Napravimo si pripomoček za iskanje kovinskih predmetov. Detektor kovin je elektronski instrument, ki zazna prisotnost kovin v bližini. Z njim lahko iščemo kovinske predmete v zemlji, zidu in še marsikje.
   Detektorji kovin so uporabni za iskanje kovinskih predmetov, ki se skrivajo v zidu ali kovinskih predmetov, ki so zakopani pod zemljo. Pogosto so sestavljeni iz ročne enote s senzorsko sondo, ki jo je mogoče premikati pri tleh ali drugih predmetih. Če se senzor približa kosu kovine, se to kaže v spreminjajočem se tonu v slušalkah ali pa se igla premika na instrumentu, če je le-ta vgrajen. Običajno naprava nakazuje razdaljo, bližje je kovina, višji je ton v slušalki ali večji odklon igle instrumenta. Druga pogosta vrsta so nepremični detektorji kovin, ki se uporabljajo za varnostne preglede na dostopnih točkah v zaporih, sodiščih in letališčih, da bi odkrili skrito kovinsko orožje na telesu osebe.
Najenostavnejša oblika detektorja kovin je sestavljena iz oscilatorja, ki proizvaja izmenični tok, ki teče skozi tuljavo in ta proizvaja izmenično magnetno polje. Če je kos električno prevodne kovine blizu tuljave, se v tej kovini inducirajo vrtinčni tokovi, kar povzroči lastno magnetno polje. Če se za merjenje magnetnega polja uporablja druga tuljava (ki deluje kot magnetometer), se lahko odkrije sprememba magnetnega polja zaradi kovinskega predmeta.
   Naš detektor kovin je narejen malo drugače. Sestavljen je iz dveh oscilatorjev s pripadajočima nihajnima krogoma, mešalnikom obeh frekvenc in nizko frevenčnega (NF) ojačevalnika. Z oscilatorjem z nihajnim krogom s fiksno frekvenco iščemo kovino in je zato njegova tuljava montirana na konec ročaja in je večjega premera. Manjši nihajni krog oscilatorja s spremenljivo resonanco (BFO) je montiran v ohišju detektorja kovin in z njim nastavljamo višino (frekvenco) NF tona, ki ga slišimo iz zvočnika ali slušalk.

Blok shema detektorja kovin

Shema celotnega detektorja kovin je zelo preprosta. V zgornjem delu sta oba oscilatorja s T1 in T2, levo zgoraj je oscilator za iskanje (T1) s fiksnim nihajnim krogom, desno pa BFO oscilator (T2) s spremenljivim nihajnim krogom.

   Oba emiterska upora (R1, R4) oscilatorjev sta vezana na upor R5, kjer se njuni oscilaciji mešata in rezultat mešanja gre na potenciometer NF ojačevalnika. Kondenzator C6 služi za odvajanje VF komponente signala zaostale po mešanju proti masi.

   Tuljavi in gumbi so narisani z brezplačnim programom Sketchup in natisnjeni s 3D tiskalnikom.

BFO tuljava

   BFO-jev tuljavnik na zgornji sliki je premera 11,5mm in je nanj navitih 100 ovojev žice premera 0,22mm Cul/s v dveh slojih dolžine 20mm. Takšna tuljava ima približno 56uH. Vijak z gumbom služi za to, da z njim premikamo medeninasto matico v središče navitja. Tako se induktivnost tuljave zmanjšuje in resonančna frekvenca nihajnega kroga povečuje. S tem smo dobili zelo fino regulacijo frekvence oscilatorja, brez uporabe vrtilnega kondenzatorja ali feritnega jedra. Razpon frekvence oscilatorja po zgornji shemi in s takšno tuljavo je približno od 95 do 105kHz.

Tuljava za iskanje

   Tuljavnik druge tuljave, s katero iščemo kovine, ima premer 147mm, na katerega je navitih 11 ovojev iste žice kot na mali BFO tuljavi. Tuljava ima približno 54uH in s kondenzatorjem 50nF (C2 in C3 sta vezana zaporedno) niha na frekvenci približno 97kHz, torej znotraj območja BFO oscilatorja. Tuljavnik je sestavljen iz štirih delov zaradi lažjega tiskanja in ga po navijanju in povezavi kabla zlepimo s sekundnim lepilom v celoto. Navitje je tako zaščiteno pred udarci in vlago.

Tretja, manjša, tuljava za iskanje

Tretja manjša tuljava služi za iskanje kovin v bližini, ko smo že odkrili predmet z večjo, ali pa z njo iščemo kable ali vodovodno cev v zidu. Sestavljena je iz RCA konektorja (Cinch), tuljavnika in pokrova, ki jo ščiti pred mehanskimi poškodbami in vlago. Premer tuljavnika je tudi 11,5mm in je nanj navitih 103 navojev v dveh slojih iste žice. Tudi ta tuljava ima približno 54uH, isto kot tista večja.

