Metall zwischen zwei Spulen / Induktionsschleifen erkennen

[Robin1508]

Hallo Leute,

Als Beispiel für mein Vorhaben verwende ich einen Nagel, welcher in ein Holzbrett geschlagen und dort erkannt wird.
Klingt komisch, ich erkläre das mal genauer.

Ich habe zwei Bereiche die durch eine eingepresste Metallschine im Holzbrett getrennt sind. Man könnte einen Nagel nun auf die linke oder auf die rechte Seite der Schine in das Brett schlagen. Ich möchte diesen Nagel nun durch gezielt angeordnete Spulen, Induktionsschleifen oder ähnliches in dem linken oder rechten Bereich "orten".
Die genaue Position spielt keine Rolle, es geht um die differenzierung zwischen links und rechts.

Da ich kein Experte für Elektrotechnik (speziell Frequenztechnik) bin habe ich das Internet nach Metalldetektorschaltungen durchforstet. Das wäre mein erster Lösungsansatz.
Auch die Induktionsschleifen, die bei Ampel- oder Blitzerschaltungen im Straßenverkehr verwendet werden habe ich mir angesehen. Jedoch finde ich niergens eine konkrete Schaltung die ich auf einem Experimentierboard einmal versuchen könnte.

Schaltungen zu diesem Thema habe ich natürlich schon gefunden, jedoch waren diese extrem kompliziert.

Mein theoretischer Ansatz wäre:
Jeweils zwei Kupferschleifen seitlich in ein Feld des Holzbrettes. Werden diese nun durch eine RC-Schaltung in Schwingung versetzt. Nähert sich nun ein metallischer Gegenstand (der Nagel) wird die Frequenz beeinträchtigt. Dies müsste man irgendwie messen können.

Ich hoffe ich konnte das Problem irgendwie klar machen.

Vielen Dank für jeden Tipp!

[MisterMou]

Man könnte auch den komplexen Widerstand messen, dieser ändert sich ja mit der Induktivität, also mit dem Nagel.
Quasi ändert sich der Stromfluss.

Man braucht nur eine Wechselspannung und ein feines Amperemeter, bzw. Voltmeter + Messshunt

Die Frage ist nur wie sehr sich die Induktivität ändert.

[Robin1508]

Verstehe ich das richtig, muss ich den Nagel quasi durch eine O-förmig angeordnete Spule schlagen?
Die Induktivität der Spule wird sich dann dauerhaft ändern oder nur solange sich der Nagel im Magnetfeld bewegt?

Gibt es eine einfache Schaltung mit der ich eine Wechselspannung an eine solche Spule anlegen kann?

[MisterMou]

Wenn die Spule um den Nagel liegt ist das von Vorteil, bringt das beste Ergebnis, außerhalb wirkt sich viel geringer aus.

Die Induktivität ändert sich dauerhaft, sonst wäre das "Eisen" im Trafo auch Quatsch ;)


Nimm Dir ein lumpiges Steckernetzteil mit Trafo, bau die Gleichrichterdioden aus und fertig ist die Wechselspannungsquelle mit 50Hz.
Pass aber auf die 230V auf, ist ungesund
:strom



Ansonsten würde ich sagen, guck mal nach einem Resonator und verstärke die Leistung mit einem OPV.
Alternative ist einfach ein Frequenzgenerator, gibt´s als fertige ICs oder Gerät. Aber pass auf, dass Du keine Probleme mit der EMV bekommst;)

Wenn du das nicht drauf hast, rate ich Dir von sowas ab, sonnst könnte es sein, dass beim Nachbar das Radio keinen Empfang mehr hat. Und da Du nachfragst gehe ich davon aus.
Generell gillt, die Frequenz und Leistung so klein wie möglich, um möglichst wenig zu stören. Nicht, dass mal das graue Auto vor der Tür steht ;)

[Besserwessi]

Für die Ortung des Nagels ist ggf. die Metallschiene ein Problem. Die Induktivität wird nämlich von der Schiene und dem Nagel beeinflusst. Eine etwas genauere Zeichnung wäre da schon hilfreich. Es macht auch einen Unterschied was für ein Metall das ist. Zumindest bei eher niedrigen Frequenzen erhöht Eisen die Induktivität, ein nicht magnetisches Material reduziert sie.


Für die Messung der Induktivitätsänderungen gibt es ggf. es verschiedene Methoden:
Ein Möglichkeit ist ein LC Oszillator bei dem sich die Frequenz verschiebt. Für die Frequenzmessung, bzw. die Detektion der Änderungen hat man wieder verschiedene Optionen. Eine andere Alternative ist Eine Brückschaltung, die 2 sonst gleiche Spulen vergleicht.

