pdf dosyayı incelemek için tıklayın

Kendimiz Yapal›m
Yavuz Erol*
Metal Detektörü
Bu yaz›da düflük maliyetli basit bir metal detektörünün nas›l yap›labilece¤i anlat›l›yor. Gerçeklefltirilen detektör ile demir, nikel gibi ferromanyetik özellikteki malzemeler yak›n mesafeden alg›lanabiliyor.
Tasarlanan detektör devresi BFO (beat frequency oscillator, vuru frekans osilatörü) türünde. Farkl› çal›flma flekillerine sahip metal detektörleri hakk›nda bilgiler, Bilim ve Teknik dergisinin 445. say›s›n›n “nas›l çal›fl›r” köflesinden incelenebilir.
BFO türündeki metal detektörlerinde biri de¤iflken, di¤eri sabit frekansl› olmak üzere iki osilatör
bulunur. Birbirine yak›n frekansta çal›flan bu osilatörlerin üretti¤i sinyaller bir kar›flt›r›c› (mixer) yard›m›yla kar›flt›r›larak fark frekans oluflmas› sa¤lan›r. Bu
yöntem heterodin kar›flt›rma olarak da adland›r›l›r.
fiekil 1’de BFO türündeki metal detektörünün blok
diyagram› görülüyor.
Blok diyagram›ndan görüldü¤ü gibi, de¤iflken
frekansl› osilatör devresinde bir arama bobini bulunmakta. Arama bobini osilatörün bir parças› ve ayn›
zamanda detektörün metale duyarl› birimi. Arama
bobinine metal bir cisim yaklaflt›r›ld›¤›nda osilatör
frekans› bu durumdan hemen etkilenir. Sabit frekansta çal›flan di¤er osilatör ise ortam flartlar›ndan
etkilenmeyecek flekilde tasarlan›r. Detektör devresinin do¤ru flekilde çal›flmas› için öncelikle 1. ve 2. osilatörün frekans›n› birbirine eflitlemek gerekir. Bu ifllem, devrenin yap›s›na göre de¤iflken bir kondansatör veya potansiyometre yard›m›yla yap›l›r. Ayarlama
iflleminin ard›ndan eflit frekansl› iki sinyal, fark frekans oluflturmak amac›yla kar›flt›r›c› birimine uygulan›r. Kar›flt›r›c›n›n yapt›¤› ifl, girifllerine uygulanan f1
ve f2 frekansl› iki sinyali çarpmaktan ibaret. Bu ifllem
sonucunda (f1+f2) ve (f1-f2) frekansl› sinyaller oluflur. Toplam frekansl› sinyalin frekans› oldukça yüksek oldu¤undan bu sinyal bir alçak geçiren filtre kullan›larak süzülür. Böylece filtre devresinin ç›k›fl›nda
sadece fark frekansl› olan sinyal kalm›fl olur. Tahmin
edilece¤i üzere iki osilatör ayn› frekansa sahip iken,
fark frekans s›f›r olaca¤›ndan ses yükselteci ç›k›fl›ndaki hoparlörden bir ses duyulmaz. Fakat herhangi
bir nedenle osilatörlerden birinin frekans› artar veya
azal›rsa, hoparlörden düflük frekansl› bir ses duyulur.
fiekil 3: Devre flemas›
miktar de¤iflim gösterir. Frekansta de¤iflikli¤e neden
olan etki, bobinin indüktans›ndaki de¤iflimdir. Denklem 1’den de görüldü¤ü üzere bobinin indüktans›
(L), sar›m say›s›n›n karesine, bobinin geometrik yap›s›na ve ortam›n ba¤›l manyetik geçirgenli¤ine ba¤l›.
(1)
Ferromanyetik malzemeler, yüksek manyetik geçirgenli¤e (Ìr) sahip oldu¤undan indüktans de¤erini
artt›racak flekilde etki yapar. ‹ndüktans de¤erindeki
art›fl, osilatör frekans›n›n azalmas›na neden olur.
Frekans›n biraz kaymas›, kar›flt›r›c› ç›k›fl›nda bir fark
frekans meydana getirir. Hoparlörden duyulan ses ile
bobinin yak›n›nda metal bir cisim oldu¤u anlafl›l›r.
Metal detektörünün devre flemas› flekil 3’de görülüyor. Devrenin en önemli eleman› CD4093 adl›
CMOS entegre. ‹ç yap›s›nda 4 tane iki giriflli VE-DE⁄‹L (NAND) kap›s› bulunan bu entegre, Schmitt tetikleyici özelli¤ine de sahip. Devredeki sabit ve de¤iflken frekansl› iki osilatör ile kar›flt›r›c› devresi bu lojik kap› kullan›larak tasarlanm›fl. U1A kap›s› ile R1,
R2 ve C1 elemanlar› sabit frekansl› osilatör devresini oluflturur. Frekans ayar› R2 potansiyometresi yard›m›yla yap›l›r. Hassas ayarlama için çok turlu trimpot kullanmak daha uygun bir seçim olacakt›r. U1B
kap›s› ile C2, C3 ve L elemanlar› ise de¤iflken frekansl› osilatör devresini oluflturur. Colpitts türündeki
LC osilatörün sal›n›m frekans› (2) nolu formülle hesaplan›r. Formülden görüldü¤ü gibi osilatörün çal›flma frekans›, bobinin indüktans›na ve kondansatörlerin kapasite de¤erine ba¤l›.
