mercredi 31 août 2011

Detecteur de metaux ( mini detecteur )


La sécurité au sein des lieux fréquentés par le public semble être l'une des préoccupations les plus importantes en cette fin de siècle.
Que ce soit lors des concerts, sur les stades ou dans les magasins, il n'est plus rare de devoir se prêter A une fouille sommaire. Il est fréquent d'apprendre que certains supporters, si l'on peut encore les appeler ainsi, se rendent sur les stades pour acclamer leur équipe favorite, avec une panoplie impressionnante comprenant des chaînes de vélo, bombes lacrymogènes, matraques ou autres objets contondants. Bien souvent leur seule véritable motivation est d'accomplir des actes de vandalisme et en découdre avec leurs congénères supportant l'équipe adverse. Or, les fouilles et vérifications sommaires pratiquées par les services de sécurité ne sont que très
succinctes et tout au plus faiblement dissuasives puisque ses investigations sont opérées sans instrumentation spécifique. Si dans tous les lieux publics sensibles, des systèmes plus ou moins peifonnants sont mis en oeuvre, comme dans les aéroports par exemple où l'on trouve un déploiement important de matériel de
détection sophistiqué, comme des portiques détectant les métaux ou des systèmes de scanner visualisant le contenu
des valises, il peut être intéressant pour un particulier, un club ou une association, de procéder à un filtrage de sécurisation il l'occasion des diverses manifestations qu'il organise. En cela, un appareil d'appoint d'un maniement facile permet de s'assurer qu'aucun participant n'est porteur d'objet métallique et permet
une fouille discrète et respectueuse de l'individu pour peu qu'il se prête à cette fouille électronique.

Par ailleurs, pour des besoins beaucoup plus domestiques ceux-là. un détecteur de ce type peut également être mis à
profit, préalablement au forage d'un trou, pour repérer les diverses tuyauteries noyées dans le sol ou les murs, ou encore pour localiser facilement les armatures métalliques présentes dans le béton armé, ce qui peut éviter bien des ennuis. Citons encore la possibilité supplémentaire d'employer le détecteur pour la recherche occasionnelle de petits objets métalliques tombés sur l'épais tapis delaine ou clans le gazon, cc qui peut
être très utile si quelqu'un de votre entourage perd accidentellement un bijou et que les recherches visuelles ne
donnent aucun résultat.

Puisqu'il s'agit d ' u n d é t e c t e u r de métaux, la caractéristique principale que doit intégrer cet appareil concerne la sensibilité. Ce facteur important permet de déterminer la profondeur à laquelle il est possible de révéler la présence d ' u n e pièce de monnaie, d'une alliance en or, une petit objet métallique ou des tuyaux dans le sol ou les murs, etc...
Le montage proposé possède une sensibilité honorable. Le t a b l e a u N.l regroupe les quelques essais que nous
avons pu mesurer. L'ne différence de +/• 10% peut affecter la sensibilité en fonction du type de matériau A examiner et de son humidité


Fi%.2 Ce détecteur dispose d'une sensibilité intéressante compte tenu du faible
encombrement de l'antenne de détection. Il détecte une pièce de monnaie à une distance
de 5 cm el plusieurs pièces à une distance d'environ 10-11 centimètres.


schéma électrique :

Le schéma électrique de cet appareil est reproduit en fig.3. Pour réaliser l'antenne de détection, l'on a recours à un barreau de ferroxcul> e comme ceux rencontrés à l'intérieur des r é c e p t e u r s radios pour grandes et moyennes ondes. L'enroulement est blindé de façon à le rendre
insensible aux effets capacitifs du terrain.
D'après les expérimentations que nous avons menées, la sensibilité maximale est atteinte en utilisant une fréquence  ultra.sonique (gamme de fréquence comprise e n t r e 30 el 50 KHz). L'étage oscillateur est donc calcule
pour travailler sur une f r é q u e n c e d'environ 40 KHz.
I.e signal sinusoïdal BF, généré par le transistor A effet de champs (FET) monté en oscillateur FT1, est prélevé sur le Drain et atteint au travers du c o n d e n s a t e u r C6 la Gâte du second FET IT2 qui abaisse l'im|Xklance du signal.
De sa source, le signal est transféré. via C.7- R6 sur l'entrée inverseuse (broche 6) de l'ampli opérationnel référence IC2/A utilisé comme redresseur |>arfait amplifiant dans un même temps le signal avec un gain de 2. Aux lx)mcs du condensateur C13 se trouve ainsi une tension continue de 7.5 volts, qui jK-ut être mesurée avec un multimètre aux bornes des hnx-hes *11» 1. Cette tension continue est appliquée sur l'entrée inverseuse (broche 2) de l'ampli opérationnel référence 103/A et sur l'entrée non inverseuse (bnxhe S) tic l'ampli opérationnel
IC3/1Î.


