ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ «ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΑΝΙΧΝΕΥΤΗ ΜΕΤΑΛΛΩΝ CONSTRUCTION OF METAL DETECTOR»

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ «ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΑΝΙΧΝΕΥΤΗ ΜΕΤΑΛΛΩΝ CONSTRUCTION OF METAL DETECTOR» ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Σπουδάστρια: Πάσχου Ιωάννα Α.Ε.Μ.: 2420 Επιβλέπων Καθηγητής: Λυκούργος Μαγκαφάς Καβάλα, 2013

2 Υπεύθυνη Δήλωση : Βεβαιώνω οτι είμαι συγγραφέας αυτής της πτυχιακής εργασίας και οτι κάθε βοήθεια την οποία είχα για την προετοιμασία της, είναι πλήρως αναγνωρισμένη και αναφέρεται στην πτυχιακή εργασία. Επίσης έχω αναφέρει τις όποιες πηγές από τις οποίες έκανα χρήση δεδομένων, ιδεών ή λέξεων, είτε αυτές αναφέρονται ακριβώς είτε παραφρασμένες. Επίσης βεβαιώνω οτι αυτή η πτυχιακή εργασία προετοιμάστηκε από εμένα προσωπικά ειδικά για τις απαιτήσεις του προγράμματος σπουδών του τμήματος Ηλεκτρολογίας του Τ.Ε.Ι. Καβάλας.

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Ο σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η κατασκευή ενός ανιχνευτή μετάλλων, κυρίως για ερασιτεχνική χρήση, όπως ανίχνευση ενεργών αγωγών σε κατοικίες και μικρούς χώρους όταν πρόκειται να γίνουν εργασίες για την αποφυγή βραχυκυκλώματος, κλπ. Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται αρχικά μια ιστορική αναδρομή, από την ιδέα της δημιουργίας μέχρι την κατασκευή του πρώτου ανιχνευτή και την εξέλιξή του μέχρι σήμερα καθώς και τις εφαρμογές που βρίσκει σε διάφορους τομείς της ζωής μας. Στη συνέχεια αναφέρονται οι τρείς βασικές κατηγορίες ανιχνευτών μετάλλων, VLF, Pulse Induction και BFO και μερικά λόγια για να γίνει κατανοητός ο τρόπος λειτουργίας τους. Στο δεύτερο κεφάλαιο της εργασίας γίνεται η κατασκευή του κυκλώματος και παρατίθενται εικόνες των δυο όψεων της πλακέτας σε διάφορα στάδια της κατασκευής της. Εξηγείται η λειτουργία του κυκλώματος καθώς και των επιμέρους βασικών ηλεκτρονικών στοιχείων με τα οποία κατασκευάστηκε. Επίσης αναφέρονται τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του ανιχνευτή της παρούσας εργασίας. Το τρίτο και τελευταίο κεφάλαιο περιλαμβάνει της μετρήσεις, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν με τον ανιχνευτή μετάλλων που κατασκευάσαμε. Στο τρίτο κεφάλαιο επίσης περιλαμβάνονται και δυο παραρτήματα, εκ των οποίων το πρώτο αναφέρεται στους χρήσιμους όρους που συναντήσαμε κατά την διάρκεια της εκπόνησης της εργασίας και το δεύτερο παράρτημα περιέχει τα datasheets των ηλεκτρονικών στοιχείων που χρησιμοποιήσαμε.

4 ABSTRACT The purpose of this project (paper) is to build (construct) a simple metal detector mainly for amateur use such as active wire detection in order to prevent short circuits or wire damages when doing work in small and residential buildings. In the first chapter we have a basic historical review starting from the creation idea and going to the first detector built and its evolution until today, as well as the applications of such a device in several areas of our life. Then we have a description of the three basic categories of metal detectors (VLF, Pulse Induction, BFO), and a few words about their basic working principles. In the second chapter we build the circuit and we have pictures of the two sides of the electronic board in various construction stages. We describe the circuit s function as well as the basic electronic components that are used. In addition, the advantages and disadvantages of the specific detector are listed. The third and final chapter has the measurements, which were made using the detector we build. In addition, the third chapter includes two annexes; the first is a glossary of the useful technical terms we encountered during the project, and the second has the datasheets of the electronic components we used.

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΡΩΤΟ Γενικά για τους ανιχνευτές μετάλλων σελ. 1.1 Ιστορική αναδρομή Μέθοδοι ανίχνευσης Ανιχνευτής τεχνολογίας VLF Τεχνολογία PI Τεχνολογία BFO...10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΥΤΕΡΟ Κατασκευή ανιχνευτή μετάλλων 2.1 Γενικά για τους ανιχνευτές καλωδίων Κατασκευή ανιχνευτή μετάλλων Αρχή λειτουργίας του κυκλώματος ανιχνευτή μετάλλων...20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΡΙΤΟ Πειραματικό μέρος της εργασίας 3.1 Μετρήσεις σε διάφορα μέταλλα...26

6 3.2 Παρατηρήσεις...36 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α. Χρήσιμοι όροι...38 Β. Ευρωπαϊκός κώδικας αναγνωρίσεως διόδων και τρανζίστορ...40 Γ. Φωτογραφίες από την διαδικασία κατασκευής...41 Δ. DATASHEETS των υλικών που χρησιμοποιήθηκαν...43 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ...50

7 Ευχαριστίες Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα καθηγητή μου κ. Λυκούργο Μαγκαφά για την ευκαιρία που μου έδωσε να ολοκληρώσω τις σπουδές μου αναθέτοντάς μου την παρούσα εργασία καθώς και τον πατέρα μου για την πολύτιμη βοήθεια που μου προσέφερε με τις γνώσεις του επάνω στο αντικείμενο. Χρωστάω επίσης ένα μεγάλο ευχαριστώ στην οικογένειά μου για την στήριξη και την κατανόηση που έδειξαν όσο καιρό εργαζόμουν στην πτυχιακή μου εργασία. Αφιερωμένο στα παιδιά μου Μαγδαληνή και Αδάμ

