Metal detector semplice e potente

Metal detector semplice e potente

Mia figlia si è messa in testa di voler usare un metal detector per la ricerca di reperti antichi, dove abito ci sono molti campi da esplorare, la possibilità di ritrovamento sono molto basse ma, con un po di fortuna si riesce a trovare reperti che vanno dall’epoca etrusca fino alla seconda guerra mondiale. Non volendo spendere per una voglia che potrebbe durare meno di un mese per poi, ritrovarmi con un metal detector in casa che prende polvere ho deciso di costruirne io uno. Apprezzo questo hobby, perché rilassa e lascia la mente libera dai problemi quotidiani. Attualmente i metal detector commerciali sono dotati di microprocessori, questo facilita l’elaborazione delle informazioni, rendendoli più veloci e più precisi nell’identificazione e localizzazione dei metalli.

Ma ci sono diversi rivelatori non elaborati che hanno successo tra coloro che vogliono realizzare i propri metal detector, tra cui il Surfmaster PI e questo http://blog.novaeletronica.com.br/pi-polones-construa-seu-detector-de-metal/ 

tutti di tecnologia PI (Pulse Induced). Ma anche questi rivelatori sono considerati da molti difficili da realizzare, per questo motivo ho deciso di progettare una versione di metal detector più semplice, ma con tecnologia PI.

Sebbene molti tecnici non siano d’accordo, un rilevatore PI può discriminare se ben progettato, diversi metalli, dipende dalla frequenza di campionamento.

Metal Detector Amilcar PI

Il mio metal detector che con falsa modestia ho chiamato Amilcar Pi è facile da costruire è già preregolato per la massima efficienza e non contiene componenti difficili da reperire e cosa non da meno è anche a bassissimo costo.

Il metal detector è composto da due unità principali, un trasmettitore che utilizza il generatore di impulsi strettissimi da 150uS, dalla letteratura reperita in rete risulta la soluzione più efficiente e a minor consumo. Questi impulsi amplificati da un mosfet IRF740 pilotano una bobina emettritrice. La stessa bobina funge anche da ricevitore e il suo componente principale è il LM324, un quadruplo amplificatore operazionale.

La base di partenza di questo ricevitore prende spunto da un metal detector originariamente sviluppato in Russia. Di mio c’è la rielaborazione delle stesse idee con componenti europei e, già che c’ero ottimizzare la parte oscillatrice per risparmiare mA sempre utili per apparecchi funzionanti a batteria. Il risultato è stato un rilevatore molto simile al Surfmaster PI nel suo principio di funzionamento, ma molto più semplice e con “quasi” la stessa efficienza.

Il circuito elettronico funziona così: Si parte con un oscillatore a onda quadra che ruota su un operazionale oscillante ad una frequenza di circa 130Hz con rapporto on off molto sbilanciato Ton=7,3mS mentre Toff=0,15mS.

L’uscita viene invertita da Q2 che serve a pilotare il mosfet, la scelda di R6 ed R7 è studiata per compensare il fatto che l’uscita dell’operazionale non raggiunge mai la tensione di alimentazione, tipicamente 1,5V vengono “mangiati” dall’operazionale, il partitore serve appunto a fare in modo che quando l’uscita è a uno la Vbe del transistor sia sotto la soglia di conduzione mentre quando è a zero riesca a portarlo in saturazione. Le resistenze R8 ed R9 assicurano che il mosfet abbia fronti di salita e discesa molto rapidi per evitare inutili dissipazioni di calore e dare la massima potenza alla bobina trasmittente. R11 insieme a D3 e D4 con C4 fungono fa rivelatore per la extra tensione indotta quando si interrompe il pilotaggio del mosfet. Risulta palese che esa sarà tanto più alta quanto più un elemento metallico si troverà nel circuito magnetico della bobina. R12, R13 ed R14 fissano i livelli di soglia del comparatore per la rivelazione del segnale in maniera da non avere nulla in cuffia se non in presenza di un oggetto metallico. R15, r16, R17 il potenziometro e C3 servono a filtrare le frequenze troppo elevate e contemporaneamente regolano il volume delle cuffie. C7, R18 e l’ultimo transistor amplificano il segnale captato ad un livello ottimale per le cuffie.

L’assorbimento a vuoto si assesta sui 20mA, questi accorgimenti garantiscono una durata accettabile della batteria da 9V, nulla vieta però di usare un pacco batterie al Litio 2S o 3S per una intera giornata di ricerche senza interruzioni.