TABLEAU N.l
OBJET                                                         PROFONDEUR
Pièce de 28 mm de diamètre                               5 cm
Tube en fer de 30 mm de diamètre                      10 cm
Couteau à cran d'arrêt                                           7 cm
Cisaille portable                                                  5 cm
Pile de 9 volts                                                    8 cm
Montre-bracelet                                              8 cm
Paquet de cigarettes                                        11 cm



Les entrées opposées de ces deux amplis opérâtioniK'ls (brtxites 3*6) sont raccordées :iii curseur du potentiomètre R9 affecté au contrôle de la sensibilité. En absence d'objet métallique à proximité île la Ixibine 1.1. la sortie broche 1 de l'ampli opérationnel IC3 A délivre u i k * tension inférieure à 7.5 volts, tension de seuil tk* référence (voir T l ' l ) alors que la sortie bnxhe 7 de l'ampli opérationnel IC3/B fournit une
tension légèrement supérieure ;ï 7.5 volts. Admettons que la sortie de IC.VA présente une tension de 7.5 volts et la sortie de IC3/B une tension de 7.55 volts. Ces deux tensions appliquées sur les entrées broches 3-2 de l'ampli opérationnel IC4/A utilisé comme comparateur, forcent la sortie broche 1 au niveau logique 0 en ramenant à la masse l'entrée non inverseuse broche 5 de l'ampli opérationnel IC4/B mettant ce dernier en position de blocage.




figure 3 : Schéma électrique. Régler l'appareil à l'aide de l'ajustable R4 jusqu'à mesurer sur les broches TPI une tension de 7,5 t


Avant de poursuivre ouvrons une parenthèse- sur le fonctionnement du
comparateur IC4/A Lorsque l'entrée non inverseuse broche 3 reçoit une tension inférieure à celle
présente sur l'entrée inverseuse broche 2. la sortie broche 1 fournit un niveau
logique 0. Lorsque l'entrée non inverseuse broche 3 présente une tension supérieure à
celle présente sur l'entrée inverseuse broche 2. la sortie broche I délivre un
niveau logique I soit une tension positive de 12 volts. Kn présence d'un objet métallique à proximité de la bobine 1.1. la tension générée par l'oscillateur chute de quelques millivolts. La tension sur la
broche de sortie de l'ampli opérationnel IC3/A, passe alors de 7,45 volts à 7.6 volts et celle présente sur la broche de sortie de l'ampli opérationnel IC3 B descend de 7.55 volts à 7.4 volts.
Dans ces conditions, l'entrée non inverseuse du comparateur IC4/A se trouve en présence d'une tension supérieure
à celle p r é s e n t e sur l ' e n t r é e inverseuse broche 2. Far conséquent, la sortie broche 1 passe du niveau logique 0 au niveau logique 1. Cette tension positive de 12 volts alimente, via la résistance R21, l'entrée non inverseuse broche 5 de l'ampli opérationnel 1C4/B utilisé comme oscillateur BF. IX* sa sortie broche 7 émane une fréquence d'environ 3 400 Hz amplifiée par le transistor TRI, qui commande le buzzer CF1 qui
.signale que la bobine L1 a détecté un objet métallique. Quand le curseur du potentiomètre R9 est ajusté |X>ur un niveau de 5 volts, (soit vers la résistance R8), la sensibilité du montageest réduite. Ix* potentiomètre R9 réglé pour obtenir 12 volts, (soit vers la résistance RIO), la sensibilité
de l'appareil augmente. En réduisant la différence de ces deux tensions par rapport aux 7,5 volts de référence,
le montage détecte vin objet métallique de dimensions inférieures. Un petit vu mètre permet de visualiser la
sensibilité. Lorsque le potentiomètre R9 esr tourné de façon à porter l'aiguille de l'instrument en début d'échelle, la sensibilité minimale est obtenue car l'aiguille de l'instrument doit dévier au-delà de 3/4 d'échelle pour faire retentir le buzzer (voir fig.'l). Si l'aiguille du vumètre est amenée à miéchelle, la sensibilité est plus élevée car pour faire sonner le buzzer l'aiguille de l'instrument doit dévier plus faiblement.
La sensibilité maximale est ajustée à l'aide du potentiomètre R9 en s'approchant au plus près du point de basculement (voir Ce vumètre permet un contrôle visuel de la sensibilité de l'appareil et visualise en outre
la bonne santé des piles. Malgré la présence au sein de l'étage oscillateur de résistances à couche métallique à
haute stabilité thermique, la température peut influencer le FET FT1 et le condensateur C2. ce qui se traduit par une légère dérive du point de basculement. Une variation de la température ambiante est immédiatement signalée par la sonnerie du buzzer. Par contre en cas d'augmentation de la température, le buzzer reste muet. Dans ce dernier cas. l'aiguille de l'instrument signale aussitôt la réduction de la sensibilité par une nette déviation vers la gauche par rapport à la position initiale. Il est alors nécessaire de retoucher la sensibilité à l'aide du potentiomètre R9.




