Elektronski detektor kovin se da narediti na veliko različnih načinov. Najpogosteje izkoriščamo dejstvo, da kovina prevaja električni tok ali pa magnetne lastnosti nekaterih kovin. V pričujočem prispevku bom opisal izvedbo z mikrokontrolerjem in nihajnim krogom ter podal ozadje detekcije.
Detektor sestavlja minimalno število elementov, pohvaliti pa je njegovo veliko občutljivost in majhno porabo električne energije. Vezje ima izhodni sponki za inštrument, kjer sprememba odklona igle označuje detektirani kovinski kos ter izhodni sponki za zvočnik, kjer sprememba višina tona označuje detektiranikovinski kos. Detektor se da uporabiti za detektiranje večjih kovinskih predmetov, na primer kovinskega ogrodja pod ometom ali orožja, skritega na telesu oseb kakor tudi za manjše predmete, na primer kovance.
Ozadje detektiranja kovine preko merjenja faznega kota
Kovanec prevaja električni tok. Ko ga vtaknemo v izmenično magnetno polje, se v njem inducira napetost, ki požene električni tok. Ta tok povzroči lastno magnetno polje, ki nasprotuje zunanjemu magnetnemu polju ter ga efektivno izriva v okolico. Izmenično magnetno polje ustvarimo s tuljavo, skozi katero teče izmenični električni tok. Ko v tuljavo vstavimo kovanec, se njena induktivnost zaradi izrivanja magnetnega polja zmanjša. Če namesto kovanca vstavimo v tuljavo kos feromagnetnega materiala (ki ne prevaja električnega toka, na primer feritno palico), to ojači magnetno polje v tuljavi, zato se induktivnost poveča.
Prisotnost kovanca bi lahko detektirali z merjenjem induktivnosti tuljave L, vendar bi bila občutljivost premajhna. Zato tuljavi dodamo kondenzator C in dobimo nihajni krog, ki ga uporabimo v shemi na sliki 1. Upornik RL predstavlja upornost žice, iz katere je tuljava izdelana. Na vhodno sponko priključimo izmenični signal REF, amplituda izhodnega signala Z je odvisna od frekvence vhodnega signala REF in resonančne frekvence ω, nihajnega kroga, ki znaša približno »formula « . Na sliki 2 je podana amplituda (z dvojno polno tanko črto) in faza (z enojno polno debelo črto) izhodne napetosti Z za vezje s slike 1 za izbrane vrednosti »formula«, ki dajo resonančno frekvenco 10kHz. Širina resonančne krivulje je sorazmerna upornosti RL. Za veliko občutljivost na kovance naj bo krivulja čim ožja, zato naj ima tuljava malo ovojev debele žice.
Zaradi kovanca se induktivnost L zmanjša, zato se resonančna krivulja premakne k višjim frekvencam, kar je na sliki 2 prikazano s črtkanimi črtami. Vzemimo, da vezje ves čas vzbujamo s signalom REF, ki ima frekvenco 10 kHz. Zaradi kovanca se amplituda izhodnega signala Z zmanjša, faza pa se poveča za kot φ. Merjenje faze je za detekcijo sprememb lastnosti tuljave še posebej interesantno, saj je sprememba faze velika.
Na sliki 3 sta podana vzbujalni in izhodni signal iz vezja takrat, ko je v tuljavo vtaknjen kovanec in je med signaloma fazni kot φ. Odčitajmo vrednosti signala izhodnega signala Z ob označenih trenutkih za čase 0°, 90°, 180° in 270°; takrat torej, ko ima vzbujalni signal REF vrednost nič ali eno od ekstremnih vrednosti.
Detektor kovine z mikrokontrolerjem – mali iskalec kovancev
2013_SE207_58
