detector de metales
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Introducción
Definimos como resonancia al comportamiento de un circuito con
elementos inductivos y capacitivos, para el cual se verifica que la tensión
aplicada en los terminales del mismo circuito, y la corriente absorbida, están en
fase. La resonancia puede aparecer en todo circuito que tenga elementos L y
C. Por lo tanto existirá una resonancia serie y otra resonancia paralelo o en una
combinación de ambos. El fenómeno de resonancia se manifiesta para una o
varias frecuencias, dependiendo del circuito, pero nunca para cualquier
frecuencia. Es por ello que existe una fuerte dependencia del comportamiento
respecto de la frecuencia. Deviene de ello la gran importancia de los circuitos
sintonizados, especialmente en el campo de las comunicaciones, en lo que
hace a la sintonización de señales de frecuencias definidas o al "filtrado" de
señales de frecuencias no deseadas. Genéricamente se dice que un circuito
está en resonancia cuando la tensión aplicada y la corriente están
en fase, el factor de potencia resulta unitario.
¿Qué es un detector de metales?
Un detector de metales es el instrumento que mediante una serie de impulsos
electromagnéticos es capaz de detectar objetos metálicos. Se usan como
medio de seguridad, búsqueda de minas o en la búsqueda arqueológica de
objetos.
DETECTOR DE METAL USO DE DIFERENCIA RESONATOR.
Aquí se describe un detector de metal simple utilizando una diferencia de
resonador y un par de transistores. Se puede detectar conductores (metales)
en sus proximidades hasta> 4 cm. El instrumento es un prototipo, se puede
construir un modelo más grande en principios similares al aumentar las
dimensiones de componentes del detector y el uso de más energía. Ocultos
estructuras metálicas, como láminas de metal encerrado en cubierta de plástico
(como las de los artículos de consumo, por ejemplo pasta de dientes tubos etc),
pueden ser fácilmente detectables utilizando este instrumento. Sin embargo
láminas metálicas muy finas pueden pasar inadvertidas debido a grande
resistencia ofrecida por ellos a corrientes de Foucault. Un pequeño anillo de
alambre de cobre a una distancia de 2 cm es suficiente para activar el detector.
Pequeños objetos como puntas de recarga de materiales magnéticos son
también suficiente para activar el detector. Otro uso del detector se encuentra
en pruebas devanados del transformador que se ha demostrado gráficamente
en la figura 3.
Fig. 3: Pictorial indicación sobre cómo probar bobinas de los
transformadores de bobinado.
Para una bobina bueno si cortas los dos extremos de la bobina (A, B), el LED
debería encenderse, si no la bobina tiene una ruptura interna. Así que prueba
el transformador, tanto para un corto circuito, así como la continuidad sin hacer
contacto eléctrico.
Fig. 1: Esquema de conexiones del detector de metales. Las bobinas son sólo
indicativos rodamiento no se asemejaban a aspecto práctico. El tubo interior de
la bobina tiene que ser asegurado firmemente usando no magnéticos,
materiales no conductores y debe ser lo suficientemente resistente. Las varillas
de ferrita debe ser suficientemente seguro en su posición este puede hacer
usando esmalte sintético. Un desplazamiento involuntario leve puede alterar el
equilibrio del resonador drásticamente. G1, G2 forma el oscilador y el otro de 4
puertas actúa como tampones para conducir la bobina externa.
Aspecto práctico. El tubo interior de la bobina tiene que ser asegurado
firmemente usando no magnéticos, materiales no conductores y debe ser lo
suficientemente resistente. Las varillas de ferrita debe ser suficientemente
seguro en su posición este puede hacer usando esmalte sintético. Un
desplazamiento involuntario leve puede alterar el equilibrio del resonador
drásticamente. G1, G2 forma el oscilador y el otro de 4 puertas actúa como
tampones para conducir la bobina externa.
ANÁLISIS DE RESONATOR FORZADO.
El análisis de la fuerza de resonador es como sigue. Consideramos el
modelo en el figura.
Fig. 3: Modelo para la fuerza de resonador. Vg y Rg son para la entrada,
mientras que la mayoría de las fronteras exteriores la resistencia se concentra
en la inductancia L, que se muestra como RL.