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΡΩΤΟ Γενικά για τους ανιχνευτές μετάλλων 1.1. Ιστορική αναδρομή Στα τέλη του 19ου αιώνα, όταν η εξορυκτική βιομηχανία είχε πλέον αναπτυχθεί, οι άνθρωποι άρχισαν να κατασκευάζουν τον εξοπλισμό που θα διευκόληνε την εργασία τους στα ορυχεία και θα ανίχνευε μέταλλο. Δυστυχώς, όμως οι μηχανές αυτές δεν χρησιμοποίηθηκαν όπως θα έπρεπε και ξεχάστηκαν μέχρι το 1931, όταν ο Gerard Fisher, ένας επιστήμονας που εργάζοταν στον τομέα της αεροναυπηγικής του τμήματος του Λος Αντζελες, θα κατασκεύαζε τον πρώτο ανιχνευτή μετάλλων. Κατά τη διάρκεια της έρευνάς του, και ενώ εργαζόταν στον στρατιωτικό τομέα για την κυβέρνηση των Η.Π.Α., παρατήρησε οτι η ύπαρξη μεταλλευμάτων προκαλούσε παρεμβολές μεταξύ του πομπού και δέκτη ραδιοκυμάτων και, επίσης, η τοποθέτηση μετάλλου μεταξύ τους είχε ως συνέπεια την αλλαγή του σήματος. Το 1937 έλαβε το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την εφεύρεσή του και στη συνέχεια ίδρυσε μια εταιρεία που σήμερα είναι γνωστή ως Fisher detektors. Η κατασκευή ήταν βαριά και μεγάλη, χρησιμοποιούσε έναν σωλήνα κενού, και για την τροφοδοσία μεγάλες μπαταρίες. Αργότερα, κατά τη διάρκεια του Β Παγκοσμίου Πολέμου, και μετά την εισβολή της Γερμανίας στην Πολωνία το 1939, ο Πολωνός υπολοχαγός ονόματι Józef Stanisław Kosacki ο οποίος υπηρετούσε στο 1ο Σώμα στρατού που είχε εγκατασταθεί στη Σκωτία, εφήυρε έναν 1

9 ανιχνευτή μετάλλων ελαφρύτερο, με μεγαλύτερη διάρκεια λειτουργίας και μικρότερες μπαταρίες, τον γνωστό Polish Mine Detector. Η εφεύρεση αυτή έπαιξε καθοριστικό ρόλο κατά τη διάρκεια του πολέμου, αφού χρησιμοποιήθηκε για την διέλευση των βρετανικών στρατευμάτων μέσα από την ναρκοθετημένη άμμο στην Βόρεια Αίγυπτο. Οι συμμαχικές δυνάμεις έφτασαν έγκαιρα στο Ελ Αλαμέιν όπου και ανασχέθηκε η προέλαση των δυνάμεων του Άξονα προς την Αλεξάνδρεια. Ωστόσο, μετά το τέλος του πολέμου πολλές εταιρείες ασχολήθηκαν με την κατασκευή αυτών των συσκευών, αφού η ανίχνευση μεταλλικών αντικειμένων είχε γίνει πλέον χόμπι. Πρώτοι κάνουν την εμφάνισή τους το 1964 οι ανιχνευτές της εταιρίας Garrett detektors. Οι εταιρείες αγωνίζονταν να κάνουν τους ανιχνευτές μετάλλων πιο ισχυρές και αποτελεσματικές συσκευές, ενώ η προσθήκη των τρανζίστορ στο κύκλωμα καθιστά τις συσκευές πολύ πιο ελαφριές και άνετες στη χρηση και ταυτόχρονα μειώνει την ανάγκη για τροφοδοσία. Μετά από πολλές μικρές βελτιώσεις και ανακαλύψεις, οι ανιχνευτές μετάλλων έχουν καταστεί πολύ ακριβείς και σαφείς όσον αφορά στην απόσταση και στο είδος του μετάλλου που ανιχνεύεται. Σήμερα χρησιμοποιούνται σε πολλούς τομείς της ζωής: Στην αρχαιολογία η χρήση τους είναι ανεκτίμητη, αφού διευκολύνουν το έργο των αρχαιολόγων στην ανίχνευση των θησαυρών όσον αφορά στο σημείο στο οποίο πρέπει να σκάψουν. Στον τομέα της γεωλογικής έρευνας για την ανίχνευση μετάλλων ή βραχώδων σχηματισμών στο έδαφος. Στην αναζήτηση θησαυρών : Σε ορισμένες περιοχές του κόσμου όπου υπήρχουν θρύλοι για χαμένους θησαυρούς των πειρατών, σε σημεία όπου εικάζεται οτι ναυάγησαν καράβια φορτωμένα με πολύτιμα αντικείμενα, ακόμα και σε παραλίες γίνεται χρήση των ανιχνευτών για αναζήτηση χαμένων αντικειμένων. 2

10 Στον βιομηχανικό τομέα η χρήση των ανιχνευτών μετάλλων δεν περιορίζεται μόνο στην βιομηχανία εξόρυξης, αν και ο αρχικός λόγος κατασκευής τους ήταν αυτός, χρησιμοποιούνται όμως ενεργά στη φαρμακευτική, στην επεξεργασία τροφίμων, πλαστικών, ξυλείας καθώς και στην βιομηχανία υφασμάτων, συσκευασίας κ.ά. Στον τομέα της ασφάλειας χρησιμοποιείται από τις δυνάμεις της αστυνομίας και τις ένοπλες δυνάμεις κυρίως για τον εντοπισμό εκρηκτικών μηχανισμών και ναρκών καθώς και από τις εταιρείες φύλαξης σε δημόσιους χώρους με μεγάλη ροή ανθρώπων όπως τα αεροδρόμια, καθώς και σε χώρους με ειδικό καθεστώς ασφαλείας όπως είναι τα δικαστήρια και η εισαγγελική αρχή, ενώ στις Η.Π.Α. η χρήση τους είναι πλέον υποχρεωτική ακόμα και στα σχολεία μετά από τα αυξημένα κρούσματα οπλοφορίας και οπλοχρησίας. Τέλος στον τομέα των κατασκευών, χρησιμοποιούνται οι ανιχνευτές καλωδίων, οι οποίοι αποτελούν και το αντικείμενο της παρούσας εργασίας και θα εξετάσουμε παρακάτω. Οι ανιχνευτές καλωδίων έχουν τη δυνατότητα να εντοπίζουν τους ενεργούς αγωγούς καθώς και τις σωληνώσεις οι οποίες μπορεί να βρίσκονται είτε θαμμένες μέσα σε τοίχους είτε στο έδαφος. 3

