Metalldetektor aus NE555 (Elektor Dez. 09)

[tobi.robotz]

Der einfache Metalldetektor aus der Zeitschrift Elektor. An den Baustein NE555 legt man zwischen treshold und trigger eine Spule und koppelt den Ausgang direkt über Discharge zurück. Am Ausgang (3) ist dann eine Rechteckspannung zu oszillographieren. Die liegt bei meinem Versuch so bei 250kHz. Ich wollte die Schaltung nämlich als Sensor verwenden. Schade nur, dass sich lediglich eine kleine Änderung der Frequenz ergab, wenn man einen Metallgegenstand an die Spule annähert. Die war mit dem Oszi schwierig zu messen. Ca. 1/10 Kästchen bei 2us. Das könnte eine Änderung von 10kHz ergeben, könnte aber auch weniger sein. Und dabei handelte es sich um eine klobige Zange. In der Originalanwendung nimmt man eine 2. Spule als Sender und ein Mittelwellenradio als Empfänger und arbeitet mit den Oberwellen der Rechteckspannung. Ist eine Anwendung als Metallsensor (der Sensor sollte klein sein) denkbar?

[Besserwessi]

Die Metalldetektoren die nach der Frequenzänderung arbeiten sind zihmlich ähnlich. Es ist dabei auch relativ nebensächlich wie der Oszillotor aufgebaut wird, solage er stabil ist. Die Frequenzänderung wird im wesentlichen durch die Spule bestimmt.

Eine Frequenzänerung um 10 KHz bei 250 kHz ist schon recht groß. Das läßte sich schon relativ gut feststellen, zumindest mit einem µC. Da ist dann die Stabilität der Oszillatorschaltung entscheidend - so stabil wie der Quarz wird ein LC Oszillator ja kaum.

Wenn man nur ein Signal braucht geht das auch wenn man die Frequnez des Oszillators mit einer festen Frequenz (ca. 249 kHZ) multiplikativ mischt. Man bekommt dann Frequenzen von ca. 1 kHz die sich um den gleichen Betrag ändern wie die 250 kHz. Nach Gehör sollten etwa 200 Hz Frequenzänderung noch warnehmbar sein, wenn man einen festen Vergleichston hat. Mit gutem Gehör und ggf. einer Schwebung könnte man auch in den 1 Hz Bereich rein nach gehör kommen.

[tobi.robotz]

Ich hab die Frequenz jetz mal mit dem Frequenzmesser meines Multimeters gemessen. Anfänglich hatte ich um die 235kHz und diese ist kontinuierlich gesunken. Die Eisenzange in der Nähe der Spule hatte manchmal einen kaum erkennbaren Frequenzsprung zur Folge. Dannach machte ich meine Arbeitsplatzbeleuchtung aus (Leuchtstoffröhre) weil die Spule nicht abgeschirmt ist. Jetzt blieb die Frequenz einigermaßen stabil auf 238kHz mit Kondensator. Sie sank ganz leicht wenn ich Eisen hinhielt und ohne Kondensator war garnichts messbar. Die Frequenz schwankte stark. Vielleicht störte wieder irgendwas.
Oder es liegt an dem ungenauen Frequenzmesser. Auf alle Fälle hat man selbst bei einem großen Eisenstück nur kleine Frequenzänderungen und eine Abschirmung mit Alufolie muss man auf alle Fälle machen.

[Besserwessi]

Bei der Schaltung muß man schon darauf achen, das die Frequenz wirklich durch die Spule bestimmt wird, nicht durch eine RC kombination. Der Ne555 ist da wahrscheinlich auch alles andere als ideal.

Etwas Abschrimen muß man schon, aber man muß aufpassen wo: die Spule selber kann man nicht komplett abschrimen, sonst kommt das HF Magnetfeld ja nicht raus zum messen.

