Mi último mensaje en este hilo es de 2013, así que no fue ayer, pero nunca es tarde para continuarlo... así que un saludo a todos y especialmente a los compañeros que aquí comentaron mensajes y que entonces se quedaron sin respuesta, por lo cual añado una disculpa...
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En el montaje anterior explicamos que existen bastantes sistemas distintos para detectar la presencia de metales enterrados o escondidos en muros, y que entre los primeros que aparecieron, en la década de 1930, figuran los de Frecuencia de Batido, los Transmisor-Receptor y los de Puente de Inducción. Aunque si analizamos esta clasificación de los sistemas considerados "clásicos", nos damos cuenta que es algo discutible. Porque los de primeros podrían englobarse en los más generales de Desplazamiento de Frecuencia, y los de Transmisión-Recepción no son más que la versión de alta frecuencia de los de Puente de Inducción. En este montaje abordaremos otro sencillo circuito de desplazamiento de frecuencia, en que la detección del cambio se efectúa por un procedimiento distinto al anterior...
En el anterior montaje vimos como los detectores de metales de Frecuencia de Batido utilizan dos osciladores uno fijo y otro variable conectado a la bobina exploradora. Ambos osciladores se ajustan para que la diferencia de frecuencias esté comprendida entre 0,5 y 1,5 Khz, de manera que la mezclar las señales se produzca como resultado del heterodinaje de las mismas un tono audible en los auriculares.
El funcionamiento en la detección también se explicó la decir que cuando la bobina exploradora se aproxima a un metal, su presencia modifica la inductancia de la bobina, con lo cual cambia la frecuencia del oscilador y por tanto el tono de audio que se escucha en los auriculares.
Un aficionado en plena prospección, y un ejemplo de acabado final de un detector autoconstruido
Este sistema funciona bien y permite construir detectores de sensibilidad media con circuitos de baja complejidad, sin embargo, siguiendo con el mismo sistema de cambio de frecuencia hay otros procedimientos incluso más simples que permiten detectar su variación, como por ejemplo disponer de un circuito sintonizado a una frecuencia próxima, y ajustar el oscilador variable un poco por encima o por debajo del punto de mejor sintonía, de forma que cualquier cambio en la frecuencia del oscilador variable se convierta en una alteración de la amplitud de la señal que sale del circuito sintonizado.
Respecto al sistema de frecuencia de batido, el de frecuencia sintonizada tiene la ventaja de ser más fácil de construir y también de funcionamiento más estable, ya que los osciladores y sus inevitables derivas se reducen a uno sólo. Además, la salida de señal ya no es de forma directa mediante un sonido constante que llega a molestar, sino normalmente por el desplazamiento de un aguja en un instrumento indicador. En la siguiente imagen puede verse el diagrama de bloques de un detector de metales de este tipo.
Diagrama de bloques de un detector de Frecuencia Sintonizada
Para detectar los cambios de frecuencia de forma fácil dispondremos de un elemento denominado "resonador o filtro cerámico", utilizado desde hace varias décadas en muchos aparatos electrónicos, como receptores de radio o mandos a distancia, para filtrar una señal de cierta frecuencia y desechar todas las demás. Podemos decir que estos resonadores son la versión económica de los cristales de cuarzo, y como éstos presentan efecto piezoeléctrico y están tallados a unas medidas determinadas que establecen de fábrica su frecuencia de funcionamiento.
Diversos filtros cerámicos aprovechados de equipos desguazados
Al utilizar filtros de este tipo debemos tener en cuenta que, especialmente con los de dos terminales, hay de dos tipos distintos, los que permiten el paso de la frecuencia nominal y los que se oponen a ella. Los primeros sueles conectarse en serie con la señal cuya frecuencia que quieren seleccionar, y los segundos en paralelo. Nosotros hemos utilizado este segundo tipo, rotulados normalmente con las siglas CSB. La frecuencia puede ser cualquiera en el rango del funcionamiento de nuestro oscilador variable, yo disponía de filtros de 456, 480 y 560 Khz, y he utilizado este último porque a mayor frecuencia mayor será la sensibilidad del detector.