Vg es un pulso rectangular con un pequeño período de tiempo suministrada por
la puerta y Rg es su resistencia interna en la salida. La frecuencia de Vg es la
misma que la de la resonante frecuencia de circuito LC. La salida a través del
circuito LCR es sinusoidal en la resonancia. La conducción tensión Vg y el
voltaje a través de la red LCR se muestran en la figura a continuación. Vamos
Vr ser el voltaje a través de la red LCR entonces la corriente a través de
resistencia interna de la puerta se puede escribir como,
Donde ωr (periodo T) es la frecuencia de resonancia del circuito LC.
Consideremos en primer lugar un único de impulso de activación, sin embargo,
el presente resonador es una unidad de doble pulso con aproximadamente TP
= π. Vamos TP (en términos de ángulo de fase, esto será llamado φ) es el
período del pulso que acciona el circuito LC. La potencia transferida a la red
LCR es entonces (TP es pulso supone que se sitúa simétricamente a lo largo
del pico positivo de la sinusoide),
Cuando la salida de la puerta es baja el condensador se descarga a través de
Rg y el corrientes sinusoidales a través de la resistencia inductiva RL también
producen pérdida en el poder. Estos se puede resumir en el poder disipativo
escrito como,
Cabe señalar que T representa 2π en términos de ángulo de fase. Resolvemos
las anteriores ecuación utilizando ωrt = θ. Resolver PTLCR - PdissLCRRg = 0
para Vr, se ve que
Que es la amplitud de la resonancia forzado accionado por un periodo de
impulso TP de la misma frecuencia ωr = 2 π 𝟋 .Esta fórmula ha sido
comprobado por simulación y acepta bastante también. Cabe señalar que en la
ecuación-2 y la ecuación 3-la límite π se ha expresado en términos de f, i.e
decir 1/2F.
En el caso de doble resonador pulsado, el resonador es accionado por un pulso
positivo de TP anchura en la fase positiva y con un pulso negativo de la misma
anchura en la fase negativa. Este es realmente el caso con el detector de
metales resonador. La tensión lograda por este resonador es sólo el doble de
(4).
Cómo funciona: El principio de funcionamiento del instrumento se basa en
detectar el campo magnético producido por corrientes de Foucault (consulte un
libro de texto estándar sobre ingeniería eléctrica) generados en conductores
cuando se colocan en campos magnéticos variables. Dado que un campo
magnético que varía produce un campo eléctrico de acuerdo con la ley de
Faraday, este campo eléctrico en presencia de un conductor creará corrientes
en él como conductores tienen grandes cantidades de carga libre en ellas. La
inducida por campos eléctricos será circular y cuando se producen
naturalmente dentro de un conductor dará lugar a las corrientes, como por la
ley de Ohm.
Estas corrientes se denominan corrientes de Foucault. Estas corrientes a su
vez, dar lugar a un campo magnético (una corriente eléctrica da lugar a un
campo magnético) que se opone a la campo de nivel superior (es decir, la que
está produciendo las corrientes de Foucault), reduciendo así la intensidad del
campo en su vecindad. El instrumento actual utiliza este efecto para detectar la
presencia de un conductor. Dos pequeños bobinas (200 vueltas de cobre (Cu
0,08 mm) de alambre pluma de gel de relleno del tubo) se colocan dentro de
una mucho más grande bobina externa que induce corrientes resonantes en las
dos bobinas (las dos bobinas en serie forman una diferencia resonador junto
con el condensador conectado a ellos) por el campo magnético variable que
produce.
La bobina más grande en sí está hecha para resonar por conducción con una
onda cuadrada (G1, G2 oscilador) aproximadamente igual a la frecuencia de
resonancia del circuito LC formado por la bobina exterior y el condensador
conectado a ella.
Esto crea corrientes sinusoidales en la bobina externa, produciendo sinusoidal
el campo magnético de acoplamiento de las dos bobinas interiores. Si las dos
bobinas están colocadas simétricamente con respecto a la bobina externa que
será inducida por igual y si uno fuera a tomar una diferencia entre ellos
entonces uno se obtiene una señal de cero. Como se muestra en el diagrama
esquemático las dos bobinas están conectadas de tal manera que la diferencia
de las fuerzas electromotrices inducidas (fuerza electromotriz) se alimenta al
circuito detector de transistor. Ahora cuando un conductor es llevado cerca de
una de las bobinas internas las corrientes de Foucault en el conductor se
reduce el flujo magnético a través de la bobina de la reducción de la fuerza
electromotriz inducida en la bobina particular.
