Bir metal detektörü yapımı için bir çok yöntem kullanılabilir. Fakat temel mantık hiç bir zaman değişmez. Temel yöntem ferromanyetik materyallerin manyetik alan karşısında sergiledikleri davranış mantığına dayanır. Bilindiği gibi materyaller manyetik davranışları açısından üç katogoride incelenir bunlar
- Paramagnetic
- Diamagnetic
- Ferromagnetic materyallerdir.
Paramanyetik materyallerin mıknatıslanmaları çok zayıf ve bu mıknatıslanmaları da mıknatıslayıcı alan yönündedir. Çünkü para manyetik maddelerin atomlarının elektron spinlerinden kaynaklanan bazı manyetik alanlar başka elektronlar tarafından yok edilir. Birbirinin manyetik alanını nötrleyen elektronlara eşleşmiş elektronlar diyoruz. Paramanyetik materyallerde eşleşmemiş elektron spin miktarı azdır ve bu yüzden manyetik alan karşısında çok küçük ve aynı yönde manyetiklenme özelliği gösterirler. Sıvı oksijen, alüminyum, azot oksit, ozon, platin, palladyum, alüminyum, krom, manganez, v.b. gibi maddeler paramanyetik malzemelere örnektirler.
Diyamanyetik maddelerin mıknatıslanmaları çok zayıf ve mıknatıslanması da mıknatıslayıcı alanla zıt yönlüdür. Diamanyetik maddelerde normal konumda çekirdek etrafında zıt yönde ve aynı hızla dönen elektronlar birbirlerinin manyetik momentlerini yok ederler. Bir dış alan uygulanınca elektronlar fazladan F=qv×B gibi ek bir manyetik kuvvet altında kalırlar. Ek kuvvet nedeniyle elektronların gördüğü merkezcil kuvvet artık aynı olamaz ve manyetik momenti alana anti paralel elektronun, hızı artarken paralel alanınki azalır. Sonuçta elektronların manyetik momentleri birbirlerini yok edemez ve madde manyetik alana zıt yönde bir dipol moment gösterir. Her madde böyle davranmakla birlikte bu etki onlarda önemsenmeyecek kadar küçüktür. Bazı diamanyetik materyaller şöyledir; Bizmut, Civa, Gümüş, Karbon, Kurşun, Bakır.
Demir, kobalt, nikel, goddinyum ve dispozyum oldukça manyetik maddelerdir ve bunlara ferromanyetik madde denir. Ferromanyetik maddeler devamlı (sürekli) mıknatısların yapımında kullanılırlar. Zayıf bir manyetik alan içinde bile birbirlerine paralel olarak yönelmeye çalışan atomik manyetik dipollere sahiptirler. Bu manyetik dipoller bir kere paralel hale getirildikten sonra dış alan ortamdan kaldırılsa bile madde mıknatıslanmış olarak kalır.
Aslında görüldüğü gibi her madde manyetik özellik gösterir fakat bunların bazıları iyi manyetik özelliğe sahipken bazıları zayıf manyetik özelliktedirler. O halde biz bu maddelerin manyetik özelliklerini kullanarak bir proje geliştirme olanağı bulabiliriz.
Bu bilgiler doğrultusunda oluşturacağımız manyetik alan çevredeki malzemeleri farklı etkileyecektir. Etkilenen malzemeler tabi ki tepki olarak manyetik kaynağımıza bir manyetik alan uygulayacaktır. Bu tepki manyetik alanı sayesinde ben, o maddenin orada var ve ya yok olduğundan söz edebilirim.
Şimdi geçelim proje uygulamasına. Proje için Tübitak’ ın sayfasında bulunan metal dedektörü projesindeki yöntemi izleyeceğiz. Projemizde en temel ve en can alıcı kısım olarak Beat Frekans Oscillatör kullanacağız.
BFO türündeki metal detektörlerinde biri değişken,diğeri sabit frekanslı olmak üzere iki osilatör bulunur. Birbirine yakın frekansta çalışan bu osilatörlerin ürettiği sinyaller, bir karşılaştırıcı (mixer) yardımıyla karşlaştırılır ve fark frekansı oluşması sağlanır. Devrede bu görevi gören entegrenin ismi CD4093 tür. Bu entegre, Quad 2-Input NAND Schmitt Trigger kare dalga osilatörü olarak da bilinir ve fark frekansının büyüklüğüne göre outputunda bir voltaj değeri oluşturur. Bu voltaj değeri ise herhangi bir hoparlöre sürülerek ses çıkarması sağlanabilir. Entegrenin datasheeti için ; CD4093BC
Şimdi oluşturduğumuz iki frekanstan birisi sabit diğeri ise değişken olması gerektiğini söylemiştik. Başlangıçta bu frekanlar birbirlerine şit olmalıdır. Bu iki frekans aynı değerde olduğunda fark frekansları “0” olacağından entegrenin outputunda bir voltaj değeri belirmeyecektir. Değişken frekenslı osilatörü oluşturacağım bir manyetik kaynak ile ilişkilendirdiğim de bu kaynak etrafındaki ferromanyetik özellikteki materyallerin oluşturdukları tepki manyetik alanlar sayesinde kaynağımın indüktansı etkilenecek ve bu etki artış yönünde olduğunda bobinin empedansı artacaktır. Kaynağın artan yöndeki empedans değişimi osilatör frekansını ters yönde etkileyecek ve frekans eşitliğini bozacaktır. Bu durumda trigger entegrenin outputunda bir voltaj belirir ve metali algılamış oluruz.
Şimdi osilatör kaynaklarını nasıl oluşturacağız? Şöyle;
Görüldüğü gibi entegrenin datasheetin de connection diagramı verilmiş. Bu diagram ile entegrenin içerisinde 4 adet gate oscillatör olduğunu biliyoruz. Ve bu gate oscillatörleri kullanarak iki adet aynı frekanslı osilatör kaynağı oluşturup, başka bir gate oscillatör ile de bunların farklarını alıyoruz. Yani toplamda 3 adet gate oscillatör kullanacağız. Bunlardan iki tanesi osilatör kaynağı için 1 tanesi ise bu osilatörlerin frakanslarını kıyaslamak için olacak.
Daha iyi anlamak için datasheetin 4. sayfasındaki typical applications bölümüne göz atabilirsiniz.
Şimdi gelelim arama bobinini yapmaya. Arama bobinini çapını ve sarım sayısını oluşturulan frekansa bağlı olarak yapmanız gerekiyor. Oluşturacağınız frekansın hesaplamalarını entegrenin datasheetinden bulabilirsiniz. Tüpitak’ın yaptığı uygulamada ve benim size verdiğim devre hesaplamarına göre arama bobininin 13 cm çaplı plastik bir daire üzerine 50 sarımla sarılan 0.3mm emaye den meydana gelmesi gerekmektedir.
Kolay gelsin…
Dökümanlar için; metal dedektörü
