Circuits de détecteur de métaux expliqués : Guide professionnel

La sécurité est l'une des rares priorités universelles, quel que soit l'endroit où l'on se trouve. Par conséquent, les contrôles de sécurité dans la plupart des lieux publics et privés sont systématiques. Les agents utilisent soit des portiques détecteurs de métaux, soit des baguettes portatives. Les détecteurs de métaux aux points de contrôle utilisent un circuit de détecteur de métaux simple. Dans cet article, nous plongeons en profondeur dans ce circuit. Les détecteurs de métaux sont aujourd'hui très courants, sous différentes formes : baguettes de sécurité, détecteurs de recherche au sol, détecteurs d'objets d'art, etc.

Principe de fonctionnement du circuit détecteur de métaux

Les circuits de détecteurs de métaux utilisent un oscillateur produisant des courants alternatifs. Un courant de Foucault (eddy current) traverse le métal quand il est actif. Le courant passe alors dans une bobine, créant un champ magnétique alternatif.

Ce champ magnétique attire les métaux proches de la bobine. Le métal modifie alors le champ magnétique qui lui est lié. Par conséquent, la bobine du circuit détecte ce changement de champ magnétique.

Avantages

• Circuits simples et faciles à utiliser
• Les capteurs de proximité peuvent fonctionner comme microcontrôleurs

Inconvénients

• Portée de détection courte
• Discrimination sélective des objets non métalliques limitée

Comment construire un détecteur de métaux

Analyse détaillée des composants

CI détecteur de proximité TDA0161

Le TDA0161 détecte les objets métalliques en mesurant les changements de fréquence des courants de Foucault sans délai.

Avec un circuit accordé, le TDA0161 agit comme un oscillateur. Tous les changements de courant d'alimentation déterminent le signal de sortie. Un signal haut indique la présence de métal ; un signal bas indique l'absence de métal.

Le TDA0161 est un boîtier DIL (dual in-line) à 8 broches.

Bobine de réception

La bobine de réception est en fil de cuivre émaillé 30 AWG. On peut la remplacer par tout matériau conducteur enroulé en bobine.

Après enroulement, vérifiez un diamètre de 5,8 cm. Le nombre total de spires varie entre 140 et 150.

Le circuit

Le circuit utilisé est un circuit LC (inductance et condensateur en parallèle). Il résonne quand un matériau de fréquence similaire s'en approche. Condensateur et inductance se chargent alternativement.

Quand le condensateur est pleinement chargé, la charge passe à l'inductance. Dans d'autres cas, l'inductance se charge quand le condensateur est vide, et le condensateur puise alors sa charge dans l'inductance. La charge de l'inductance diminue, puis le condensateur se recharge pour remplir l'inductance, et ainsi de suite. En conclusion, les bobines d'induction stockent le champ magnétique, tandis que les condensateurs stockent le champ électrique.

Explication détaillée du circuit et résultats

Une fois tous les composants connectés et disposés, commençons l'expérience :

• Le circuit LC (L1 et C1) capte toute fréquence de résonance proche d'un métal. L'attraction métal-aimant crée un champ électrique, induisant un courant dans la bobine et modifiant le flux de signal dans la bobine de réception.
• La résistance variable ajuste la valeur du capteur de proximité pour l'égaler au circuit LC. Vérifiez la valeur quand la bobine de réception n'est près d'aucun métal. Dès qu'elle détecte du métal, les signaux de rétroaction de phase changent.
• Le détecteur de proximité détecte le changement de signal et réagit. La sortie du capteur est de 1 mA sans détection métal, et 10 mA avec détection.
• Quand la sortie est haute, la résistance R3 applique une tension positive au transistor Q1. Q1 s'enclenche, la LED s'allume, puis le buzzer retentit (signal audio). La résistance R2 limite le courant.

Détecteur de métaux avec Arduino UNO

On peut aussi construire un détecteur simple et efficace avec un Arduino. Les composants courants incluent :

• Bouton de déclenchement
• Bouton latéral pour régler la fréquence
• Interrupteur
• 3 piles AA – 4,5 V
• Moteur
• Tête circulaire simple
• LEDs
• Bobine de fil
• Potentiomètre
• Haut-parleur
• Objet conducteur

Une fois le circuit connecté, le schéma devrait ressembler à ceci :

Cette configuration utilise un Arduino UNO pour programmer un ATMega328 en boîtier DIP. Retirez l'ATMega328 de la carte de développement, ajoutez-le avec les autres composants sur une platine d'essai.

Le pack de piles alimente l'ATMega328, l'oscillateur et le moteur avec LEDs.

Il faut maintenant écrire le code. Une compréhension des principes de base de la programmation est nécessaire : fonctions setup, interrupt et loop.

Fonction Setup

Fonction Interrupt

Fonction Loop

Avec ce circuit, on peut détecter des objets conducteurs : petits métaux avec la sensibilité la plus faible, bagues en acier, pièces, vis avec la sensibilité maximale. Pour étendre la portée, augmentez le courant dans l'inductance (double alimentation ou plus de spires de fil).

Il y a une courbe d'apprentissage, mais ce circuit est plus avancé et permet de construire une large gamme de détecteurs : portatif, portable pour art, voire industriel.

Applications

• Identification de métaux (or, fer, argent)
• Détection d'objets métalliques, indésirables, matériaux inorganiques
• Cartographie de structures géologiques

Conclusion

Les possibilités d'expérimentation avec les circuits détecteurs de métaux sont illimitées. Vous pouvez innover ou même inventer basés sur ces connaissances.

Si cet article a suscité votre intérêt, vous êtes au bon endroit. Quand vous serez prêt à explorer davantage le monde des circuits, n'hésitez pas à nous contacter. Nous répondons à tous vos besoins en circuits imprimés pour développer vos détecteurs.