Gotove tuljave, pripravljene za uporabo

Nizko frekvenčni ojačevalnik

Še nekaj besed o nizko frekvenčnem ojačevalniku. Tu lahko uporabimo karkoli je dosegljivo. Jaz sem izbral Push-Pull komplementarni ojačevalnik v njegovi najenostavnejši izvedbi samo zato, da ob poplavi raznih integriranih ojačevalnikov, ta ne gre v pozabo.    Izhodna stopnja se imenuje Push-Pull zato, ker eden tranzistor porine (PUSH) tok skozi navitje zvočnika preko 100uF elektrolita, medtem ko drugi potegne (PULL) tok prav tako preko elektrolita. Zvočnik bi lahko priključili tudi brez elektrolita, delovalo bi isto, vendar bi skozi zvočnik tekel stalni enosmerni tok, kar bi povzročilo pregrevanje njegove tuljavice in posledično lahko tudi njeno uničenje. Z dodajanjem 100uF elektrolita odstranimo to enosmerno komponento in na zvočnik pride samo izmenična komponenta signala.    Poglejmo si za lažje razumevanje kako elektrolit prenaša energijo na zvočnik. Če priključimo elektrolit in zvočnik zaporedno na napetost, bomo slišali kratek pok. Vzrok za to je to, da se elektrolit polni skozi tuljavico zvočnika in ta poskoči (navznoter ali navzven, odvisno od smeri toka) dokler se elektrolit ne napolni in se tuljavica vrne v svoj začetni položaj. Če napetost prekinemo in ponovno priključimo se ne bo več nič slišalo, saj je elektrolit že poln. Če želimo ponovno slišati pok, moramo ali kratko skleniti (pri izključeni napetosti) elektrolit ali pa polariteto napajanja obrniti (pozor: če je elektrolit še poln, dobimo na zvočniku dvojno napetost!). Torej kaj moramo storiti, da iz vezja dobimo zvok? Prvo polniti elektrolit, nato pa ga prazniti! Kot je vidno iz vezja, zgornji izhodni tranzistor polni elektrolit a spodnji ga prazni. Torej moramo ta dva tranzistorja krmiliti tako, da bosta polnila in praznila elektrolit. Za polnjenje elektrolita tranzistor T3 prevodi in porine tranzistor T4 navzdol proti 0V. To je bilo enostavno! Kako sedaj poriniti tranzistor navzgor, da izprazni elektrolit? Tukaj je pametna rešitev: med bazi tranzistorjev T4 in T5 sta vezani dve diodi. Padec napetosti na teh dveh diodah je na vsaki 0,6V. To je točno ista vrednost kot je padec napetosti med bazama in emitorjema obeh izhodnih tranzistorjev. To pomeni, da lahko neposredno vlečemo bazo zgornjega tranzistorja T5 tako, kot smo neposredno vlekli bazo spodnjega tranzistorja T4. Sedaj lahko povlečemo navzdol in prevaja spodnji tranzistor, a zgornji ne prevaja. To se zgodi ko tranzistor T3 prevaja. Ko tranzistor T3 ne prevaja, je zgornji tranzistor T5 odprt preko upora R7 (1k).    Tole je samo enostaven in približen opis delovanja takšnega ojačevalnika. Za mogoče napake se opravičujem. Tranzistorji uporabljeni v oscilatorjih in NF ojačevalniku niso kritični in lahko uporabimo tudi podobne. Na shemi so sicer napisani BC547 in BC557, ki sem jih uporabil pri razvoju naprave, a na tiskanini so uporabljeni BC847 in BC857 SOT23 v ohišju. Tudi ostali material ni kritičen, samo da je v danih okvirjih. Za celoten detektor kovin sem naredil tiskano vezje na sliki… …še slika z vsemi elementi… …in vgrajenega v ohišje.    Ohišje je plastično velikosti 100 X 60mm. Pokrov ja pritrjen samo na klik tako, da ni potrebno nikakršno odvijanje vijakov pri zamenjavi baterije. Na njem so štiri odprtine za BFO tuljavo, potenciometer, konektor za slušalke in RCA konektor za zunanji tuljavi, na pokrovu pa za zvočnik. Ohišje je pripravljeno za 3D tiskalnik    Na ohišje detektorja kovin sem prilepil bajonetni nosilec tako, da ga lahko preprosto nataknemo na nosilno cev premera 20mm. Tako ga lahko čisto preprosto snamemo, ko ga želimo uporabljati z manjšo tuljavo za iskanje v bližini. Uporaba detektorja kovin Detektor kovin vključimo s stikalom na potenciometru za jakost. Na ohišju detektorja imamo vtičnico za slušalke, v katero lahko priključimo slušalke. Ko so slušalke priklopljene se zvočnik izključi tako, da ne motimo okolice in zvoki v okolici tudi ne motijo našega iskanja. Gumb BFO oscilatorja nastavimo tako, da slišimo zvok iz zvočnika. Pri tem naj ne bo glavna tuljava za iskanje blizu kakšnega kovinskega predmeta. Ko slišimo nek zvok iz zvočnika, približamo glavni tuljavi kakšen kovinski predmet in višina zvoka se mora spremeniti. Torej sprememba višine tona v zvočniku ali slušalkah nam nakazuje približevanje kovinskega predmeta. Z malo vaje in prakse lahko ugotovimo s pomočjo teh sprememb velikost kovinskega predmeta in celo iz kakšnega materiala je. Medeninasti, bakreni ali aluminijasti predmeti se drugače odzivajo kot železni. S časom se navadimo in kar hitro ugotovimo iz česa je in kako velik je predmet. Skratka, vaja dela mojstra.