(2)
‹ndüktans
fiekil 2’de görüldü¤ü gibi, arama bobinine metal
bir cisim yaklaflt›r›ld›¤›nda 1. osilatörün frekans› bir
Detektör devresi
fiekil 2: Metal alg›lama
Devre flemas›nda görülen U1C kap›s›, tek bafl›na
kar›flt›r›c› olarak görev yapar. Kar›flt›r›c› ç›k›fl›ndaki
sinyalin yüksek frekansl› bileflenlerini süzmek amac›yla R3 ve C4 elemanlar›ndan oluflan 1. dereceden
alçak geçiren filtre kullan›l›r. C5 kondansatörü, ses
yükselteci ile kar›flt›r›c› aras›ndaki kapasitif ba¤lant›y› sa¤lar. R4 ve Q1 ise hoparlörü (veya kulakl›¤›) sürmek amac›yla kullan›l›r. Hoparlörün ses fliddetini artt›rmak için LM386 ile tasarlanm›fl daha iyi bir ses
yükselteci de kullan›labilir.
Arama bobini
fiekil 1: BFO türünde metal detektörü
B‹L‹M ve TEKN‹K 88 Mart 2006
Arama bobini olarak 50 sar›mdan oluflan bir bobin haz›rlanmal›. Sar›m iflleminin 13cm çapl› silindirik bir malzeme üzerine 0.30mm çapl› emaye kapl›
bak›r tel kullan›larak yap›lmas› gerekiyor. Bobini ha-
Kendimiz Yapal›m
fiekil 4: Bobin
tan alg›lama yapabilecek duruma gelmifl olur. Alg›lama uzakl›¤› metalin büyüklü¤üne ve cinsine göre de¤ifliklik gösterir. Örne¤in bir tencere kapa¤› 10cm
uzaktan alg›lanabilirken, madeni para ancak birkaç
cm uzaktan alg›lanabilir.
Devreyi farkl› bir flekilde çal›flt›rmak da mümkün.
Bu çal›flma fleklinde, bobinin yak›n›nda metal bir cisim yokken bile hoparlörden ses duyulacak flekilde
R2 ayarlan›r. Bobine metal bir cisim yaklaflt›r›ld›¤›nda hoparlörden duyulan sesin tonunda bir de¤iflim
meydana gelir. Detektör devresi sürekli ses yayaca¤›ndan kulakl›k kullanmak daha uygun olacakt›r. Bu
yöntem, sadece R2 potansiyometresinin hassas ayarlanamad›¤› durumlarda tercih edilmeli.
Metal detektörünün yap›m› için gerekli malzemeler flunlar.
Detektörün elde tafl›nabilmesi amac›yla flekil 6 ve
7’dekine benzer tasar›mlar yap›labilir. Plastik tutacak sayesinde detektörün yüzeye paralel flekilde kolayca gezdirilmesi sa¤lan›r.
z›rlamak için yaklafl›k 20m tel gerekli. Arama bobini
detektörün en önemli k›sm›n› oluflturdu¤undan sar›mlar gevflek yap›lmamal›. Sar›m iflleminin ard›ndan
bobinin da¤›lmas›n› önlemek amac›yla izole bant yard›m›yla bobinin çevresi sar›lmal› (flekil 4). Bobini devreye lehimlemeden önce boflta kalan iki ucu ince z›mpara ka¤›d› ile kaz›yarak iletken k›sm› a盤a ç›karmak gerekiyor. Arama bobini yukar›da belirtilen flekilde sar›ld›¤›nda bobinin indüktans› yaklafl›k 780uH
(mikro Henry) oluyor. Bu indüktans de¤erine göre
osilatör frekans› formül (2) kullan›larak hesaplan›rsa
frekans›n yaklafl›k 80kHz oldu¤u görülür.
Ayarlamalar
Detektör devresi flekil 5’de görüldü¤ü gibi küçük
bir bak›r plaket üzerine monte edilir. Arama bobininin uçlar› devreye uygun flekilde lehimlenir. Detektör
devresinin düzgün olarak çal›flabilmesi için öncelikle
frekans ayar›n› yapmak gerekir. Ayarlama esnas›nda
bobinin yak›n›nda herhangi bir metal malzeme bulunmamal›. Devreye 9V’luk pil ba¤land›ktan sonra hoparlörden hiç ses duyulmayacak flekilde R2 potansiyometresi ayarlanmal›. Bu ayar› yapmak biraz zaman
alabilir. R2’nin do¤ru flekilde ayarland›¤›ndan emin
olmak için arama bobinine metal bir cisim (örne¤in
anahtar veya madeni para) yaklaflt›r›l›r. Bu esnada
hoparlörden tiz bir ses duyulmas› gerekir. E¤er ses
duyulmuyorsa veya metal uzaklaflt›r›ld›¤› halde ses
duyulmaya devam ediyorsa R2 hassas flekilde tekrar
ayarlanmal›. Böylece metal detektörü 5-10cm uzak-
Bu basit detektör tasar›m› çok ideal özelliklere
sahip olmasa da, bir metal detektörünün nas›l çal›flt›¤›n› göstermesi aç›s›ndan oldukça güzel bir uygulama özelli¤i tafl›yor. Yap›lan detektör, hangi malzemelerin ferromanyetik özelli¤e sahip oldu¤unu tespit etmek aç›s›ndan deneysel uygulamalarda rahatl›kla kullan›labilir.
Kaynaklar
V. Güleryüz, Maden ve Define Detektörleri, Birsen Yay›nevi
H. Kuntman, Endüstriyel Elektronik, Birsen Yay›nevi
http://siliconchip.com.au
*F›rat Üniv. Elek-Elektronik Müh. Bölümü
[email protected]
fiekil 5: Bask› devre kart›
Mart 2006
89 B‹L‹M ve TEKN‹K