11 1.2. Μέθοδοι ανίχνευσης Η αρχή λειτουργίας ενός ανιχνευτή μετάλλων βασίζεται στο φαινόμενο της μαγνητικής επαγωγής, της δημιουργίας δηλαδή μαγνητικού πεδίου πλησίον ή πέριξ ενός μαγνητικού σώματος. Ένας ανιχνευτής μετάλλων αποτελείται από έναν ταλαντωτή που παράγει εναλλασσόμενο ρεύμα και δυο πηνία, το πηνίο του πομπού (μεταδόσεως) και το πηνίο του δέκτη. Όταν το ρεύμα περάσει μέσα από το πηνίο μεταδόσεως δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από αυτό. Όποτε ένα ηλεκτρικά αγώγιμο μεταλλικό αντικείμενο έρχεται σε επαφή με το πηνίο, παράγεται ένα άλλο μαγνητικό πεδίο γύρω από αυτό. Το πηνίο του δέκτη ανιχνεύει οποιεσδήποτε αλλαγές προκαλούνται στο μαγνητικό πεδίο λόγω της παρουσίας του μεταλλικού αντικειμένου. Οι σύγχρονοι ανιχνευτές μετάλλων χρησιμοποιούν τρεις βασικές μεθόδους, οι οποίες είναι η ηλεκτρομαγνητική μέθοδος πολύ χαμηλής συχνότητας VLF (Very Low Frequency), με παλμό επαγωγής PI (Palm Induction) και συχνότητας ταλάντωσης με ήχο διάκρισης BFO (Βeat Frequency Oscillation). Συνήθως οι ανιχνευτές τοποθέτησης κάνουν χρήση κάποιας παραλλαγής της τεχνολογίας PI, ενώ οι ανιχνευτές χειρός είναι βασισμένοι στην BFO τεχνολογία. 4

12 1.2.1 Ανιχνευτής τεχνολογίας VLF Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη τεχνολογία ανιχνευτή μετάλλων είναι η VLF, η οποία αναφέρεται σε μια κλίμακα συχνότητας από 3 khz έως 30 khz. Οι ανιχνευτές μετάλλων περιέχουν δύο πηνία, το πηνίο εκπομπής ή πομπός και το πηνίο υποδοχής ή δέκτης. Η διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος δια μέσου των σπειρών του πηνίου εκπομπής δημιουργεί ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Η κατεύθυνση της ροής του ρεύματος αναστρέφεται αρκετές χιλιάδες φορές κάθε δευτερόλεπτο και το σύνολο των αναστροφών στη διάρκεια ενός δευτερολέπτου ονομάζεται "συχνότητα λειτουργίας". Το μαγνητικό πεδίο με την αλλαγή φοράς της ροής - ωθεί συνεχώς την ηλεκτρική ενέργεια προς και από το έδαφος, οπότε αλληλεπιδρά με οποιοδήποτε μεταλλικό ή αγώγιμο αντικείμενο βρεθεί στο δρόμο του. Κάθε μεταλλικό (ή άλλο ηλεκτρικά αγώγιμο) αντικείμενο το οποίο συμβαίνει να είναι σε κοντινή απόσταση, θα έχει μια ροή του ρεύματος που επάγεται στο εσωτερικό του από την επίδραση του μεταβαλλόμενου μαγνητικού πεδίου. Αυτή η ροή ρεύματος μέσα στο μεταλλικό αντικείμενο με τη σειρά του παράγει το δικό του μαγνητικό πεδίο, με πολικότητα που τείνει να επισημανθεί απέναντι στο πεδίο μεταδόσεως. Στη συνέχεια, το πεδίο που παράγεται από τα ρεύματα που ρέουν στο κοντινό μεταλλικό αντικείμενο θα προκαλέσει ρόη ρεύματος στο πηνίο υποδοχής, η οποία μπορεί να ενισχύεται ή και να υφίσταται επεξεργασία από τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα του ενισχυτή και δεν επιρρεάζεται από το ισχυρότερο μεταδιδόμενο πεδίο. Αυτό συμβάινει κάθε φορά που ο ανιχνευτής πλησιάζει κάποιο αγώγιμο αντικείμενο. Οι ανιχνευτές μετάλλων με VLF τεχνολογία, έχουν τη δυνατότητα να καθορίζουν τη διαφορά μεταξύ των διαφόρων τύπων των μετάλλων και το βάθος στο οποίο βρίσκονται. Αυτή η λειτουργία του βασίζεται στο φαινόμενο της μετατόπισης φάσης, η οποία εξαρτάται από την πυκνότητα ενός μετάλλου. Μέταλλα με μεγάλη πυκνότητα όπως είναι τα ευγενή μέταλλα (χρυσός, λευκόχρυσος, ασήμι), το αλούμινιο, ο χαλκός και τα κράμματά του προκαλούν μεγαλύτερη μετατόπιση φάσης, επειδή χρειάζεται περισσότερος χρόνος για να αλλάξει το μαγνητικό τους πεδίο. 5

13 Ένας ανιχνευτή μετάλλων VLF περιλαμβάνει στο κύκλωμα του δέκτη έναν αποδιαμορφωτή, ο οποίος αφού αναλύσει το ποσό της μετατόπισης φάσης τη συγκρίνει με το μέσο όρο για ένα συγκεκριμένο τύπο του μετάλλου. 6

14 Σχ Διάγραμμα VLF ανιχνευτή μετάλλων Heathkit GR

15 1.2.2 Τεχνολογία PI Η PI τεχνολογία χρησιμοποιεί ένα πηνίο, το οποίο παίζει το ρόλο τόσο του πομπού όσο και του δέκτη. Σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορεί να κάνει χρήση δύο ή τριών πηνίων. Οι σύντομες εκρήξεις ή παλμοί ρεύματος οι οποίοι είναι πολύ μικροί σε διάρκεια, συνήθως λιγότερο από 30 εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου, διέρχονται μέσα από το πηνίο και δημιουργούν ένα μικρό μαγνητικό πεδίο. Κάθε νέος παλμός αντιστρέφει την πολικότητα του μαγνητικού πεδίου και καθώς ο παλμός σβήνει προκαλεί την κατάρρευσή του πεδίου γύρω από το πηνίο. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία ηλεκτρικών αιχμών τάσης, οι οποίες ονομάζονται ηλεκτρεγερτική δύναμη και είναι κι αυτές πολύ μικρής διάρκειας. Σε έναν ανιχνευτή μετάλλων ΡΙ, είναι συνήθως περίπου της τάξης των 100 έως 130 βολτ. Μόλις οι αιχμές και το μαγνητικό πεδίο καταρρεύσουν, ένα άλλο ρεύμα πολύ μικρής χρονικής διάρκειας, το οποίο αντικατοπτρίζει τον παλμό, περνά μέσα από το πηνίο. Ένα κύκλωμα δειγματοληψίας στον ανιχνευτή μετάλλων είναι ρυθμισμένο να ελέγχει το μήκος του ανακλώμενου παλμού. Συγκρίνοντάς το με την προβλεπόμενη διάρκεια, το κύκλωμα μπορεί να καθορίσει αν ένα άλλο μαγνητικό πεδίο τον έχει προκαλέσει. Αν η διάσπαση του ανακλώμενου παλμού διαρκέσει λίγα μικροδευτερόλεπτα περισσότερο, είναι πιθανό να υπάρχει ένα μεταλλικό αντικείμενο. Το κύκλωμα δειγματοληψίας παρακολουθεί τις αιχμές των παλμών και στέλνει τα σήματα σε έναν ολοκληρωτή. Αυτός ο ολοκληρωτής διαβάζει, ενισχύει και μετατρέπει τα σήματα σε συνεχές ρεύμα. Το συνδεδενένο buzzer στο κύκλωμα παράγει έναν ήχο υποδεικνύοντας την παρουσία μετάλλου ή μεταλλικού αντικειμένου. Ο ρυθμός επανάληψης των παλμών ενός τυπικού PI είναι περίπου 100 παλμοί ανά δευτερόλεπτο. Υπάρχουν PI ανιχνευτές με συχνότητα παλμών από 22 μέχρι αρκέτες χιλιάδες ανά δευτερόλεπτο. 8

