Informe-Detector de metales 1 PDF

Preview

Summary

Detector de metales casero con alcance de 10 cm...

Description

INFORME DE PROYECTO DE ELECTRÓNICA GENERAL DEP ART AMENT O: E LÉCT RI CAYEL ECTRÓNI CA CARRERA: ASI GNATURA: DOCENTE:

EL ECT RONI CAGENERAL I NG. J ESSI CAS. ORT I Z , Mg .

PERí ODO L ECTI VO: NRC:

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 2.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 16/05/2018

I NGENI ERÍ AAUT OMOTRI Z MARZ O2 0 1 9J UL I O2 0 1 9 2 3 9 7

NI VEL : PRÁCTI CAN° :

2

EL ECT RÓNI CAGENERAL

L ABORAT ORI O:

T EMADELA PRÁCT I CA:

DETECTOR DE METALES

I NT EGRANT ES:

ARTEAGA CARLOS—GUAYANLEMA ARIEL—GUAYLLAS PABLO – VÁSQUEZ FRANKLIN

1

3 r o

INTRODUCCIÓN

Los detectores de metales fueron inventados a finales del siglo XIX, primeramente para la localización de grandes objetos metálicos como tuberías, cables e incluso restos de obuses durante la primera guerra mundial. El gran auge de los detectores de metales se produjo en la segunda mitad de la década de los años cuarenta. El gran excedente de material de guerra (detectores de minas), de la segunda contienda mundial, fue el causante de la aparición en el mercado de un elevado número de aparatos a bajo precio. Rápidamente, el uso de estos aparatos se extendió para la búsqueda de materiales tan diversos, como restos arqueológicos, monedas, barrido en playas, etc. El coste del aparato se amortizaba en unos días con un par de objetos localizados en una playa (relojes, anillos), e incluso restos de oro en viejas minas abandonadas. Actualmente, el principio de funcionamiento de los detectores de metales se basa en las mismas cualidades físicas de los metales, si bien el alto desarrollo de la electrónica ha propiciado una serie de aparatos de elevadas prestaciones y sensibilidad a muy bajo coste para el aficionado a este apasionante hobby.[ CITATION Ced15 \l 12298 ]

2

OBJETIVO GENERAL



3

OBJETIVOS ESPECIFICOS

 

4

Desarrollar un detector de metales con el uso de componentes simples de electrónica.

Analizar el funcionamiento de un detector de metales con el uso de transistores. Determinar cuál es la principal característica del detector de metales.

FUNDAMENTO TEÓRICO

¿Cómo funcionan los detectores de metales? Los detectores de metal funcionan transmitiendo un campo electromagnético desde la bobina hacia el terreno. Cualquier objeto metálico (objetivos) dentro del campo electromagnético se energiza y retransmite su propio campo electromagnético. La bobina del detector recibe el campo retransmitido y alerta al usuario mediante una la producción de una respuesta al objetivo. Los detectores de metal son capaces de discriminar entre diferentes tipos de objetivos y pueden ser ajustados para ignorar objetivos no deseados.[ CITATION Lóp16 \l 12298 ]

INFORME DE PROYECTO DE ELECTRÓNICA GENERAL

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 2.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 16/05/2018

Figura 1. Representación de partes del detector de metales

Conformación del detector de metales 1. Batería La batería le entrega la fuente de poder al detector. 2. Caja de Control La caja de control contiene los circuitos electrónicos del detector. Aquí es donde la señal de transmisión es generada y la señal recibida es procesada y convertida en la respuesta del objetivo. 3. Plato La bobina del plato del detector transmite el campo electromagnético hacia el terreno y recibe el campo electromagnético de respuesta desde el objetivo. 4. Campo Electromagnético de Transmisión (Color azul en la representación visual, a modo de ejemplo) El campo electromagnético de transmisión energiza el objetivo para permitirles ser detectados. 5. Objetivo Un objetivo es cualquier objeto metálico que puede ser detectado mediante un detector de metales. En este ejemplo, el objetivo detectado es un tesoro, el cual es un buen (aceptado) objetivo. 6. Objetivo no deseado Objetivos no deseados son generalmente elementos ferrosos (atraídos por un imán), tales como clavos. Pero pueden ser también objetivos no ferrosos, tales como tapas de botellas. Si el detector de metal está ajustado para rechazar objetivos no deseados, entonces la respuesta para el objetivo no será generada para aquellos objetos. 7. Campo Electromagnético de Recepción (Color amarillo en la representación visual, a modo de ejemplo) El campo electromagnético de recepción es generado desde objetivos energizados y es recibido por la bobina del plato. Figura (1). 8. Respuesta del objetivo (Color verde en la representación visual, a modo de ejemplo) Cuando un buen (aceptado) objetivo es detectado, el detector de metal producirá una respuesta audible, tal como un pitido o un cambio en el tono. Muchos de los detectores de Minelab también generan una visualización de la información del objetivo.[ CITATION Lóp16 \l 12298 ]

