DETECTOR DE METALES POR OSCILACIÓN DE FRECUENCIA BATIDA

Málaga, 11 de Marzo de 2013

Fdo.: Antonio José Morente Martín

INDICE

Orden Concepto Páginas

1. MEMORIA1.1. Memoria Descriptiva 1

1.1.1. Objeto 11.1.2. Antecedentes 11.1.3. Justificación 11.1.4. Datos de partida 21.1.5. Análisis y Descripción del circuito 3-7

1.2 Planificación y Programación (Diagrama de Gantt) 8

2. ANEXO2.1. Información técnica

Diodo de silicio 1N4148 9Transistor BC547B 10Regulador de voltaje 78L05 11-12Amplificador operacional LM386N 13-14Resonador cerámico de 455 Khz 15

3. PLANOS Y ESQUEMAS3.1. Esquemas electrónicos

3.1.1. Esquema de bloques 163.1.2. Esquema Bloque 1 – Estabilizador de tensión 173.1.3. Esquema Bloque 2 – Oscilador variable 183.1.4. Esquema Bloque 3 – Oscilador local 193.1.4. Esquema Bloque 4 – Detector y amplificador de audio 20

3.2. Circuitos impresos. Capas3.2.1. Componentes – TOP 213.2.2. Pistas – BOT 223.2.3. Serigrafìa – SST 23 3.2.4. Plano de montaje – AST 243.2.5. Plano de taladros –DRD 25

3.3. Informes 3.3.1. Lista de componentes 26 3.3.2. Estadística 27 3.3.3. Cinta de Taladrado 28

4. PLIEGO DE CONDICIONES4.1. Normativa de obligado cumplimiento 294.2. Proceso de fabricación 304.3. Cláusulas sobre garantías, plazo de ejecución etc … 314.4. Cláusulas de índole económica 324.5. Cláusulas de índole legal 33

5. PRESUPUESTO5.1. Presupuestos parciales

5.1.1. Presupuesto de componentes y material vario 345.1.2. Presupuesto de Mano de obra 355.1.3. Presupuesto de Medios auxiliares e instrumentación 365.2. Presupuesto general 37

1. MEMORIA

Proyecto: Detector de metales por oscilación de frecuencia batida Autor: Antonio José Morente Martín

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1.1. Memoria Descriptiva

1.1.1. Objeto

El tipo de detector de metales BFO (Beat Frequency Oscillation) es la que permite construir detectores a menor costo. Se basa en la existencia de una bobina de referencia y una de búsqueda que se utilizan como osciladores a una misma frecuencia. Cuando la bobina de búsqueda se acerca a un conductor genera corrientes de Foucault que producen un campo magnético que varía la autoinductancia de la bobina de búsqueda. Esta variación conlleva una diferencia en las frecuencias de los osciladores que se baten y se amplifican produciendo un sonido audible.

1.1.2. Antecedentes

No se han modificado ningún componente del circuito original aunque si es posible utilizar otros componentes equivalentes y que pueden resultar más baratos o incluso más accesibles para su compra.

1.1.3. Justificación

Un detector de metales es, como su nombre lo indica, un dispositivo capaz de alterar su estado de reposo ante la cercanía de un objeto metálico. Generalmente estos dispositivos tienen una bobina de búsqueda como elemento sensible a la cercanía de metales. Los detectores de metales pueden ser usados para infinidad de aplicaciones. Las más populares son, seguridad en control de accesos, búsqueda de minas, búsqueda de tesoros enterrados, búsqueda de caos y vigas en paredes y otras estructuras, y también se usan detectores de metales como sensores en control industrial. Dada la naturaleza de cada una de estas aplicaciones, es razonable pensar que los detectores de metales que se adapten a cada una de ellas serán diferentes entre sí. Es por eso que resulta fundamental especificar qué tipo de detector de metales se desea diseñar.

