erstellt  25.12.2016
Metalldetektor
  • Was ist ein Metalldetektor ?
  • Wozu braucht man Metalldetektoren ?
  • Wie funktioniert ein Metalldetektor ?
Ein Metalldetektor ist ein Mess oder Prüfgerät mit dem man Metall orten kann.
Funktionsweise
Im einfachsten Fall erzeugt ein Oszillator unter Zuhilfenahme einer Induktivität (Spule) eine bestimmte Frequenz.
Kommt nun diese Spule in der Nähe eines Metall Objektes verändert sich die fest eingestellt Frequenz.
Diese Änderung kann man im einfachsten Fall mit einen in der Nähe liegenden Empfänger hörbar machen.
Etwas Professioneller ist es wenn man zwei Oszillatoren mit jeweils einer Induktivität hat.
Während die Induktivität eines Oszillators mit der Suchspule arbeitet und der andere Oszilator eine feste Referenzspule hat
die nicht vom erfassten Metall beeinflusst wird.
Zu erst wird eine feste Frequenz mit N1 , L1 und C1 erzeugt.
Dann wird noch eine Frequenz mit N2,L2 und C2 erzeugt wobei L2 die Suchspule ist, die sich dann bei Annäherung an Metall
in ihrer Induktivität leicht ändert.
Diese beiden Frequenzen werden dem Baustein N3 zugeführt der daraus ein Differenzsignal erzeugt.
Da das Differenzsignal stets kleiner als die Frequenzen der beiden Oszillatoren ist, können die beiden Oszillatoren auch im nicht
hörbaren Bereich also über 20 KHz liegen, das Differenzsignal liegt dann auf jeden Fall im hörbaren Bereich und kann über
einem Verstärker direkt ausgegeben werden.

Logik des Cmos 4093
Input1
 Input2
 Output
L
 L
 H
L
 H
 H
H
 L
 H
H
 H
 L

Betrachten wir den Signalverlauf am Baustein N3 so erkennt man an Pin 5 das Signal vom ersten Oszillator
und an Pin 6 das Signal vom zweiten Oszillator, während am Ausgang des Baustein N3 am Pin 4 das Invertierte
Differenzsignal der beiden Eingangs Signale ansteht.
Die Funktion des Baustein N3 lässt den Ausgang (Pin 4) immer auf Plus stehen außer wenn beide Eingangssignale
(Pin 5 und 6) gleichzeitig auf Plus liegen.
Anders sieht das Signal aus wenn sich die beiden Eingangs Signale um einen geringen
Betrag zeitlich verschoben haben.
Diese zeitliche Verschiebung findet dann statt wenn die Suchspule mit etwas aus Metall
bestehende gedämpft wird.
Das Ausgangssignal verändert dann in Form einer geänderten Pulsbreite.
Diese Pulsbreite kann man jetzt in einem Lautsprecher hörbar machen, oder mann kann
beispielsweise die Zeit der Pulsbreite messen.
Die beiden Eingangsfrequenzen  wählt man normalerweise so hoch das sie außerhalb des
menschlichen Hörvermögen und damit nicht störend sind.
Beim Aufbau einer solchen Schaltung in der Praxis tuen sich natürlich Probleme auf:
Das erste Problem ist die Betriebsspannung, die sollte damit man Mobil bleibt mit einer Batterie verwirklicht werden.
Dann sollte auf jeden Fall die Spannung geregelt sein damit sich die erzeugten Frequenzen nicht mit leerer werdender Batterie verändern.
Das nächste Problem sind die beiden Schwingkreise, davon sollte ja immer nur einer durch einer Metall nähe gedämpft werden,
also müssen die beiden Schwingkreise räumlich von einander getrennt werden.
Wenn die aber räumlich getrennt werden müssen natürlich die Verbindungen  über lange Drähte hergestellt werden,
die dann wieder Induktivitäten bilden die in der Schaltungsberechnung mit eingehen müssen und natürlich müssen
die Drähte wegen der hohen Frequenzen auch geschirmt sein.
Beim Referenzschwingkreis kann man aber auch anstatt mit einer Spule , mit einer Kapazität arbeiten.
aktualisiert 25.11.2023