Factores de la Profundidad de Detección La pregunta más común acerca de la detección de metales es “¿Cuál es la profundidad máxima de los detectores de metales?” La respuesta simple es “tan profundo como el diámetro de la bobina”. Por lo que los detectores con bobinas más

INFORME DE PROYECTO DE ELECTRÓNICA GENERAL

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 2.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 16/05/2018

grandes detectarán más profundo. Sin embargo, la profundidad de detección también depende de la tecnología de detección y muchos factores ambientales. [ CITATION Sal15 \l 12298 ]Figura (2)

Figura 2. Embobinado del detector de metales

La profundidad de que un detector de metales podrá detectar un objetivo dependerá de una serie de factores: Mineralización del Suelo Un objetivo en un suelo bajamente mineralizado puede ser detectado más profundo que uno en un terreno altamente mineralizado. Los niveles de mineralización del terreno tienen un significativo impacto en la profundidad de la detección. Figura (3)

Figura 3. Tipo de suelo

Tamaño del Objetivo Objetivos grandes pueden ser detectados más profundos que los pequeños. Figura (4 )

Figura 4. Representación del tamaño de los objetos

Forma del Objetivo Objetos de forma circular, como monedas o anillos, pueden ser detectados más profundo que aquellos de forma alargada, como clavos. Figura (5)

Figura 5. Diferentes formas que pueden tener los metales

INFORME DE PROYECTO DE ELECTRÓNICA GENERAL

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 2.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 16/05/2018

Posición del Objetivo Una moneda en posición horizontal (acostada) puede ser detectada más profunda que una en posición vertical (parada). Figura (6 )

Figura 6. Posición del objeto

Material del Objetivo Metales altamente conductores (por ejemplo, plata) pueden ser detectados más profundo que metales pobremente conductores (por ejemplo, plomo). Figura (7 )

Figura 7. Diferentes tipos de materiales

Principio de disipación de energía La energía radiada disminuye con el cuadrado de la distancia. Esto significa que el campo de detección emitido por el detector se reduce de forma exponencial tal y como se aleja del plato o antena emisora o, dicho de forma mucho más sencilla, que la intensidad del campo a diez centímetros del plato emisor no es del doble que a veinte centímetros, sino mucho mayor.[ CITATION Góm15 \l 12298 ] Por poner un símil que haga esto mucho más comprensible, vamos a imaginar un campo con una potencia de 10.00 en origen. Al disminuir la potencia con el cuadrado de la distancia, ese campo a 10 cm tendrá una potencia de:

10.00 10.000 = =100 10∗10 100 Ese mismo campo, a veinte centímetros de distancia tendrá una potencia de :

10.000 10.000 = =25 20∗20 400 O, lo que es lo mismo de una cuarta parte de su valor a diez centímetro de distancia. Si seguimos adelante y vemos su valor de treinta centímetros nos percatamos que:

10.000 10.000 = =11,11 30∗30 900 Es decir, escasamente poco más que la décima parte de la potencia que tenía a diez centímetros de distancia. Además las distancia, a la hora de realizar la detección se duplica, de tal forma que la señal que el equipo emite a 10.000 de potencia, recorre diez centímetros para llegar al blanco y llega allí con 100 de potencia. Se induce en el blanco y genera una señal que debe recorre otra vez los diez centímetros para retornar al detector por lo que:

100 ( 10∗10 ) =

100 =1 100

Es decir, se ha reducido una diezmilésima parte de la señal que el equipo emite.