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1.1.4. Datos de partida

Este circuito procede de un proyecto cuya dirección web es: http://www.natureduca.com/blog/?p=2048

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1.1.5. Análisis y Descripción del circuito El producto está conformado de 4 etapas que son analizadas y resueltas por separado para luego ser adaptadas y así conformar el detector de metales. A continuación se presenta un diagrama en bloques del conjunto y en las secciones siguientes se analiza por separado el funcionamiento de cada módulo. A saber, las etapas en orden son:

• Estabilizador de tensión. • Oscilador variable o bobina exploradora • Oscilador local. • Detector y amplificador de audio.

BLOQUE 1. ESTABILIZADOR DE TENSIÓN DE 9V A 5 V

La fuente del circuito va a ser una simple pila cuadrada de 9 voltios, pero la verdadera tensión de alimentación del detector será de 5 voltios, cuya estabilización correrá a cargo de un circuito integrado del tipo 78L05. El motivo de bajar y regular la tensión de 9V a 5V es para que los osciladores reciban siempre un voltaje constante y sean lo más estables posibles, y ello se consigue aumentando en 4 voltios el rango de tensión de reserva.

B3

Oscilador Local

C4-C10 C10-D1

5V

GN

D

B2

Oscilador v ariable

GN

D

5V

C4-C10

B4

Detector y Amplif icador de Audio

GN

D

C10-D1

9V

B1

Estabilizador de Tensión 5V

5V

GN

D

9V

9V

GND

5V

BT1PILA 9V

U1

7805

VIN1

VOUT3

GN

D2

C1150 uF C2

0.1 uF

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BLOQUE 2. OSCILADOR VARIABLE

El oscilador local funciona en la frecuencia de 455 Khz, pilotado por un resonador cerámico. A su vez, el oscilador de frecuencia variable está pilotado por la bobina o cabeza detectora. En ausencia de objetos metálicos cerca de la cabeza detectora, este oscilador trabaja en una frecuencia muy cercana a la del oscilador local (aproximadamente entre los 445 y 465 Khz), esa frecuencia puede ajustarse mediante un control de sensibilidad (una resistencia variable).

Q2, con sus elementos asociados conforman el oscilador de exploración. Su configuración es muy parecida al del oscilador local, con la diferencia de que en este caso la frecuencia de oscilación no la determina un resonador, sino una bobina (L1) que está alojada en la cabeza detectora. También dispone de un pequeño condensador ajustable (C7) para dejar sintonizado el oscilador en su frecuencia correcta. Finalmente, dispone de un potenciómetro (R2) que permite el ajuste de sensibilidad de este oscilador

CONSTRUCCION DE LA BOBINA

La bobina no es más que hilo de cobre esmaltado extraído del primario de un transformador de corriente. Tiene unos 0,3 mm de sección ( aunque puede utilizarse cualquier sección) y las vueltas dependerá de la forma en que se bobine, se recomienda utilizar un medidor de frecuencia para así asegurarnos de llegar a la frecuencia adecuada, aunque también se puede trabajar de forma empírica e ir bobinando y comprobando en el mismo circuito si oscila.

C4-C10

5V

GND

C30.1 uF

C62200 pF

C50.1 uF

C4

15 pF

R133k

R3100k

R42.2k

R2RESISTENCIA VAR 100k

Q1BC547B

C760 pF

L1

Bobina detectora 455-465 khz

1 2

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Se aprovechó cuatro CDs inservibles y tras aplicarle un decapante los dejé completamente transparentes. Posteriormente los pegué cara contra cara para crear un borde más ancho. Después en las dos caras exteriores pegué sendos cartones rígidos y también circulares, de un diámetro ligeramente superior al de los CDs (aproximadamente 1 cm más, o sea unos 14 cm en total), de esta manera puedo bobinar sobre el borde de los cuatro CDs pegados sin que el hilo se salga.