Abordando nuestro segundo detector de metales
Una vez más, antes de montar nuestro circuito presentaremos su esquema y explicaremos un poco por encima su funcionamiento. Además, como ya es habitual en los montajes con el N-ieP, de poder elegir varias opciones, nos decantaremos por la más sencilla y fácil de realizar, siendo no obstante conscientes que se trata de circuitos experimentales de intencionalidad didáctica cuyas características no pueden compararse a por ejemplo un modelo comercial.
Esquema del detector de metales de Frecuencia Sintonizada, de sólo dos transistores
1) Nuestro circuito está compuesto por un típico oscilador tipo Hartley, realimentado inductivamente, cuya inductancia del circuito resonante LC constituye la propia bobina de exploración.
2) Una resistencia de 100 K toma una pequeña parte de la señal de la base del transistor T1, del tipo BF 198, y la conduce al resonador cerámico CSB de 560 Khz, el cual opondrá una alta impedancia a dicha frecuencia pero irá decayendo de forma rápida a ambos lados. La forma de campana de esta respuesta está reflejada en el pequeño recuadro de la parte alta-izquierda del diagrama.
3) De este misma curva podemos deducir que la señal de salida de este "filtro", dependerá de la frecuencia que tenga respecto al punto central de 560 Khz, siendo máxima a este valor y disminuyendo para valores superiores e inferiores. El punto central no es demasiado interesante como punto de ajuste, porque al aproximar un metal sólo podrá disminuir, lo cual no nos permitirá efectuar una discriminación del tipo de metal férrico/noférrico. Por otra parte, tampoco será el punto de máxima sensibilidad ya que la pendiente en este punto es moderada.
4) Siguiendo con el apartado anterior, diremos que el punto más adecuado será precisamente a medio camino de la rampa de subida o de bajada, ya que es donde presenta la máxima pendiente y también donde dispondremos de más trecho lineal entre el cero y el máximo. Si ajustamos el oscilador variable en la pendiente inferior, los metales férricos causarán una caída de la señal, mientras que los no férricos, como el cobre o el aluminio harán lo contrario.
5) Esta señal sigue siendo de radiofrecuencia (RF), de tal forma que para poder medirla necesitaremos rectificarla y filtrarla. Dicha señal es de suficiente amplitud, pero este punto es de alta impedancia, y si la tomamos directamente afectaríamos al factor de calidad del circuito resonante. Por este motivo utilizaremos un segundo transistor en configuración de colector común, de alta impedancia de entrada y baja de salida, con la cual atacaremos el circuito detector.
6) El detector/rectificador tiene la forma de un doblador de tensión, formado por dos condensadores de 47 nF y dos diodos de germanio OA95. La tensión continua de salida es medida de forma diferencial mediante un microamperímetro de 50 uA, el cual se mantiene en una configuración tipo "puente" mediante un divisor de tensión que permite ajustar su "punto cero". Este sistema tiene una sensibilidad 30 ó 40 veces mayor que un voltímetro normal con escala de por ejemplo 0-3 volts, y al poder desplazar la aguja a un punto intermedio, también podremos apreciar la discriminación según el metal.
La lista de componentes para este montaje es corta y de materiales fáciles de conseguir:
Lista de materiales para este montaje:
2 Transistores BF-198 NPN
1 Zener de 9,2 V
1 Filtro cerámico de 560 Khz
1 Resistencia de 100 Ohms
2 Resistencias de 1K
1 Resistencia de 10 K
2 Resistencias de 100 K
1 Resistencia de 220 K
1 Condensador de 47 pF
1 Condensador de 4,7 nF
1 Condensador de 10 nF
3 Condensadores de 47 nF
1 Condensador electrolítico de 47 uF
1 Condensador variable de 300 pF (fijo en tablero)
1 Condensador "Trimer" de 20-100 pF
1 Potenciómetro de 10 K
1 Bobina 30 esp. 12,5 cm. hilo 0,4 mm, toma 5ª esp.
Fabricando la bobina de exploración
La bobina de exploración para este detector de metales experimental es la misma que utilizamos en el montaje anterior del "detector de Frecuencia de Batido", cuyo proceso de construcción vamos a repetir:
1) Para ello utilizaremos cartulina dura de 1 mm, de la que cortaremos dos anillos con diámetro interno de 12 cm y externo de 15.