La bobina del metal detector

La costruzione della bobina del metal detector è semplice, la bobina è composta da 25 spire di filo da 0,5 mm con un diametro di 19 cm.Con questa impostazione la sensibilità a una moneta da 25 mm è di 20 centimetri. Altri diametri possono essere testati per un risultato ottimale, la tabella sottostante da alcune indicazioni in merito al numero di spire in funzione del diametro per avere sempre una induttanza di circa 400uH

Diametro bobina Numero di spire induttanza
100 mm 42 402uH
120mm 36 405uH
150 mm 31 394uH
175 mm 28 387uH
190 mm 25 401uH
200 mm 26 406uH
250 mm 22 380uH
300 mm 20 390uH
400 mm 17 396uH
500 mm 15 400uH

La basetta a doppia faccia dell’elettronica è 44mm x 58mm ma non è critica e potete realizzarla come più vi aggrada

Io per il momento ho lasciato tutto in mano a mia figlia, per lo meno fino a quando non si sarà stufata del nuovo “giocattolo” e lo riporrà su un mobile a prendere polvere.

Saluti Amilcare

VOTO
40 commenti
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  1. tech
    tech dice:

    Ciao, complimenti per l’Amilcar PI, lo vorrei replicare . Poichè non sono molto esperto di circuiti elettrici, ti pongo qualche quesito in merito allo schema rappresentato:
    Il condensatore C1 da 47nF da schema vedo che ha il positivo verso GND, è un errore di rappresentazione oppure bisogna installarlo proprio come è sullo schema?
    Sul screen del modello, vedo che hai usato una sorta di potenziometro ma non trovo il corrispondente sullo schema. Dove bisogna metterlo ?
    Per le tensioni dei condensatori, vanno bene 16V ? Un ultimo elemento che non capisco è: sullo schema il pin 9 dell’operazionale va sul nodo della resistenza R16 e del condensatore C3 ma poi vedo che c’ un ramo con una freccia che va verso la resistenza R20; cosa indica quel ramo con quella freccia?

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    • Amilcare
      Amilcare dice:

      Rispondo nell’ordine
      condensatore C1 da 47nF = elemento non polarizzato è solo il simbolo al contrario ma il componente non ha verso di inserzione perciò non ho corretto la svista
      hai usato una sorta di potenziometro = esatto si tratta di R20 ed è il controllo di volume
      tensioni dei condensatori = va bene qualsiasi tensione superiore a 12V
      R20; cosa indica quel ramo con quella freccia? = il centrale del potenziometro del volume

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      • tech
        tech dice:

        Grazie per i chiarimenti…..quindi se trovo il simbolo del condensatore senza l’indicazione del polo positivo, vuol dire che quel condensatore non ha polarità giusto? Ad esempio anche C2. Posso comunque installare in tali posizioni condensatori con polarità? Oppure c’è bisogno esattamente di condensatori senza polarità ?
        Avevo tralasciato I tre simboli che stanno in alto allo schema, ma ora mi rendo conto che probabilmente sono delle indicazioni ben precise. Cosa mi indicano?

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  2. pilade
    pilade dice:

    Salve, mi sto accingendo a realizzare il circuito. Tuttavia ci sono un paio di cose che non mi tornano. In pratica l’ultimo opamp è configurato come comparatore ma ha i riferimenti di tensione entrambi variabili perchè alla fine fanno entrambi capo all’uscita del precedente operazionale. Quest’ultimo è invece configurato come derivatore e non propriamente come amplificatore. Altra cosa, il condensatore C5 penso che debba essere colegato con il piedino negativo al pin 5 dell’Lm324 anzichè a ground in quanto dovrebbe mantenere stabile la Vref prelevata dal partitore R12-R13.

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    • Amilcare
      Amilcare dice:

      Lo schema presenta un piccolo errore nel disegno a colori, il negativo di C5 va effettivamente al pin 5 dell’integrato ma, chi lo ha realizzato anche in questa versione lo ha usato senza che ne venisse compromessa in alcun modo la sensibilità. Per tale motivo ho lasciato così lo schema anziché ridisegnarlo nuovamente a colori. in fondo in quel punto l’assorbimento da parte dell’integrato è irrilevante e la capacità per stabilizzare la tensione ha poca importanza. Il resto del circuito è esatto. Mi scuso per non aver risposto subito ma ho avuto qualche serio problema personale ed do tardato un po nel rispondere.