[Robin1508]

Ich bin mir jetzt nicht sicher, aber ich glaube nicht dass die Metallschiene ein Problem darstellt. Der Nagel ist das einzige Objekt das nicht statisch ist. Ich könnte mir vorstellen das man den Aufbau gewissermaßen kalibrieren kann, so kann man bei einer Änderung davon ausgehen das der Nagel sich bewegt hat.

Eine etwas genauere Zeichnung kann ich erst morgen machen, jedoch bin ich ja noch nicht einmal sicher in wie fern sich mein Vorhaben realisieren lässt.

Danke soweit!

[White_Fox]

Du solltest mal eine Skizze anfertigen und hier reinstellen...dann kann man dir besser helfen.


Schau dir mal den Magnetfeldverlauf von Spulen mit versch. Kernformen an. Du musst die Spule so konstruieren, dass die Stelle, wo der Magel eintritt, einen Luftspalt aufweist. Durch diesen Spalt muss der Nagel.
Lies dir mal an, was Google zum Thema "magnetischer Kreis" ausspuckt. Du kannst deine Spule irgendwo unterbringen, wenn du das Magnetfeld einfach mit einem dicken Stahldraht (vllt 5mm) dorthin leitest, wo du es hinhaben willst.

Du brauchst zwei solcher Spulen, die du in Reihe schaltest. Für jede zu überwachende Stelle eine. Dann schickst du eine Wechselspannung darüber (kannst du mit einem NE555 erzeugen, je nach Induktivität würde ich es mal mit 500-1000Hz versuchen) und misst die Spannung über jeder Spule. Um festzustellen, wo der Nagel reinkommt, musst du nur die Teilspannungen über den beiden Spulen vergleichen.

[Robin1508]

Also dein Ansatz hört sich ziemlich gut an.
Ich habe mal eine kleine Skizze angefertigt.

Mein theoretischer Ansatz wäre einen einzigen Signalgeber zu konstruieren der dann alle Spulen im Holzbrett und eine Referenzspule (mit gleichen Eigenschaften) mit einem Signal versorgt.
Die Spulen im Holzbrett könnte man via Poti so einstellen dass sie näherungsweise identisch zur Referenzspule sind.
Nun könnte man mittels Spannungsmessung feststellen welche der Spulen im Holzbrett sich von der Referenzspule unterscheiden.

Den Signalgenerator würde ich wie du sagst mit einem NE555 realisieren.
Ich bin mir nur nicht ganz sicher wie genau ich das anstellen sollte. Einen "normalen" Schwingkreis der mittels 555 angeregt wird oder einfach den Ausgang vom 555 an die Spulen?


Für mich klingt das logisch, gibt es einen Haken?

Danke!



25830

- - - Aktualisiert - - -

Ich habe jetzt einen kleinen Signalgeber (wie hier: http://www.kreatives-chaos.com/images/157.png) zusammengebaut.
Im Moment erzeugt er ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von ca. 410 Hz. Wie kann ich mit diesem Ausgangssignal nun einen Schwingkreis anregen?

Gruß und Danke.

[Andree-HB]

schau mal hier :
http://www.mikrocontroller.net/topic/97013

[White_Fox]

Nein,du brauchst keine Referenz.
Eine Spule ist ein frequenzabhängiger Widerstand. Höhere Frequenz -> höherer Widerstand. Du bleibst jedoch bei einer Frequenz.

Der Blindwiderstand einer Spule wird nämlich auch noch durch ihre Induktivität bestimmt-und diese wird nach oben hin verändert, wenn du Metall in das Magnetfeld einbringst. Mit einem Schwingkreis hat das übrigens nichts zu tun. Eine Brückenschaltung wäre gut geeignet wenn du zwei Spulen vergleichen willst. So z.B.:
25845

Die Spulenpaare L1/L2 und L3/L4 wickelst du auf demselben Kern auf. Du musst sie so wickeln, dass im Betrieb über gegenüberliegenden Spulen (also L1/L3 bzw. L2/L4) auf jeden Fall die gleiche Spannung abfällt.

Das Ganze funktioniert nun nach dem altbekannten Brückenprinzip (google mal wheatstone'sche Messbrücke). Im normalen Betrieb, wenn beide Spulenpaare die gleiche Induktivität haben, wirst du keine Brückenspannung messen. (Du misst über dem LED-Zweig, dort wo die Verbindungsstellen sind.)
Wenn ein Spulenpaar nun ihre Induktivität verändert, gerät die Brücke aus dem Gleichgewicht und es fällt eine Spannung über den LEDs ab. Je nachdem, welche der beiden LEDs leuchtet, kannst du dann sehen, wo der Nagel reingehauen wurde.

Das mit dem Spulenwickeln und Abgleichen ist aber mit ner Menge Aufwand verbunden.