formado por la bobina exterior y el condensador  conectado a ella.

Esto crea corrientes sinusoidales en la bobina externa, produciendo sinusoidal el campo magnético de acoplamiento de las dos bobinas interiores. Si las dos bobinas están colocadas simétricamente con respecto a la bobina externa que será inducida por igual y si uno fuera a tomar una diferencia entre ellos entonces uno se obtiene una señal de cero. Como se muestra en el diagrama esquemático las dos bobinas están conectadas de tal manera que la diferencia de las fuerzas electromotrices inducidas (fuerza electromotriz) se alimenta al circuito detector de transistor. Ahora cuando un conductor es llevado cerca de una de las bobinas internas las corrientes de Foucault en el conductor se reduce el flujo magnético a través de la bobina de la reducción de la fuerza electromotriz inducida en la bobina particular. Esto, a significa a su vez una señal de diferencia grande de las dos bobinas, como una asimetría en el flujo ha sido establecido debido a la presencia de un objeto conductor cerca de una de las bobinas. Esta señal de diferencia se alimenta para el transistor  Q1, a través de

DC condensador de filtro de 10uF,

que se ha configurado como una pequeña señal amplificador. El amplificador  está sesgado con una resistencia de gran base de La señal de diferencia

1MΩ.

A.C directamente aparece a través de la unión base-

emisor del transistor de producir grandes cambios en la corriente de emisor (La corriente de emisor está conectado de manera exponencial con la tensión de base-emisor, el cual proviene de aproximación a Eber-Molls modelo del transistor). Esto produce correspondientemente grandes cambios de voltaje en el circuito del colector que tiene una gran resistencia. Una pequeña señal producida debido al campo magnético de corrientes de Foucault en un pequeño trozo de conductor como un tornillo o tuerca es suficiente para activar  Q2 a través de

Q1. Normalmente las dos bobinas se

ajustan de manera que la señal de diferencia de ellos es un mínimo. En este modelo particular, es posible ajustar está a una tensión tan pequeña como Vpk-Vpk de 5mV de onda sinusoidal.

Q2 más o menos desempeña el

papel de un interruptor electrónico. Los objetos magneticos tienden a recoger el flujo y aumentar, aumentando la fuerza electromotriz inducida en la bobina, mientras no magnéticos conductores debido a sus corrientes parásitas tienden

a reducir el campo magnético reduciendo así la

fem inducida en la bobina

próxima. Estos dos tienen efectos opuestos sobre la señal de diferencia. Pero desde la señal de diferencia se ha establecido en un valor muy pequeño nontheless el aumento requerido en la diferencia de voltaje siempre es posible que tanto los tipos de materiales, que es enorme cuando en comparación con la diferencia residual de onda sinusoidal

5 mV pico a pico. Así que cuando un

objeto metálico es traído cerca de la bobina del detector que causa un enorme cambio en la diferencia de tensión y hace que el transistor  Q2 se encienda y apague la

Q1. Que amplifica la diferencia de tensión alimentada a ella desde

las bobinas internas.

Se puede variar los condensadores (conectado con los resonadores) en ensayo y error base y fijar el valor para la máxima sensibilidad o bien se puede referir a un libro de texto en la ingeniería eléctrica a calcular la inductancia de las bobinas y seleccionar manualmente una frecuencia de resonancia (aquí una frecuencia de

~ 55 kHz se ha seleccionado) y conducir el oscilador  (G1, G2) a

esa frecuencia. Asegúrese de que los dos resonadores (una con el interior de dos bobinas en serie y el que tiene el entorchado exterior) tienen aproximadamente la misma frecuencia de resonancia. Algunas fórmulas útiles se dan a continuación, La frecuencia de resonancia de un circuito

LC (como se encuentra en muchos

libros de texto sobre eléctrica ingeniería) está dada por:

La frecuencia del oscilador  propuesta por:

RC utilizando puertas está aproximadamente

Se pueden variar los valores de

R, C utilizando resistencias y condensadores

variables para ajustar la frecuencia. Otra manera de construir un modelo portátil sería el uso de un tubo de barra de pegamento

20 g al construir el detector. El

entorchado exterior puede ser enrollado (o ya bobina enrollada puede ser  instalado) de la tapa con un tubo central de apoyo y pegadas a ambos lados por a dos no conductor, no magnético sólido marcos circulares a lo largo del eje con agujeros en ellos. Todas las conexiones de las bobinas se pueden extraer  de la parte trasera del tubo y conectada a una caja con un cuerpo de sujeción conveniente la electrónica, los indicadores y la batería de

9V. La Figura 3

muestra cómo el detector de metales se pueden utilizar para de prueba de transformadores bobinados sin hacer ningún contacto eléctrico con la bobina.

Fig. 2: una posible disposición de la bobina del detector.