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      • tegolino
        tegolino dice:

        Buongiorno Amilcare ,
        Avrei una domanda da porre se non disturbo.
        Ho in possesso un metal pi -land craft-
        In dotazione ha due piastre,una da 360mm, che da circa 600uH ,ed una 1200×1200 che da circa 400uH . Non capisco il perché di questa differenza dato che il metal funziona bene con entrambe ugualmente. Ne ho costruita una da 200x180mm con induttanza 413uH ma ,come gli saldo il cavo che va a collegarsi al metal, misurando all’estremità del cavo,l’induttanza sale a 480…. anche qui non capisco il perché. Non è che è possibile avere una delucidazione su questo problema? Nell’attesa di una risposta Ringrazio tutti anticipatamente grazie

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        • Amilcare
          Amilcare dice:

          Questo genere di metal detector è molto tollerante con induttanze anche con spostamento del 50% del valore nominale . Per quanto riguarda il valore che varia in circuito non so darti una spiegazione certa. Potrebbe trattarsi anche della geometria di costruzione che cura mutua induttanza con il cavo di collegamento

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      • tegolino
        tegolino dice:

        Grazie della risposta…dunque alla fine è solamente la prova sula campo per vedere quale induttanza sia migliore da quello che capisco. Vedrò di preparare più avvolgimenti ,con stesso diametro, variando sui giri delle spire per capire quale sia il migliore. Ma potrei andare incontro a rotture del circuito ? Chiedo perché io sono un saldatore,stampista,restauro auto e modifico motori ma di elettronica proprio per me è una novità…tranne qualche modifica a centraline elettroniche auto ma niente di che. Grazie

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    • vectroum
      vectroum dice:

      Hello and thank you.
      I have checked everything over and over.
      Coil is 200mm diameter 0.5mmm enameled wire with 405uH industance.
      Pcd made with Gerber files you provide.
      I used irf740 mosfet, 1 bc557 transistor pnp, 1 bc337 npn, lm324 as opamp, 1 22k potensiometer and a beeper. Connections are like the schematic in your post. Is it possible to post photos in order you to check?

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      • Amilcare
        Amilcare dice:

        Non so se quei file Gerber possano essere corretti ho realizzato molte varianti. A seguito del futuro del PC in cui avevo riposto i file non ho più nulla. In seguito ho trovato in una chiavetta dei file ma non so se sono corretti. Vista la semplicità dello schema che è sicuramente corretto ti consiglio di rifarlo da nuovo partendo dallo schema. Oppure seguendo lo schema controlla che non ci siano differenze con il pcb.

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  3. vectroum
    vectroum dice:

    Hello I am trying to make this detector but have problem to make it work.
    I made 2 pcbs based on schematic but they won’t work.
    Is there any change in schematic?
    Please help.

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  4. sbaggo
    sbaggo dice:

    Salve io ho provato a costruire in breadbord il circuito come da schema ma, con l’unica differenza nell’uso di due LM358N al posto dell’ LM324 potrebbe dare qualche problema? Inoltre come transistor per le cuffie ho utilizzato un BC547. Cordiali saluti.

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    • Amilcare
      Amilcare dice:

      Come ho già detto nei commenti tutti i dati del progetto sono andati perduti a causa della morte prematura del hdd su cui erano memorizzati, per lo schema lo trovi a dimensione reale se clicchi sopra lo schema è apri la immagine in una nuova scheda.
      Manca solo la indicazione del transistor delle cuffie che può essere scelto a piacimento basta che abbia almeno 100mA e una tensione di lavoro almeno superiore a quella della batteria con cui è alimentato nel mio caso ho usato un BC338 per lo stampato non posso aiutarti dovrei rimettermi a rifarlo partendo da zero.

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  5. Fonzie
    Fonzie dice:

    Buonasera, grazie per la condivisione di questo bel circuito. Ho letto che lei ha utilizzato un bc328 per amplificare le cuffie, essendo un transistor PNP lei lo ha collegato al contrario rispetto allo schema dico bene? Cioè con l’emettitore in alto ed il collettore verso massa? Poi volevo chiederle il valore dell’induttanza della bobina è critico? cioè occorrono per forza 400 uH o è possibile creare altri valori? Sto costruendo questo circuito e tra poco lo testerò. Grazie.

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    • Amilcare
      Amilcare dice:

      No il transistor usato è un BC338 ma evidentemente avendo scritto la risposta al telefono il correttore lo ha cambiato in BC328 mi scuso per la svista involontaria ma qualsiasi transistor NPN con qualche centinaio di mA di collettore può essere usato. Per la bobina puoi tentare altre geometrie basta che il valore della induttanza si avvicina a 400mH

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