INFORME DE PROYECTO DE ELECTRÓNICA GENERAL

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 2.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 16/05/2018

Como conclusiones tenemos que:  No toda la energía radiada alcanza al blanco, parte de esa energía se pierde en otras direcciones.  No toda la energía alcanza al blanco crea un campo en él, parte se consume en la creación de ese campo.  No toda la energía que ha creado el campo se emite al colapsar, parte se consume en otras direcciones. [ CITATION Góm15 \l 12298 ]

5

MATERIALES

Lista de elementos del detector de metales. R1 – R2 R3 R4 R5

Resistencias 1000 ohm 470 000 ohm 120 000 ohm 220 000 ohm

C1 – C2 – C6 C3 – C4 C5 – C7 C8 C9

Capacitores 0.1 μF 0.0068 μF 0.01 μF 47 μF 365 pF Partes y materiales adicionales 2N3904 1N914 Bucle de búsqueda 455 KHz 9 Volts 50 a 100 mA

Q1 – Q2 D1 – D2 L1 F1 B1 M1

6

METODOLOGIA

Los pasos seguidos para el desarrollo del circuito se presentan a continuación:

Disco cerámico Poliestireno Disco cerámico Electrolítico Variable

Transistor de silicón NPN Diodo silicón señal-pequeña Filtro de cristal Batería

INFORME DE PROYECTO DE ELECTRÓNICA GENERAL

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 2.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 16/05/2018

Figura 8. Circuito del detector de metales

Este proyecto consta de un circuito muy simple, en el que están integrados dos transistores, este proyecto se lo puede realizar en alrededor de dos horas. En la figura (8) el transistor Q1 (2N3904 NPN) está conectado en un simple circuito oscilador con los valores de L1, C3, C4 Y C9 determinando la frecuencia de operación del circuito. La salida del oscilador se alimenta a través de C1 y R4 a un filtro cerámico de 455-KHz. Cuando el oscilador es conectado al filtro central de frecuencia, el filtro actúa como un circuito sintonizado en paralelo y produce un alto nivel de señal de 455-KHz en el cruce entre R3 Y R4. La señal de 455-KHz se alimenta de la base de Q2, el cual se configura como un seguidor de emisor. La salida de Q2 es convertida a DC por D1 y desde allí se aplica a M1 (50 – 100 micro A). Con el oscilador en funcionamiento, o muy cerca de la frecuencia central de los filtros, el medidor leerá en algún lugar cerca de la escala media. Pero cuando se acerca al bucle cualquier objeto de metal que supere un BB, la lectura de los medidores detectará un centavo a dos pulgadas de distancia o una batería de tipo "D" a aproximadamente cinco pulgadas al aire libre.

Los pasos seguidos para la construcción del plato se detallan a continuación: En primer lugar vamos a empezar a hacer el sándwich que formará el plato físicamente, tendremos que cortar tres círculos perfectos (perfectos para que la detección no sufra interferencias). Dos de esos círculos tendrán un diámetro de 25cm (serán los exteriores) y el otro 24cm de diámetro (es el que irá en medio de los otros dos) . Figura (9).

INFORME DE PROYECTO DE ELECTRÓNICA GENERAL

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 2.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 16/05/2018

Figura 9. Componentes del plato

Cuando los tengamos cortados, les hacemos unas muescas en las superficies que irán pegadas, así conseguiremos mayor adherencia. Acto seguido los pegamos con cola para madera, teniendo muy en cuenta que quede bien centrado y sin ninguna ranura en las uniones interiores. Figura (10).