Esto, a significa a su vez una señal de diferencia grande de las dos bobinas,
como una asimetría en el flujo ha sido establecido debido a la presencia de un
objeto conductor cerca de una de las bobinas. Esta señal de diferencia se
alimenta para el transistor Q1, a través de DC condensador de filtro de 10uF,
que se ha configurado como una pequeña señal amplificador. El amplificador
está sesgado con una resistencia de gran base de 1MΩ.
La señal de diferencia A.C directamente aparece a través de la unión base-
emisor del transistor de producir grandes cambios en la corriente de emisor (La
corriente de emisor está conectado de manera exponencial con la tensión de
base-emisor, el cual proviene de aproximación a Eber-Molls modelo del
transistor). Esto produce correspondientemente grandes cambios de voltaje en
el circuito del colector que tiene una gran resistencia.
Una pequeña señal producida debido al campo magnético de corrientes de
Foucault en un pequeño trozo de conductor como un tornillo o tuerca es
suficiente para activar Q2 a través de Q1. Normalmente las dos bobinas se
ajustan de manera que la señal de diferencia de ellos es un mínimo.
En este modelo particular, es posible ajustar está a una tensión tan pequeña
como Vpk-Vpk de 5mV de onda sinusoidal. Q2 más o menos desempeña el
papel de un interruptor electrónico. Los objetos magneticos tienden a recoger el
flujo y aumentar, aumentando la fuerza electromotriz inducida en la bobina,
mientras no magnéticos conductores debido a sus corrientes parásitas tienden
a reducir el campo magnético reduciendo así la fem inducida en la bobina
próxima. Estos dos tienen efectos opuestos sobre la señal de diferencia. Pero
desde la señal de diferencia se ha establecido en un valor muy pequeño
nontheless el aumento requerido en la diferencia de voltaje siempre es posible
que tanto los tipos de materiales, que es enorme cuando en comparación con
la diferencia residual de onda sinusoidal 5 mV pico a pico. Así que cuando un
objeto metálico es traído cerca de la bobina del detector que causa un enorme
cambio en la diferencia de tensión y hace que el transistor Q2 se encienda y
apague la Q1. Que amplifica la diferencia de tensión alimentada a ella desde
las bobinas internas.
Se puede variar los condensadores (conectado con los resonadores) en
ensayo y error base y fijar el valor para la máxima sensibilidad o bien se puede
referir a un libro de texto en la ingeniería eléctrica a calcular la inductancia de
las bobinas y seleccionar manualmente una frecuencia de resonancia (aquí una
frecuencia de ~ 55 kHz se ha seleccionado) y conducir el oscilador (G1, G2) a
esa frecuencia. Asegúrese de que los dos resonadores (una con el interior de
dos bobinas en serie y el que tiene el entorchado exterior) tienen
aproximadamente la misma frecuencia de resonancia. Algunas fórmulas útiles
se dan a continuación,
La frecuencia de resonancia de un circuito LC (como se encuentra en muchos
libros de texto sobre eléctrica ingeniería) está dada por:
La frecuencia del oscilador RC utilizando puertas está aproximadamente
propuesta por:
Se pueden variar los valores de R, C utilizando resistencias y condensadores
variables para ajustar la frecuencia. Otra manera de construir un modelo portátil
sería el uso de un tubo de barra de pegamento 20 g al construir el detector. El
entorchado exterior puede ser enrollado (o ya bobina enrollada puede ser
instalado) de la tapa con un tubo central de apoyo y pegadas a ambos lados
por a dos no conductor, no magnético sólido marcos circulares a lo largo del eje
con agujeros en ellos. Todas las conexiones de las bobinas se pueden extraer
de la parte trasera del tubo y conectada a una caja con un cuerpo de sujeción
conveniente la electrónica, los indicadores y la batería de 9V. La Figura 3
muestra cómo el detector de metales se pueden utilizar para de prueba de
transformadores bobinados sin hacer ningún contacto eléctrico con la bobina.
Fig. 2: una posible disposición de la bobina del detector.
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