Detector de metais

Este detector de metais pode ser usado para encontrar pequenos objetos perdidos em gramados ou tapetes, canos e fios de metal embutidos em paredes, ou ainda detectar armas e objetos de metal em caixas e maletas. O alcance, como o de todos os circuitos que operam segundo este princípio, depende do tamanho do objeto podendo variar entre alguns centímetros para moedas e joias até perto de 10 cm para uma arma ou uma lata de cerveja. Detectores de metais são circuitos que sempre despertam a curiosidade dos montadores de aparelhos eletrônicos. No entanto, muitos são iludidos pela possibilidade de encontrar tesouros enterrados profundamente ou ainda de detectar objetos muito pequenos a grande distância sob a terra. O que ocorre é que o princípio de funcionamento da maioria dos detectores é tal que os torna apenas úteis nos casos indicados na nossa introdução. Assim, o pequeno detector que descrevemos neste artigo pode ser montado numa pequena caixa plástica e usado com eficiência para encontrar pequenos objetos em carpetes ou sob a areia e canalizações de metal e fios embutidos em paredes. Os eletricistas instaladores, profissionais de Cabeamento Estruturado e mesmo pessoal de manutenção em construções poderão desfrutar da utilidade deste aparelho no sentido de não furar uma parede onde já passa um conduto ou de localizar a passagem de fios que não sejam indicados numa planta. Uma outra aplicação interessante para este circuito é mostrada na figura 1 onde ele é usado para revistar uma pessoa, para eventual detecção de armas e objetos perigosos, ou mesmo objetos de metal que possam estar sendo roubados.



O circuito pode ser alimentado tanto por pilhas comuns como por bateria de 9V e seu consumo é relativamente baixo o que estende bastante a autonomia da fonte.

COMO FUNCIONA

O princípio de funcionamento deste detector é o mesmo da maioria dos equivalentes comerciais: batimento de freqüência. Se tivermos dois osciladores operando na mesma freqüência, misturando seus sinais conforme mostra a figura 2, o resultado será um batimento nulo.



Isso significa que, nestas condições, não teremos sinal de saída. Vamos supor que um dos osciladores gere um sinal de freqüência fixa, mas que o outro tenha a freqüência de seu sinal determinada por um circuito LC, onde o L é uma bobina exploradora. Qualquer objeto de metal que entre no campo da bobina L alterará sua indutância concentrando ou dispersando as linhas do campo magnético. Isso significa que a freqüência do oscilador se altera sempre que um objeto entrar no campo de ação de sua bobina. O resultado final disto é que as freqüências dos dois osciladores não mais serão iguais. Misturando então os dois sinais, o batimento não mais será nulo. Na saída do circuito teremos dois sinais: um cuja freqüência é a soma das freqüências dos osciladores e portanto de valor muito alto. O outro será a diferença das freqüências dos sinais dos dois osciladores. Como este sinal diferença tende a uma freqüência na faixa de áudio, se ele for amplificado e aplicado a um transdutor teremos um "apito".Assim, sempre que qualquer objeto entrar no campo da bobina exploradora, a mudança de freqüência vai se traduzir na produção de um apito no transdutor. Tanto maior a influência deste objeto no campo da bobina, maior será a diferença de freqüências entre os dois osciladores e portanto mais agudo o som produzido. No nosso circuito prático os dois osciladores são elaborados em torno de duas portas de um circuito integrado 4093. Num oscilador temos uma bobina exploradora e um capacitor de ajuste que permite "zerar" o batimento, e no outro temos uma bobina e um capacitor fixo. As outras duas portas do circuito integrado são usadas para misturar e amplificar o sinal diferença aplicando-o a um transdutor.

MONTAGEM

Na figura 3 temos o diagrama completo de nosso detector de metais.



A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 4.



O ponto mais crítico da montagem é a bobina exploradora que pode ser montada numa forma de plástico ou ainda de papelão com as dimensões aproximadas da figura 5.



Essa bobina pode ser colada diretamente sob a caixa do detector caso em que sua conexão ao circuito não precisa ser feita com fios especiais. No entanto, se a bobina for montada mais longe, num cabo para segurar, por exemplo, será preciso fazer sua conexão ao circuito através de um cabo blindado. Essa bobina é formada por 30 a 40 voltas de fio esmaltado 26 ou 28 AWG. O capacitor de ajuste pode ser aproveitado de um radio transistorizado fora de uso. Qualquer capacitor variável de 120 a 400 pF de capacitância máxima pode ser usado. O choque de RF tanto pode ser do tipo comercial como pode ser enrolado. Para isso enrole de 40 a 60 voltas de fio esmaltado 32 ou mais grosso num pequeno bastão de ferrite. Veja que o equilíbrio do circuito, ou seja, a obtenção do ponto de nulo depende fundamentalmente destes componentes. Dependendo da construção que o leitor faça pode ser necessário tentar algumas alterações nas bobinas para se conseguir zerar o circuito. Como fazer isso veremos mais adiante. O transdutor usado é do tipo cerâmico de alta impedância.

PROVA E USO

Ligando o aparelho e movimentando o controle de CV devemos ir obtendo sons cada vez mais graves até que em determinado ponto ele pára. Aproximando então qualquer pequeno objeto de metal da bobina exploradora o circuito deve "apitar" ou emitir som. Se o controle chegar ao final de seu curso antes de se obter o zero, será preciso alterar a bobina L1. Se o controle alcançar seu ponto mais grave com o variável todo aberto será preciso diminuir o número de espiras de L1. Se alcançar seu ponto mais grave todo fechado, será preciso aumentar o número de espiras de L1. Para usar o aparelho zere (obtenha o ponto de nulo em CV). Depois, basta aproximar a bobina exploradora do local em que se suspeita haver metal. Não instale o aparelho em caixa de metal para que ela não instabilize o circuito ou cause falsas detecções.

LISTA DE MATERIAL

Semicondutores: 
CI-1 - 4093B - circuito integrado CMOS

Capacitores: 
CV - capacitor variável - ver texto 
C1 - 47 pF - capacitor cerâmico 
C2 - 10 uF/12V - capacitor eletrolítico

Diversos: 
L1 - Bobina exploradora - ver texto 
L2 - 47 uH - microchoque - ver texto 
BZ - Transdutor piezoelétrico 
S1 - Interruptor simples 
B1 - 6 ou 9V - 4 pilhas ou bateria

Placa de circuito impresso, fios esmaltados e forma para as bobinas, suporte de pilhas ou conector de bateria, caixa para montagem, fios, solda.
 
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