Figura 10. Forma final del plato

El siguiente punto, bastante importante para la calidad del detector, es enrollar la bobina al plato, para ello haremos dos agujeros en el borde de la capa superior (la entrada y la salida del hilo de la bobina). Pondremos la ficha de empalme (atornillada a la madera por supuesto) junto a ellos intentando que coincidan en paralelo para no forzar los hilos. Acto seguido, colocaremos una de las puntas, a través de uno de los dos agujeros antes hechos y en la ficha de empalme, daremos diez vueltas al plato, metiendo el otro extremo por el otro agujero y enchufándola después también al otra borne de la ficha de empalme.[ CITATION Cas15 \l 12298 ]

8

SIMULACIONES

Transistor Q1. Se está midiendo el voltaje en cada punto del Transistor (Q1), la gráfica del comportamiento de; el voltaje en el emisor, en el colector y en la base del mismo, con la ayuda de un osciloscopio. Figura (11).

INFORME DE PROYECTO DE ELECTRÓNICA GENERAL

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 2.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 16/05/2018

Figura 11. Gráfica del voltaje en el emisor, colector y base del transistor Q1 Transistor Q2. Se está midiendo el voltaje en cada punto del Transistor (Q2), la gráfica del comportamiento de; el voltaje en el emisor, en el colector y en la base del mismo, con la ayuda de un osciloscopio.

INFORME DE PROYECTO DE ELECTRÓNICA GENERAL

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 2.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 16/05/2018

Figura 12. Gráfica del voltaje en el emisor, colector y base del transistor Q2

10



CONCLUSIONES

Se pudo desarrollar el detector de metales con componentes simples de electrónica como son los capacitores,

INFORME DE PROYECTO DE ELECTRÓNICA GENERAL

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 2.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 16/05/2018

transistores, resistencias y diodos. 

Se determinó que el funcionamiento del detector de metales se logra con el uso de los siguientes elementos: principalmente el resonador de cristal regulado por un capacitor y una resistencia; la bobina de emisión y recepción regulada por tres capacitores de muy baja capacitancia.



Al finalizar el proyecto se pudo determinar que la característica principal para el funcionamiento del detector de metales es el embobinado que se encuentra en el plato, ya que este definirá al rango de alcance de las ondas para detectar los metales.

11

    

12

RECOMENDACIONES

Para el desarrollo del bobinado en el plato se debe tomar en cuenta el número de vueltas con el que va a estar conformando, con la finalidad de determinar el funcionamiento del detector de metales. El condensador C1 puede ser reemplazado por cualquier condensador variable. La lectura del medidor puede provenir de un voltímetro más antiguo. Realizar una estructura fija, para evitar fallas en los componentes debido a movimientos bruscos del detector de metales. La bobina debe ubicarse al menos a un pie de distancia del circuito del localizador, separado por un soporte no metálico. Si por alguna razón, no obtiene una lectura del medidor, varíe C9.

BIBLIOGRAFÍA

Casa. «Comohacer.eu.» 13 de diciembre de 2015. https://comohacer.eu/especialcomo-hacer-un-detector-de-metales2/ (último acceso: 12 de junio de 2019). Cedeño. «ElectrónicaSi.» 10 de septiembre de 2015. http://www.electronicasi.com/como-funciona/detector-demetales-4/ (último acceso: 11 de junio de 2019). Gómez. «El buscador de tesoros.» 27 de febrero de 2015. https://www.uv.es/~rgasco/nueva/profundidad.htm (último acceso: 12 de Junio de 2019). López. «Información básica del detector de metales.» 18 de Octubre de 2016. https://detectoresdemetales.com.ar/informacion-basica-del-funcionamiento-de-los-detectores-de-metales/ (último acceso: 11 de Junio de 2019). Salazar. «Busca metales.» 18 de Octubre de 2015. https://www.buscametales.com/articulos/2-detectores-de-metalescaracteristicas-funcionamiento-e-historia (último acceso: 11 de Junio de 2019)

13

ANEXOS

INFORME DE PROYECTO DE ELECTRÓNICA GENERAL

Anexo 1. Circuito de prueba desarrollado en protoboard

Anexo 3. Amperaje del circuito sin detectar un material

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 2.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 16/05/2018

Anexo 2. Plato del detector de metales

Anexo 4. Elementos del circuito en la baquelita

Anexo 5. Prueba del detector con material de cobre

INFORME DE PROYECTO DE ELECTRÓNICA GENERAL

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 2.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 16/05/2018...