16 Σχ Ανιχνευτής τεχνολογίας Pulse Induction by Michael R. Starcher 9

17 1.2.3 Τεχνολογία BFO Η τεχνολογία BFO χρησιμοποιεί δύο πηνία ακριβώς όπως η τεχνολογία VLF. Το πηνίο που λειτουργεί ως πομπός είναι μεγαλύτερο από το πηνίο του δέκτη. Καθένα από τα πηνία συνδέεται σε έναν ταλαντωτή, ο οποίος παράγει χιλιάδες ηλεκτρικούς παλμούς στη διάρκεια ενός δευτερολέπτου. Η συχνότητα αυτών των παλμών είναι ελαφρά μετατοπισμένος μεταξύ των δύο πηνίων.η διέλευση των παλμών από τα πηνία δημιουργεί ραδιοκύματα, τα οποία με τη σειρά τους συλλέγονται από το δέκτη και συνθέτονται σε ηχητικούς τόνους βασισμένους στη διαφορά της συχνότητας των ραδιοκυμάτων. Όταν ο ανιχνευτής μετάλλων περνά πάνω από ένα μεταλλικό αντικείμενο, το μαγνητικό πεδίο που προκαλείται από το ρεύμα που ρέει μέσα από το πηνίο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από το αντικείμενο. Το μαγνητικό πεδίο έρχεται σε επαφή με τα ραδιοκύματα και προκαλεί μια αλλαγή στους ήχους που παράγονται από το δέκτη. Ως εκ τούτου, ο ανιχνευτής μετάλλων ειδοποιεί ηχητικά. Οι ανιχνευτές τεχνολογίας BFO είναι απλοί στην κατασκευή τους, και επομένως χαμηλού κόστους, όμως δεν παρέχουν το επίπεδο του ελέγχου και την ακρίβεια των VLF ή PI ανιχνευτών. Σχ Ένα απλό κύκλωμα ανιχνευτή BFO με δυο πηνία 10

18 Σχ Ανιχνευτής μετάλλων BFO με τρανζίστορ BJT 11

19 Σχ Ανιχνευτής μετάλλων BFO με ολοκληρωμένο CMOS

20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΥΤΕΡΟ Κατασκευή ανιχνευτή μετάλλων 2.1 Γενικά για τους ανιχνευτές καλωδίων Στο κεφάλαιο αυτό θα γίνει η κατασκευή και η ανάλυση της λειτουργίας του κυκλώματος ενός ανιχνευτή μετάλλων και πιο συγκεκριμένα ενός ανιχνευτή, ο οποίος θα είναι ικανός να ανιχνεύει σωλήνες, μεταλλικά αντικείμενα και καλώδια μέσα σε έναν τοίχο. Πρόκειται για έναν ανιχνευτή μετάλλων στην πιο απλή μορφή του. Αν θα έπρεπε να τον χαρακτηρίσουμε ανάλογα με την λειτουργία του, θα λέγαμε οτι ανήκει στην κατηγορία των BFO, δηλαδή των ανιχνευτών μετάλλων με ταλαντωτή συχνότητας. Τα πλεονεκτήματα αυτών των ανιχνευτών έναντι των PI (με παλμό επαγωγής) και VLF (πολύ χαμηλής συχνότητας), είναι η πολύ απλή κατασκευή τους, το οποίο συνεπάγεται χαμηλό κόστος κατασκευής και επομένως χαμηλή τιμή πώλησης, ευκολία στον χειρισμό και ευκολία στον έλεγχο του κυκλώματος, αφού κατασκευάζεται με λίγα υλικά. Ένα σημαντικό μειονέκτημα των ανιχνευτών με ταλάντωση συχνότητας είναι οτι δεν παρέχουν το επίπεδο του ελέγχου και την ακρίβεια των VLF ή PI ανιχνευτών. Ενώ μεν ανιχνεύουν την παρουσία μεταλλικού αντικειμένου, δεν έχουν τη δυνατότητα της διάκρισης του είδους του μετάλλου. Επίσης η απόσταση στην οποία μπορεί να γίνει έλεγχος είναι περιορισμένη σε σύγκριση με άλλους ανιχνευτές, όπως επίσης και το μέγεθος των μεταλλικών αντικειμένων που μπορεί να ανιχνεύσει. Ωστόσο στην παρούσα εργασία τα μεινεκτήματα αυτά δεν θεωρούνται σημαντικά, αφού το βάθος στο οποίο εντοιχίζονται οι αγωγοί δεν είναι μεγάλο και επίσης όσον αφορά στο 13

21 είδος του μετάλλου, δεν είναι απαραίτητο να το γνωρίζουμε, απλά να γνωρίζουμε την παρουσία του αν υφίσταται και σε πιο σημείο μέσα σε έναν τοίχο. Σε έναν ηλεκτρολόγο εγκαταστάσεων πριν ξεκινήσει εργασίες σε έναν χώρο, είναι απαραίτητο να γνωρίζει από ποιο σημείο περνάνε σωληνώσεις ή ενεργοί αγωγοί για να μην προκαλέσει βλάβη σε κάποιον σωλήνα ύδρευσης ή κάποιο βραχυκύκλωμα ή ακόμα εργαστεί άσκοπα σκάβοντας τον τοίχο σε λάθος σημείο. Ένας ανιχνευτής καλωδίων με λίγο πιο περίπλοκη κατασκευή μπορεί να εκτελέσει και άλλες λειτουργίες εκτός της απλής ανίχνευσης μεταλλικών αντικειμένων. Με την προσθήκη μιας γεννήτριας παλμών στο κύκλωμα και κάποιες μετατροπές είναι ικανός να ανιχνεύει και οποιουδήποτε είδους βλάβη μπορεί να υπάρξει σε έναν αγωγό. Αυτοί οι ανιχνευτές ονομάζονται Invisible Broken Wire Detector και μπορούν να ανιχνεύσουν έναν σπασμένο / ελαττωματικό αγωγό και το σημείο θραύσης του είτε πρόκειτε για μονοφασικό είτε για τριφασικό. Ένα τέτοιο κύκλωμα φαίνεται παρακάτω : Σχ Invisible Broken Wire Detector by K. Udhaya Kumaran 14