Ajoutons que les essais de cet appareil ont mis en lumière sa sensibilité aux variations du champ magnétique.
Un déplacement très rapide du Nord vers l'Est ou l'Ouest, ou de la position horizontale en position verticale engendre une petite déviation de l'aiguille de l'instrument. Ces déviations correspondent à une variation naturelle pratiquement impossible à éliminer qu'il est bon que l'utilisateur connaisse. L'alimentation de ce détecteur s'effectue par 8 piles bâton de 1,5 volt reliées en série pour l'obtention d'une tension de 12 volts.
Le montage consomme environ 16 milliampères
et les 8 piles lui assurent une autonomie de 120 heures environ



Fig.9 Sur les premiers prototypes le
tube était fixé au circuit imprimé par
deux colliers en plastique.




Fig.JO Une fois le tube fixé,
F ensemble prend place dans un bottier.
Le buzzer est fixé sur la face
arrière.


Fig.ll Schéma d'implantation, La tresse de masse blindée qui provient du tube est soudée
sur la 1ère broche à droite et les deux fils intentes indifféremment sur les deux broches
placées à proximité de IC2.
vu cote cuivre et cote composantes 




REALISATION PRATIQUE :



Sur le circuit imprimé double face à trous métallisés référence LX.1255 monter les composants conformément au schéma d'implantation reproduit en fig.ll. Placer les trois supports pour les circuits intégrés IC2-1C3-IC4 puis souder leurs broches. Monter les résistances. Les résistances à couches métalliques portent cinq bagues colorées ainsi gravées sur leur pourtour :
Kl - 4 7 Kohms Jaune - Violet - Noire * Rouge - Manon
R2 - 220 Kohms Rouge - Rouge - Noire - Orange • Marron
R3 - 1 Kohm Manon - Noire • Noire - Marron - Marron
R5 - 2 Kohms Rouge - Noire - Noire - Marron • Marron

La dernière bague de couleur peut être rouge suivant le fabricant. Insérer ensuite les deux ajustables R4
et R24 respectivement de 5 Kohms et 50 Kohms. Placer les diodes DS1-DS2 bague colorée orientée vers les deux broches TPI. Soucier les condensateurs polyester et éleitrolytiques en respectant pour ces dernier* le.s jjolariiés des broches. Engager les FET FT1-FT2. le transistor TRI et le circuit intégré régulateur ICI
méplat dirigé selon la fig.11. Dans le trou sur le bas du circuit imprimé, fixer le potentiomètre R9 en ayant
pris soin, avant de souder ses broches, de contrôler la longueur de son axe de façon i bien positionner le bouton par rapport ù la surface du lx>îlier.Il Déterminer la longueur de l'axe en engageant le circuit imprimé convenablement sur les côtés du boîtier puis fixer le couvercle. Le boîtier que nous avons utilisé ne comporte pas de vis de fixation. Pour son ouverture, engager la lame d'un tournevis dans les deux Ixuitonniêres
sur les deux côtés du boîtier (voir fig.12) puis appuyer légèrement pour débloquer le verrouillage interne de
fixation. Pour fixer le lulx- contenant la bobine Ll, nous avons utilisé deux colliers en plastique.
Certains modèles de ferrite sont pourvus d'une agrafe avec verrouillage pour la fixer à la face avant du boîtier.

Après avoir dénude le câble blindé provenant de l'antenne, verrouiller la tresse de masse afin de lui assurer une meilleure rigidité, puis In souder sur une broche placée à proximité du
tube. Les deux fils internes peuvent être indifféremment reliés sur les deux autres broches situées sur la gauche. Implanter le vu mètre côté composants, en engageant ses deux broches dans le circuit imprimé pour les souder. Sur les deux broches placées en bas à gauche .souder les deux fils de l'inverseur SI. Sur celles de droite raccorder les deux fils de la prise pile (fil rouge sur la broche repérée + >.
Sur les deux broches placées en haut à droite, souder les deux fils du buzzer. Avant de placer le tout dans le lx>itier. il convient d'effectuer le réglage des deux ajustables R4 et R24



Hg. 12 Ouvrir le boîtier en engageant
line lame de tourne vis dans
les deux fentes présentes sur les
côtés puis appuyer légèrement
pour débloquer le verrouillage
interne.




