pdf dosyayı incelemek için tıklayın
Transkript
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 yerol@firat.edu.tr fiekil 5: Bask› devre kart› Mart 2006 89 B‹L‹M ve TEKN‹K