22 Στο κύκλωμα του Σχ χρησιμοποιείται ένας μετατροπέας CMOS CD4069, του οποίου οι πύλες Ν3 και Ν4 χρησιμοποιούνται ως γεννήτρια παλμών, ενώ οι Ν1 και Ν2 για να ανιχνεύουν την παρούσια τάσης γύρω από το καλώδιο. Οι αντιστάσεις R3 και R4 καθώς και ο πυκνωτής C1 χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της συχνότητας. Η ανίχνευση του σημείου θραύσεως γίνεται ως εξής : με το κλείσιμο του διακόπτη S1 και την μετακίνηση του ακροδέκτη δοκιμής στο ελαττωματικό καλώδιο, όταν ανιχνεύεται τάση, το LED1 φωτοβολεί. Προχωρώντας από το ένα άκρο του ενεργού αγωγού προς το άλλο του άκρο και στο σημείο που υπάρχει θραύση, το LED1 σβήνει άμεσα, λόγω της μη διαθεσιμότητας δικτύου εναλλασόμενης τάσης. Μια άλλη κατηγορία ανιχνευτών καλωδίων χρησιμοποιεί τη μέθοδο TDR (Time Domain Reflectometer). Πρόκειται για τα ηχοπαλμόμετρα ή αλλιώς ανακλασίμετρα. Τα ανακλασίμετρα χρησιμοποιούνται για την εύρεση βλαβών σε μεταλλικά καλώδια (ηλεκτρικά, τηλεφωνικά, LAN, CATV - τηλεόρασης). Έχουν τη δυνατότητα να εντοπίζουν σημαντικά και λιγότερο σημαντικά προβλήματα των καλωδίων όπως σφάλματα θωράκισης, κομμένους αγωγούς, χαλαρούς σφικτήρες, εμποτισμό με υγρασία, βραχυκυκλωμένους αγωγούς, καθώς και πολλά άλλα σφάλματα. Ανάλογα με την εφαρμογή για την οποία είναι σχεδιασμένοι μπορούν να εντοπίσουν καλώδια ισχύος, τηλεφωνικά καλώδια, καλώδια πολλαπλών εφαρμογών (ομοαξονικά και συνεστραμμένων ζευγών) και οποιαδήποτε βλάβη τους. Προυπόθεση για την μέτρηση με ανακλασίμετρο είναι το καλώδιο να αποτελείται από ένα καλώδιο ένα ζεύγος τουλάχιστον αγωγών, δηλ. δίκλωνα και πάνω (συμπεριλαμβανομένων και μονόκλωνων καλωδίων των οποίων ο εξωτερικός μανδύας είναι αγώγιμος). To ΤDR λειτουργεί στην ίδια αρχή με το Radar. Ένας παλμός ενέργειας εκπέμπεται στο καλώδιο. Όταν ο παλμός φθάσει στο τέλος του καλωδίου ή σε μια βλάβη κατά μήκος του ένα μέρος ή όλη η ενέργεια του παλμού αντανακλάται πίσω στο όργανο. Το TDR μετρά το χρόνο που παίρνει το σήμα να ταξιδεύσει κατά μήκος του καλωδίου, να εντοπίσει το πρόβλημα και να ανακλαστεί πίσω. Τα σύγχρονα TDR μετατρέπουν το χρόνο σε απόσταση και απεικονίζουν την πληροφορία είτε σαν κυματομορφή είτε σαν απόσταση του σφάλματος από το όργανο. 15

23 Παρακάτω φαίνεται το κύκλωμα ενός τέτοιου οργάνου : Σχ Time Domain Reflectometer (TDR) Copyright Tomi Engdahl 16

24 2.2 Κατασκευή ανιχνευτή μετάλλων Το κύκλωμα του ανιχνευτή μετάλλων το οποίο κατασκευάσαμε είναι το ακόλουθο : Σχ Κύκλωμα ανιχνευτή μετάλλων 17

25 Όπως φαίνεται και από το κύκλωμα τα υλικά τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή είναι τα εξής : Αντιστάσεις : R1 = 330Ω R2, R3 = 470Ω R4 = 2,7ΚΩ R5 = 10ΚΩ R6 = 100Ω Γραμμικό ποτενσιόμετρο R7 = 2,5ΚΩ Γραμμικό ποτενσιόμετρο Πυκνωτές : C1 = 3,3nF C2 = 47nF Ημιαγωγοί : D1 = 1N4148 Δίοδος D2 = 3,9V Δίοδος Zener T1, T2, T3 = BC547B Τρανζίστορ Πηνία : L1 = 120 σπείρες L2 = 43 σπείρες Το κύκλωμα τροφοδοτείται με συνεχές ρεύμα τάσης 9V. 18

26 Η πλακέτα σχεδιάστηκε με το freeware πρόγραμμα Eagle την έκδοση : Σχ Πλακέτα κατασκευής 19

27 2.3 Αρχή λειτουργίας του κυκλώματος ανιχνευτή μετάλλων Σε αυτήν την ενότητα θα εξετάσουμε την τρόπο με τον οποίο λειτουργεί το κύκλωμα το οποίο κατασκευάσαμε, πώς γίνεται η ανίχνευση των μεταλλικών αγωγών και με ποιόν τρόπο γίνεται αντιληπτή σε εμάς η ύπαρξη μεταλλικού αντικειμένου. Στο Σχ φαίνεται το μοντέλο του ανιχνευτή μετάλλων, τον οποίο κατασκευάσαμε. Αυτό το μοντέλο περιλαμβάνει τα επιμέρους κυκλώματα του ανιχνευτή τα οποία επιτελούν διαφορετική εργασία το καθένα. Σε αυτήν την παράγραφο θα εξηγήσουμε την λειτουργία του ανιχνευτή από τη στιγμή που θα κλείσει ο διακόπτης SW1 του κυκλώματος. 20