Para la pantalla se usa papel de aluminio de cocina. Cubro todo el borde de la bobina, pero hasta un máximo de 5 cm de radio hacia el interior de la circunferencia. Me aseguro de colocar sobre el papel de aluminio un hilo de cobre con un extremo totalmente pelado pegándole encima cinta de carrocero para que haga buen contacto; el otro extremo del cable lo uniremos más tarde a la masa del conector BNC. Me aseguro también de dejar unos 10 cm de borde sin cubrir de aluminio. Todo el borde de aluminio lo aseguraremos con cinta de carrocero.

En esta ilustración se puede observar el detalle de conexionado del cable coaxial y el apantallamiento de la bobina. La malla del cable coaxial, tiene que hacer contacto a la vez con la pantalla de aluminio y uno de los extremos del hilo, al cual le habremos limado previamente el barniz para que haga un buen contacto.

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BLOQUE 3. OSCILADOR LOCAL

Q2, con sus elementos asociados conforman el oscilador local, pilotado por el resonador cerámico de 455 Khz.

La señal se deriva por C10-D1 que junto con la señal de C4 se dirigen al detector.

GND

5V

C10-D1

C4-C10

C81000 pF

C9680 pF

C10

15 pF

R533k

R615k

Q2BC547B

Y1Resonador Cerámico 455 Khz

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BLOQUE 4. DETECTOR DE LA SEÑAL Y AMPLIFICACIÓN DE AUDIO

Las señales de ambos osciladores llegan mediante los condensadores C4 y C10 al detector de producto, compuesto por D1 (encargado de desdoblar la señal y quedarse con una de las bandas de frecuencia), y R7, R8 y C11 (que forman un filtro encargado de derivar a masa la radiofrecuencia, al ser ésta no audible). Finalmente, C12 acopla la señal (ya audible) del detector de producto a un potenciómetro de volumen R9 y de éste a un amplificador de audio tipo LM386 (U2), que aporta suficiente señal para ser escuchada en unos auriculares o un pequeño altavoz.

Lo primero que se observa de ambos osciladores, es que trabajan en frecuencias demasiado elevadas para ser escuchadas (las frecuencias audibles están entre los 20 y los 20.000 hercios), por este motivo se inyectan ambas frecuencias al detector de producto, el cual “sumará” algebraicamente (añadiendo o restando) los dos valores, extrayendo el audio y derivando a masa la radiofrecuencia, que no es audible.

Al detector de producto entra una frecuencia fija de 455 Khz del oscilador local. Si se ajusta la sensibilidad para que el oscilador de exploración trabaje en 456 Khz, las dos frecuencias al entrar en el detector de producto se suman y se restan teniendo a la salida los siguientes valores fundamentales: 456 – 455 Khz de la resta de las frecuencias de ambos osciladores = 1 Khz. El resultado es = 1 Khz. Esta frecuencia es audible, pues se encuentra entre los 20 y los 20.000 hz. Si no existiera diferencia de frecuencia, por ejemplo si ambas fuesen de 455 Khz, al restarlas (455 – 455) nos daría cero (0), y por tanto la frecuencia no se movería. Para detectar esa señal de 1 Khz (eso se hace mediante un simple diodo, partiendo la señal por la mitad y para obtener una sola de las bandas de esa frecuencia), y a continuación se filtra la radiofrecuencia que acompaña a esa señal (eso se hace mediante un simple condensador cerámico, enviando la RF a masa), ya nos queda una señal audible y limpia aunque muy débil. Se introduce esa diminuta señal en un amplificador de audio y podrá escucharse en unos auriculares o en un pequeño altavoz.

GND

9VC10-D1

D1D1N4148

R7

15k

R8100k C11

0.1 uF

C12

10 uF

C13

150 uF

R9Resist v ar. 10k

+

-

U2

LM386

3

25

6

14 87

8 OHM 1W

ALTAVOZ

1.2. Planificación y Programación

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1.2. Planificación y Programación (Diagramas de Gantt)