金属探知機は、空港、劇場、その他のさまざまな公共の場所にあります。それらは、金属（武器など）を持っている人を検出するために人々の安全のために使用されます。このプロジェクトでは、簡単な金属探知機回路を設計します。金属探知機の設計は非常にたくさんありますが、それらのほとんどは設計が複雑なので、ここでは555タイマーICを使用して単純な金属探知機回路を設計します。
先に進む前に、インダクタとRLC回路の概念を理解する必要があります。まずインダクタについて話しましょう。インダクタは、エナメル銅線のコイルに他なりません。さまざまな形状とサイズがあります。さまざまなパラメータに基づいて、インダクタのインダクタンスが計算されます。これらすべてのパラメータでは、コアに応じてインダクタンス値が大幅に変化するため、基本的にインダクタのコアに関心があります。
下の図では、空芯インダクタを見ることができます。これらのインダクタには、中実のコアはありません。それらは基本的に空気中に残されたコイルです。インダクタによって生成される磁場の流れの媒体は、何もないか空気です。これらのインダクタのインダクタンスは非常に小さい値です。
これらのインダクタは、数マイクロヘンリーの値が必要な場合に使用されます。数ミリを超える値の場合、これらは適切な値ではありません。下の図では、フェライトコアのインダクタを見ることができます。
インダクタコイルがフェライトまたは鉄心のコアに巻かれている場合、コイルのインダクタンスは非常に増加します。この値は、同じサイズと形状の空芯のものよりもはるかに大きいです。
ここで、図に示すRLC回路の場合、端子「a」と「c」の間のリアクタンスまたはインピーダンスは、適用される信号周波数が一定の場合、LとCの値に依存します。
したがって、インダクタンス値が変化すると、リアクタンスまたはインピーダンスの値が変化します。これらの2つの概念が金属探知機回路で どのように一緒に使用されるかは、このプロジェクトの作業セクションで説明されています。
金属探知機回路部品
- +9供給電圧
- 555 IC
- 47KΩ抵抗
- 2.2µFコンデンサ（2個）
- スピーカー（8Ω）
- 直径10cmのコイルの170ターン（どのゲージでも機能します）
金属探知機の回路図と動作
この図は、金属探知機の回路図を示しています。ここでの555ICタイマーは方形波発生器として機能し、人間が聞こえる周波数のパルスを生成します。ピン2とピン1の間のコンデンサは、可聴周波数を生成する必要があるため、変更しないでください。
この回路には、47Kの抵抗、2.2µFのコンデンサ、150ターンのインダクタで構成されるRLC回路があります。このRLC回路は金属探知機です。前のセクションで前述したように、金属コアインダクタは空芯インダクタよりも高いインダクタンス値を持っています。
ここで巻かれたコイルは空芯のものであるため、金属片をコイルに近づけると、金属片が空芯インダクタのコアとして機能することに注意してください。この金属がコアとして機能することにより、コイルのインダクタンスが変化または大幅に増加します。コイルのインダクタンスのこの突然の増加に伴い、RLC回路の全体的なリアクタンスまたはインピーダンスは、金属片がない場合と比較してかなりの量で変化します。
最初、金属片がない場合、スピーカーに送られる信号によって聞こえる音が発生します。これで、RLC回路周辺のリアクタンスが変化すると、スピーカーに送信される信号は以前と同じではなくなります。これにより、スピーカーによって生成される音が最初の音とは異なるためです。
そのため、金属がコイルに近づくと、RLCのインピーダンスが変化して信号が変化し、スピーカーで生成される音が変化します。このArduinoベースの金属探知機を確認することもできます。
一般的なヒント：
- はんだ接続用のコイルの先端でエナメルを除去する必要があります。
- ゲージが異なるとRLCインピーダンスも異なるため、高感度の金属検出のためにRLC回路の抵抗を実験する必要があります。
- スピーカーはどのタイプでもかまいません。ただし、抵抗が8Ω未満の場合、タイマーが加熱される可能性があります。
- 5Vより高い供給電圧を使用してください。