28 Σχ Μοντέλο ανιχνευτή μετάλλων 21

29 Όταν το κύκλωμα βρίσκεται σε ηρεμία, δηλαδή χωρίς την παρουσία μετάλλου, το συντονισμένο κύκλωμα L1C1 είναι αυτό που καθορίζει τη συχνότητα εκπομπής και καλύπτει το εύρος των ΑΜ συχνοτήτων, οι οποίες είναι μεν χαμηλές (LF), αλλά βρίσκονται πάνω από το εύρος των ακουστικών συχνοτήτων δηλαδή από 30 khz μέχρι 300 khz. Με το πάτημα του διακόπτη SW1, το πηνίο L1 αρχίζει να διαρρέεται από ρεύμα λόγω του φορτίου του πυκνωτή C1. Λόγω του φαινομένου αυτεπαγωγής του πηνίου καθυστερεί η εκφόρτιση και σταδιακά η ηλεκτρική ενέργεια του πυκνωτή μετατρέπεται σε μαγνητική ενέργεια στο εσωτερικό του πηνίου. Και πάλι λόγω αυτεπαγωγής το κύκλωμα εξακολουθεί να διαρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα, ενώ η μαγνητική ενέργεια του πηνίου μετατρέπεται ξανά σε ηλεκτρική ενέργεια του πυκνωτή. Στην ιδανική περίπτωση που δεν υπάρχουν απώλειες ενέργειας ο πυκνωτής ξαναποκτά το αρχικό του φορτίο, αυτή τη φορά με αντεστραμένη πόλωση και το φαινόμενο εξακολουθεί να επαναλαμβάνετται θεωρητικά επ'άπειρον. Το αποτέλεσμα είναι η δημιουργία ενός αρμονικού εναλλασσόμενου ρεύματος (ημιτονικό σήμα) στο εσωτερικό του κυκλώματος, αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αρμονική ηλεκτρική ταλάντωση. Στο πηνίο L2, το οποίο βρίσκεται στον ίδιο πυρήνα (φερίτη) με το L1, δημιουργείται ένα ρεύμα με επαγωγή ανάλογο των σπειρών του L2. Επιπλέον τα στοιχεία L2T2 αποτελούν μια θετική ανάδραση η οποία ανατροφοδοτεί διαρκώς τα L1C1, τα οποία έχουν μεν σταθερή συχνότητα, επειδή όμως δεν πρόκειται για ιδανικό σύστημα και στην πραγματικότητα υπάρχουν απώλειες ενέργειας, μετά από μία αρχική διέγερση εκτελεί φθίνουσα ταλάντωση. Σχ Συντονισμένο κύκλωμα LC και γραφική παράσταση της τάσης του πυκνωτή με το χρόνο κατά τη φθίνουσα ταλάντωση 22

30 Με την παρουσία λοιπόν μετάλλου αλλάζει η υπάρχουσα συχνότητα, της οποίας η διαφορά από την παλιά πλέον συχνότητα, είναι η συχνότητα του μετάλλου η οποία και προστίθεται στη συχνότητα του πηνίου L1. Η συχνότητα του μετάλλου που ανιχνεύθηκε είναι μικρότερη της συχνότητας του πηνίου L1 και ανήκει στο εύρος των ακουστικών συχνοτήτων που μπορούν να γίνουν ακουστοί από τον άνθρωπο, το οποίο κυμαίνεται από 20 Hz έως 20 khz. Η συχνότητα του πηνίου L1 είναι η φέρουσα συχνότητα πάνω στην οποία μεταφέρεται η συχνότητα του μετάλλου που ανιχνεύθηκε. Στη συνέχεια γίνεται η διαμόρφωση των δυο συχνοτήτων και το συνολικό ρεύμα περνάει μέσω του συλλέκτη στο τρανζίστορ T1, του οποίου τις κατάλληλες συνθήκες πόλωσης δημιουργούν τα ποτενσιόμετρα RV1 και RV2, με αποτέλεσμα το ρεύμα που προέρχεται από το συντονιστικό σύστημα L1C1 να γειώνεται μέσω της αντίστασης R3 και των RV1 και RV2. Η δίοδος D1, η οποία συνδέεται στον εκπομπό του Τ2, είναι αυτή που το πολώνει και επιπλέον το κρατάει σε ηρεμία. Σε μια κανονική δίοδο από πυρίτιο, όπως συμβαίνει στην περίπτωσή μας με την 1Ν4148, η πτώση τάσης είναι περίπου 0.6 με 0.7 volts. Το ίδιο ισχύει και για την πτώση τάσης στη βάση ενός τρανζίστορ πυριτίου όπως το BC547. Η D1 είναι αυτή που διατηρεί την τάση μεταξύ βάσης εκπομπού ίδια και κρατάει το τρανζίστορ κλειστό. Άλλος ένας ρόλος της διόδου είναι να αποκόπτει την ανάστροφη τάση η οποία μπορεί να καταστρέψει το τρανζίστορ. Το διαμορφωμένο πλέον σήμα οδηγείται στη βάση του τρανζίστορ Τ2 και επιτρέπεται η διέλευση του ενισχυμένου σήματος δια μέσου της βάσης. Στο τρανζίστορ Τ2, και συγκεκριμένα μεταξύ της βάσης και του συλλέκτη γίνεται η αποδιαμόρφωση (demodulation)ή αλλιώς φώραση του φέροντος σήματος, δηλαδή διαχωρισμός της συχνότητας που λήφθηκε με την παρουσία μετάλλου από την συχνότητα του συντονιστικού κυκλώματος L1C1. Το Τ2 λειτουργεί και ως ταλαντωτής, αν σκεφτεί κανείς οτι χωρίς την ανάδραση του L2 από τον εκπομπό δεν θα υπήρχε ταλάντωση στο κύκλωμα L1C1. Ο πυκνωτής C2 επιλέγεται, έτσι ώστε, να φιλτράρει το υψίσυχνο φέρον σήμα προς τη γη, ενώ δεν επιτρέπει την χαμηλή ακουστική συχνότητα να διέλθει απ αυτόν. Έτσι, το σήμα πληροφορίας, απαλλαγμένο από το φέρον σήμα, υπερτιθέμενο σε μια συνεχή συνιστώσα, που προέκυψε από την ανόρθωση, εμφανίζεται στα άκρα του πυκνωτή C2. 23