2) Seguidamente cortamos una tira de 0,7 cm de ancho por 37,7 cm de longitud, aunque al superar la longitud máxima de la cartulina, deberemos hacerlo en dos trozos y pegarlos posteriormente entre sí.
3) Doblaremos la tira en forma circular, siguiendo la circunferencia interna de 12 cm, y la pegaremos con Imedio justo en el extremo de la misma.
4) Pegaremos el segundo disco sobre la tira de cartulina, ahora formando un círculo de 12 cm, con lo cual quedará lista la forma básica de la bobina.
5) Para fabricar la base de la bobina cortaremos tres rectángulos de 5,5 x 7 cm, que pegaremos entre sí para conseguir un grosor de 3 mm. Este rectángulo constituirá la parte vertical del soporte.
6) La parte horizontal de la base estará hecha con tres rectángulos de 5,5 x 6 cm, pegados entre sí.
7) La unión de la parte horizontal con la vertical se efectuará con un pegamento más fuerte que el Imedio, como es el Araldit rápido, de tipo epoxi. El conjunto formará una "T" invertida, cuya unión reforzaremos a ambos lados con sendos trozos más de cartulina, de 5,5 x 3 cm. que habremos doblado por la mitad, formando un perfil en ángulo recto.
8) Ahora pegaremos la "T" invertida que forma la base a la forma de la bobina, y reforzaremos en lo posible la unión con un rectángulo de 5,5 x 4,5 cm, que doblaremos en forma de "U" invertida.
Anillos de cartulina de 12-15 cm de diámetro que forman los laterales de la bobina exploradora
La forma de la bobina ya acabada, pero aún sin el bobinado de hilo de cobre correspondiente
Para el devanado utilizaremos hilo esmaltado de 0,4 mm, del que devanaremos 30 espiras, con toma intermedia a 5 espiras del inicio del punto de masa. En la bobina que yo he construido se ven más tomas intermedias, en concreto a 10, 15 y 20 espiras, lo cual ha sido necesario para llevar a cabo las primeras pruebas con un circuito nuevo y experimental, pero dichos añadidos no son necesarios en la versión definitiva.
El bobinado de 30 espiras de hilo de 0,4 mm ya está acabado, con una toma a 5 espiras del extremo de masa
Vista del bobinado, realizado en doble capa y con el mismo hilo doblado y estañado como puntos terminales
Lo siguiente será añadir a la bobina una
pantalla electrostática de Faraday, paso necesario para evitar el efecto de capacidad que sin duda presentará esta bobina. En un detector de metales real este efecto se manifestaría principalmente con la proximidad al suelo, lo cual daría lugar a un gran desplazamiento de frecuencia que podría incluso salirse de la escala de ajuste. En nuestro caso no tenemos "suelo", pero sí puede afectar por ejemplo la proximidad de la mano.
Para fabricar la pantalla de Faraday arrollaremos una serie de espiras de forma toroidal alrededor de la bobina principal, separadas entre sí unos 3 mm. Seguidamente pegaremos este nuevo bobinado a la forma de cartón con Imedio, y cuando éste haya endurecido, con la punta de unas tijeras iremos cortando cada una de las espiras por el centro de la "U" de la bobina principal. Y para finalizar doblaremos hacia adentro los extremos cortados del cable, que también fijaremos interiormente con Imedio.
De esta manera las espiras toroidales habrán quedado cortadas, y eso es importante que sea así, puesto que en cualquier espira cerrada se producirían las llamadas "
Corrientes de Foucauld" y causaría una pérdida en la oscilación de la bobina principal, disminuyendo su acción y por tanto la distancia de detección.
En la parte del pié de la bobina no habrá sido posible cerrar las espiras anteriormente, así que en esta zona los hilos de cobre ya se cortarán uno a uno y se pegarán en forma de "U" sobre la forma principal.