Hg m Krocbages du TL 082 ru de dessus et des divers semi conducteurs
employés vus de dessous.




REGLAGE :
Relier sur les deux broches TPI un multimètre commuté pour les tensions CC. I.e tulx* éloigné de toute pièce métallique. tourner lentement le curseur de l'ajustable R4 jusqu'à affichage d'une tension de 7.5 volts sur le multimètre. Celle valeur n'est pas critique. Avec 7.45 ou 7.55 volts le délecteur fonctionne également car cette petite différence peut être compensée à l'aide du potentiomètre de sensibilité R9. Dans ces conditions, le buzzer sonne. Tourner lentement le liouton du potentiomètre R9 jusqu'à faire cesser le signal émis par le buzzer. Tourner l'ajustable R24 lentement jusqu'à positionner l'aiguille de I instrument à environ 3/4 d'échelle, soit très
près du début de la zone graduée en rouge. Appixx'her maintenant un objet métallique de l'extrémité du tube. Une
déviation de l'instrument vers la droite provoque l'activation du buzzer. Eloigner l'objet et le buzzer cesse. Pendant que le montage interne n'est pas stabilisé en température, le buzzer
continue de retentir. Cet inconvénient sera éliminé en tournant le bouton du potentiomètre R9 jusqu'à faire- stopper le son. Noter que plus l'aiguille du vumètre se rapproche du point critique, plus sa sensibilité est élevée.
Complément idéal du détecteur de métaux déjà décrit dans le numéro 6 de Nouvelle Electronique, cet appareil
est un atout supplémentaire si vous vous adonnez, à la recherche de trésors. puisqu'il permet «l'approcher avecplus
de précision les endroits inaccessibles aux détecteurs traditionnels et pennet d'insjxxter tous les recoins


LISTE DES COMPOSANTS :
LX.1255
RI - 47 Kohms 1/4 watt 1%
R2 » 220 Kohms 1/4 watt 1%
R3 • 1 Kohm 1/4 watt 1%
R4 - S Kohms ajustable
R5 - 2 Kohms 1/4 watt 1%
R6 = 22 Kohms 1/4 watt
R7 - 47 Kohms 1/4 watt 1%
R8 « 5 600 ohms 1/4 watt
R9 • 10 Kohms pot.lin.
RIO - 18 Kohms 1/4 watt
R l l - 10 Kohms 1/4 watt
R12 - 10 Kohms 1/4 watt
R13 - 22 Kohms 1/4 watt
R14 - 10 Kohms 1/4 watt
R15 " 1 MégOhm 1/4 watt
Rl6 • 10 Kohms 1/4 watt
RI7 - 1 Kohm 1/4 watt
R18 - 10 Kohms 1/4 watt
R19 - 1 MégOhm 1/4 watt
R20 • 1 MégOhm 1/4 watt
R21 = 100 Kohms 1/4 watt
R22 - 100 Kohms 1/4 watt
R23 - 39 Kohms 1/4 watt
R24 - 50 Kohms ajustable
R25 - 100 Kohms 1/4 watt
R26 - 22 Kohms 1/4 watt
R27 - 22 Kohms 1/4 watt
R28 - 12 Kohms 1/4 watt
R29 - 4 700 ohms 1/4 watt
Cl " 100 nF polyester
C2 - 3 300 pF polyester
C3 • 1 nF polyester
C4 = 100 pF elect. 25 volts
C5 - 100 nF polyester
C6 - 1 nF polyester
C7 - 1 nF polyester
C8 - 100 nF polyester
C9 100 nF polyester
C10 - 100 pF elect. 25 volts
C i l - 100 nF polyester
C12 » 1 pF elect. 63 volts
C13 - 1 |>F polyester
C14 • 100 nF polyester
C l 5 - 100 nF polyester
Cl 6 - 10 nF polyester
C17 - 2,2 pF elect. 63 volts
DSI = diode type 1N.4150
f)S2 - diode type 1N.4160
TRI - NPN type 13C.547
FT1 - FET typej.310
FT2 - FET typej.310
ICI - 78L05
IC2 - TL.082
IC3 - TL.082
IC4 - II..082
CF1 - buzzer
pA - Vu-Mètre 220 inicroA
SI » inverseur
L1 - Tube de détection



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