31 Στο παρακάτω σχήμα αναπαρίσταται ο φωρατής ή αλλιώς αποδιαμορφωτής του κυκλώματός μας. Οτιδήποτε φτάσει στα άκρα του C2 μαζί με την ακουστική συχνότητα, όπως απότομες κορυφές, φιλτράρονται κι αυτές μέσω του πυκνωτή στη γη, οπότε στη βάση του Τ3 εμφανίζεται μόνο η συχνότητα του μετάλλου. Σχ Λειτουργία του τρανζίστορ Τ2 ως φωρατή συχνότητας Στο τρανζίστορ Τ3 γίνεται η τελική ενίσχυση του σήματος. Αυτή η ακουστική συχνότητα είναι ένα ρεύμα το οποίο ενισχύεται στο Τ3, διεγείρει το LED και ανάλογα με το είδος του μετάλλου φωτοδοτεί εντονότερα ή πιο αδύναμα. Η αντίσταση R1 είναι απαραίτητη στο κύκλωμα, γιατί χρειάζεται ένα φορτίο για τη δημιουργία πτώσης τάσεως. 24

32 Τέλος η χρήση της διόδου Zener στο κύκλωμα γίνεται για σταθεροποίηση της τάσης. Η τάση λειτουργίας της συγκεκριμένης διόδου είναι τα 3,9 Volt. Αυτό σημαίνει ότι κόβει 3,9 Volt από την τάση στα άκρα του κυκλώματος και αφήνει να χρησιμοποιηθούν μόνο 5,1 Volt τα οποία είναι αρκετά για τη λειτουργία του. Λειτουργεί δηλαδή κατά κάποιον τρόπο σαν μετατροπέας τάσης μέσα στο κύκλωμα. Σχ Τελική ενίσχυση του σήματος στο τρανζίστορ Τ3 και φωτεινή ειδοποίηση μέσω της ενδεικτικής λυχνίας LED 25

33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΡΙΤΟ Πειραματικό μέρος της εργασίας 3.1 Μετρήσεις σε διάφορα μέταλλα Οι μετρήσεις που ακολουθούν, πραγματοποιήθηκαν με USB παλμογράφο συνδεδεμένο σε Η/Υ, με τη βοήθεια του οποίου μπορούμε να υπολογίσουμε τη συχνότητα στην οποία ανιχνεύθηκε κάθε μέταλλο. Σχ Κυματομορφή συντονισμένου κυκλώματος L1C1 26

34 Σχ Κυματομορφή πηνίου L2 Αρχικά μετρήσαμε την συχνότητα του συντονισμένου κυκλώματος L1C1 και του πηνίου L2 χωρίς την παρουσία μετάλλου πλησίον του ανιχνευτή. Από την κυματομορφή του Σχ μπορούμε να υπολογίσουμε την συχνότητα του κυκλώματος από την παρακάτω σχέση : f = 1 T 5,555μs. όπου : Τ = η περίοδος της κυματομορφής, η οποία μετρήθηκε περίπου ίση με 27

35 Οπότε για ην συχνότητα του κυκλώματος L1C1 θα έχουμε : 1 f = (5, ) =0, =180kHz Άρα η συχνότητα του κυκλώματος είναι περίπου ίση με 180 khz, ανήκει στο εύρος των ΑΜ συχνοτήτων και δεν μπορεί να γίνει ακουστή από τον άνθρωπο. Το κύκλωμα L1C1 έχει μια μόνο συντονιστική συχνότητα, εξαιτίας της επαγωγής L και της χωρητικότηταςc, τα οποία την ορίζουν. Το πηνίο L2, όπως φαίνεται από το Σχ.3.1.2, έχει την ίδια συχνότητα με το κύκλωμα L1C1 λόγω επαγωγής, στο δεύτερο όμως λόγω του πυκνωτή C1 το σήμα είναι καθαρά ημιτονικό. Στη συνέχεια έγιναν μετρήσεις σε χαλκό και χάλυβα (ατσάλι), κατά τη διαδικασία της διαμόρφωσης των δυο συχνοτήτων (φέρουσας και μετάλλου), μετά την αποδιαμόρφωση και τέλος μετά την ενίσχυση της συχνότητας κάθε μετάλλου που αναγκάζει το LED να ανάβει. Η διαμορφωμένη συχνότητα κάθε μετάλλου μετρήθηκε στη βάση του τρανζίστορ Τ2, πριν δηλαδή γίνει η φώρασή του, ενώ η αποδιαμορφωμένη μετρήθηκε στην έξοδο του πυκνωτή C2. Τέλος, η συχνότητα των μετάλλων που ενισχύθηκε στο τρανζίστορ Τ3, μετρήθηκε στον συλλέκτη του Τ3. 28

36 Σχ Διαμορφωμένη συχνότητα χάλυβα 29

37 Σχ Διαμορφωμένη συχνότητα χαλκού 30

38 Σχ Κυματομορφή συχνότητας χάλυβα 31

39 Σχ Κυματομορφή συχνότητας χαλκού 32

40 Σχ Κυματομορφή ενισχυμένης συχνότητας χάλυβα 33

41 Σχ Κυματομορφή ενισχυμένης συχνότητας χαλκού 34

42 Λέμε ότι το σήμα μηνύματος διαμορφώνει το φέρον κατά πλάτος, κατά συχνότητα, ή κατά φάση, αν μετά τη διαμόρφωση, το πλάτος, η συχνότητα ή η φάση αντίστοιχα του φέροντος καθίστανται συναρτήσεις του σήματος μηνύματος. Σχ Κυματομορφή φέροντος σήματος Σχ Κυματομορφή σήματος πληροφορίας και διαμορφωμένο σήμα 35