[tobi.robotz]

Tja mein Frequenzmesser ist halt recht ungenau. Bei der Messung mit der RC-Kombination sank die Frequenz schon von 238 auf 236-235kHz wenn Eisen in die Nähe kam. Dabei hab ichs auch eine Zeit ohne Metall beobachtet und dabei hat die Frequenz nur bis 237kHz geschwankt. Aber ich glaub dir natürlich. Elektor würde auch einen Kondensator in den Schaltplan setzen wenn es mit dem auch funktionieren würde. Weil dann die Frequenz stabilder wäre. Aber ich hab mir halt gedacht wenn ich mit einem Metall die Induktivität der Spule ändere dann ändert sich auch die Resonanzfrequenz eines Parallelschwingkreises. Und ich könnte dann von einer Resonanzfrequenz in eine ander wechseln. Aber das war eine Idee und ich hab mir nichts Durchgerechnet oder tagelang Überlegungen angestellt.

[tobi.robotz]

Ahja und wenn du vll. noch kurz sagen könntest wieso es nicht mit einem Parallelschwingkreis funktioniert. Ich dacht mir ich ändere den Widerstand der Magnetfeldlinien und L = N^2 / Rm und ein Schwingkreis müsste dann eine niedrigere Resonanzfrequenz haben. Aber die Schwingung hat etwas mit der Durchlaufzeit des ICs (Ne555) zu tun (zumindest wenn man nur eine Spule verwendet.) Dabei ist die Impulszeit viel länger als die Pausenzeit die Pausen sind nur Flanken (negative Nadelimpulse). Die Impulse könnte die Durchlaufzeit sein. Bin mir aber nicht ganz sicher.

Danke für deine Antwort

[Besserwessi]

Ich sehe eher da Porblem mit dem NE55 darin, dass der halt digital arbeitet, mit einer definierten hysterese usw. Normal Baut man ein Oszillator überwiegend analog auf, mit einem Verstärker. Es kann auch mit dem NE555 gehen, und auch mit einem Parallelschwingkreis. Einen Einfluss auf die Frequenz wird der Schwingkreis schon irgenwie habem.

Die Duchlaufzeit des ICs sollte bei der Frequenz besser nicht enthalten sein, denn die ändert sich z.B. mit der Temperatur.



Wenn man Metall in die Nähe der Spule bringt ändert sich die Frequenz. Bei einem nicht magnetischen Material wird die Induktivität kleiner, weil die Magnetfeldlinien einen Umweg machen müssen, um das Metall. Bei ferromagentischem Metall kann das auch passieren, oder der leichtere Wef durch das Materail überwiegt. Dann wird die Induktivität größer. Welcher Fall eintritt hängt von der Art, Lage und Form des Metalls und auch von der Frequenz.

[Virus]

beide abweichungen sind messbar, ist doch nicht schlecht bestimmen zu können. wie groß ist eigendlich der einfluss von wasser in der nähe, ich hab als ich meinem RP6 einen metallsucher verpasst habe bei der recherge gelesen, dass bei schlechten detektoren auch wasser für metall gehalten werden kann.

[tobi.robotz]

Wie hast du den Metallsucher für den RP6 augebaut?
Wie der Metalldetektor auf Wasser reagiert weiß ich leider nicht und ich kann es auch nicht messen. Ich habe blos ein Oszilloskop (analog, uralt) und ein Frequenzmesser in einem Multimeter (sehr ungenau). Deswegen konnte ich sogar bei Metall sogut wie garnix messen. Man hat beim Oszi lediglich eine Veränderung von ca. 1/5 Kästchen bemerkt. Aber der Metallsucher vom Elektor ist echt einfach (schlecht).

[Besserwessi]

Das Problem mit dem Wasser kann tatsächlich bestehen, denn auch Wasser ist oft einigermaßen Leitfähig und kann so das Magentfeld verändern. Wenn man die Empfindlichkeit sehr hoch treibt tut sich hat auch was mit Wasser, vor allem wenn es kein destiliertes ist.
Ein bischen wird es vielelicht auch an der Frequenz liegen mit der man mißt, aber so ganz viele Möglichkeiten hat man ja nicht.
Neben der Frequenz kann man zumindest theoretsch auch die Dämpfung des Schwingkreises bestimmen. Das wird aber schon etwas komplizierter.