Para acabar la pantalla, todas las "semiespiras" deberán estar unidas con un conductor que las conecte a masa del circuito. Para ello, con un cúter rascaremos el esmalte de de dichas semiespiras por el interior del anillo de la bobina principal, y en este punto soldaremos un cable de cobre, procurando de igual forma que no se cree una espira cerrada. Este cable de unión lo prolongaremos hasta la base de la bobina, justo debajo del punto de conexión de masa, y con su extremo crearemos una nueva conexión.
Para acabar con los blindajes, y como muestra la imagen siguiente de la derecha, construiremos cuatro soportes de cobre que permitan sujetar un blindaje de aluminio de 14 x 9 cm. a unos 5 cm. por encima del circuito del detector, puesto que el efecto de las capacidades externas también se manifestará en la cercanía de los componentes.
El blindaje electrostático de Faraday, para el efecto de las capacidades externas
Blindaje preparado para el resto del circuito, un rectángulo de papel de aluminio de 14 x 9 cm, y los cuatro soportes-separadores de 5 cm.
El montaje físico sobre el N-ieP
Para el montaje físico seguiremos el mismo sistema utilizado hasta ahora, con el circuito extendido en forma horizontal de izquierda a derecha, con 24 puntos de conexión y los cables lo más cortos posible. Como microamperímetro utilizaremos un viejo pero excelente téster ICE-680E que compré de tercera o cuarta mano, aunque servirá cualquiera de 20.000 Ohms/Volt y con escala de 50 uA CC.
Plano de montaje del detector de metales de Frecuencia de Batido, de dos transistores
El montaje apenas ocupa una quinta parte del tablero N-ieP, y de él sólo utilizamos el condensador variable como elemento fijo. En la imagen siguiente podemos ver la distribución real de componentes y el téster que usamos como indicador.
Vista general del montaje del detector de metales de Frecuencia Sintonizada sobre el tablero N-ieP
Detalle del oscilador y del resonador cerámico de filtro
Como en otros montajes de radiofrecuencia, para un funcionamiento estable será necesario disponer de un blindaje en forma de lámina de aluminio sostenida por cuatro soportes verticales.
El montaje protegido por un blindaje de aluminio
Para proceder al ajuste seguiremos los siguientes pasos:
1) Tras darle al interruptor general del circuito, primeramente deberemos comprobar que el oscilador está funcionado correctamente, para lo cual utilizaremos una simple radio de transistores que sintonizaremos en el extremo bajo de la Onda Media. Para comenzar ajustaremos el "trimer" de 100 pF a 1/2 de su capacidad, y después, al girar el mando del condensador variable del tablero, se deberá oír el soplido de la oscilación.
2) Giraremos el potenciómetro de ajuste de cero en sentido de las agujas de reloj hasta que el cursor esté en su extremo bajo y conectaremos el téster en posición de Volts x 10. Ahora, moviendo desde la izquierda la derecha el mando del condensador variable del tablero, deberemos ver que la aguja va subiendo hasta un punto (en de sintonía a 560 Khz) y vuelve a bajar. Retrocedemos y lo dejamos en el primer flanco de subida, en un valor 1/2 del máximo alcanzado anteriormente.
3) Ahora movemos el potenciómetro de ajuste hasta que la aguja marque cero, y seguidamente colocamos el téster en la escala de 50 uA CC. En este momento seguramente deberemos retocar el potenciómetro para desplazar la aguja aproximadamente a 1/2 del recorrido, con lo cual, al aproximar un metal no férrico deberá aumentar, mientras que con un metal férrico deberá disminuir.
En resumen, podemos decir que la sensibilidad de este circuito experimental es comparable al anterior de Frecuencia de Batido, y por este motivo en esta página no hay vídeo demostrativo de su funcionamiento. Aparte de esto y como era de prever, la estabilidad ha aumentado de forma considerable, aunque el oscilador tal vez muestra una cierta deriva con la temperatura que sin duda mejoraría de estar todo ello encerrado en una cajita protectora.
...Hasta el siguiente montaje...