43 3.2 Παρατηρήσεις Ο παλμογράφος που χρησιμοποιήθηκε για τις μετρήσεις του κυκλώματος, είναι ένας USB παλμογράφος με εύρος συχνοτήτων μέχρι τα 20 ΜΗz και χρόνο από μερικά secs μέχρι 1μs. Τιμές της μετρηθείσας συχνότητας και καλύτερες μετρήσεις δεν θα μπορούσαμε να έχουμε, λόγω της έλλειψης εξοπλισμού όπως παλμογεννήτρια, καπασιτόμετρο, συχνόμετρο και παλμογράφο διπλής απεικόνισης, ο οποίος απεικονίζει τον παλμό της γεννήτριας και το σήμα του κυκλώματος και κάνει σύγκριση αυτών. Εκτός από χαλκό και ατσάλι, προσπαθήσαμε να πάρουμε μετρήσεις και από αλουμίνιο, αλλά παρατηρήσαμε οτι ο ανιχνευτής μετάλλων δεν μπορούσε να το ανιχνεύσει. Αυτό ίσως οφείλεται στην πυκνότητα του μετάλλου, η οποία για το αλουμίνιο είναι μικρότερη από 5,0 g/cm3, ενώ για τον χαλκό, ο οποίος και ανήκει στα βαρέα μέταλλα, η πυκνότητα είναι μεγαλύτερη από 5,0 g/cm3. Στην περίπτωση του χάλυβα (ατσάλι) πρόκειται για ένα κράμα σιδήρου άνθρακα που περιέχει λιγότερο από 2,06% κ.β. άνθρακα, λιγότερο από 1,0% μαγγάνιο και πολύ μικρά ποσοστά πυριτίου, φωσφόρου, θείου και οξυγόνου. Τέλος για την μέτρηση των συχνοτήτων των μετάλλων παρεμβάλλαμε έναν πυκνωτή (0,1μF) μεταξύ παλμογράφου και σημείων μέτρησης για να αποκόψουμε τη συνεχή συνιστώσα έτσι ώστε να μην εμφανίζεται η κυματομορφή πολύ ψηλά και να είνα ορατή στην οθόνη. Ένα παράδειγμα μέτρησης της συχνότητας των μετάλλων χωρίς την προσθήκη του πυκνωτή βρίσκεται στα σχήματα παρακάτω. 36

44 Σχ Μέτρηση της συχνότητας του χάλυβα χωρίς πυκνωτή Σχ Μέτρηση της συχνότητας του χαλκού χωρίς πυκνωτή 37

45 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α. Χρήσιμοι όροι Ηλεκτρομαγνητικό πεδίο : Ηλεκτρομαγνητικό πεδίο είναι ένα φυσικό πεδίο, το οποίο δημιουργείται από ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια και γενικότερα από φορτία με επιτάχυνση. Πρόκειται για δυο αλληλένδετα μεταξύ τους χρονικά μεταβαλλόμενα πεδία, ένα ηλεκτρικό και ένα μαγνητικό. Ηλεκτρεγερτική δύναμη : ΗΕΔ είναι κάθε διαφορά δυναμικού που δημιουργείται λόγω διαφόρων φαινομένων και η οποία προκαλεί κυκλοφορία φορτίων γύρω από ένα κλειστό δρόμο. Η μονάδα μέτρησης της ΗΕΔ είναι η ίδια με τη μονάδα μέτρησης της διαφοράς δυναμικού, δηλαδή το 1 Volt. Ενισχυτής : Ενισχυτής ονομάζεται η ηλεκτρική ή ηλεκτρονική συσκευή η οποία ενισχύει το ηλεκτρικό σήμα, είτε πρόκειται για έναν τυπικό ενισχυτή είτε για μια ενισχυτική διάταξη αποτελούμενη από ηλεκτρονικά στοιχεία όπως τα τρανζίστορ σε συνδιασμό με άλλα στοιχεία όπως αντιστάσεις κ.ά. Ταλαντωτής : Ένα σύστημα το οποίο εκτελεί ταλάντωση ονομάζεται ταλαντωτής. Με τον όρο ταλάντωση χαρακτηρίζεται οποιαδήποτε παλινδρομική περιοδική μεταβολή οποιουδήποτε φυσικού μεγέθους γύρω από μία κεντρική τιμή. Ένα κλασικό σύστημα ταλάντωσης είναι το συνονιζόμενο σύστημα LC. Ολοκληρωτής (integrator) : παρέχει σήμα στην έξοδό του ανάλογο του ολοκληρώματος του σήματος εισόδου ως προς τον χρόνο. Συχνότητα ταλάντωσης : Συχνότητα ονομάζεται ο αριθμός των επαναλήψεων ενός γεγονότος στη μονάδα του χρόνου. Επομένως συχνότητα ταλάντωσης είναι ο αριθμός των επαναλήψεων μιας αρμονικής μεταβολής ενός μεγέθους γύρω από μια τιμή σε σταθερά χρονικά διαστήματα. Η εξίσωση της συχνότητας ταλάντωσης δίνεται από την παρακάτω σχέση : 38

46 f osc = 1 2π k m Μετατόπιση φάσης : είναι η διαφορά μεταξύ της συχνότητας χρονισμού του πηνίου πομπού και η συχνότητα του αντικειμένου στόχου. Αποδιαμορφωτής ή φωρατής (demodulator) : είναι εκείνο το κύκλωμα στο δέκτη, το οποίο αποδιαμορφώνει το σήμα που έρχεται από τον πομπό. Το κύκλωμα αυτό, επαναφέρει το σήμα στην αρχική του μορφή απ όπου παράχθηκε στον πομπό και εισάγεται στο τελικό στάδιο του δέκτη (πχ στον ακουστικό ενισχυτή και από εκεί στο μεγάφωνο). Πόλωση τρανζίστορ : εννοούμε την εφαρμογή εξωτερικών τάσεων, που είναι κατάλληλες για να προκαλέσουν ένα επιθυμητό ρεύμα συλλέκτη. Ανάδραση (feedback) : ονομάζεται η ανατροφοδότηση της εξόδου ενός συστήματος στην είσοδό του. Υπάρχουν δυο τύποι αναδράσεων : η αρνητική όπου το σήμα εξόδου αφαιρείται από την είσοδο με την μορφή τάσης ή ρεύματος και η θετική στην οποία το σήμα εξόδου προστίθεται στο σήμα εισόδου. 39

47 Β. Ευρωπαϊκός κώδικας αναγνωρίσεως διόδων και τρανζίστορ 40

48 Γ. Φωτογραφίες από την διαδικασία κατασκευής της πλακέτας Σχ.γ.1 Κατασκευή των πηνίων με χαλκό διατομής 0,3mm σε πυρήνα φερίτη Σχ.γ.2 Η επάνω όψη της πλακέτας 41

49 Σχ.γ.3 Η πίσω όψη της πλακέτας 42

50 Δ. DATASHEETS των υλικών που χρησιμοποιήθηκαν 43

51 44

52 45

53 46

54 47

55 48

56 49

57 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1] Mark Rowan & William Lahr, How Metal Detectors Work, 8 March 1999, Time Magazine/Canadian Edition, page 18 [2] Σημειώσεις Μαθήματος Ηλεκτρονικών ΙΙ, Χαριτάντης, Γ. Καθηγητής Πανεπιστημίου Πάτρας Τμ. Φυσικής [3] Σημειώσεις Μαθήματος Τηλεπικοινωνιών, Κ. Αποστολόπουλος M.Sc., ΤΕΙ Λαμίας Τμ. Πληροφορικής και Τεχνολογίας Υπολογιστών [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] 50

58 [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] 51