Franzis Metalldetektor - Tipps und Tricks
von Martin Müller
Abgesetzte Suchspule
Eine Kundenanfrage zum Metalldetektor lautete:
Sehr
geehrte Damen und Herren, können Sie mir bitte sagen, ob bei dem
Metalldetektor die Suchspule auch außerhalb der Klappschachtel in ca.
1m Entfernung angebracht werden kann?...
Antwort:
Unter
bestimmten Voraussetzungen lässt sich die Suchspule auch in Entfernung
vom Gerät betreiben. 1 m sollte dabei relativ unkritisch sein.
1.
Die Suchspule muss auf einem nichtmetallischen Träger aufgeklebt sein.
Besser als Pappe ist dafür Sperrholz oder Kunststoff (z.B. Plexiglas
geeignet). Je steifer das Material ist umso besser. Der Metalldetektor
wertet Induktivitätsänderungen der Suchspule bei Annäherung an Metall
aus. Die Induktivität der Suchspule ändert sich jedoch ebenfalls, wenn
sie (auch nur minimal) verformt wird.
2. Die elektrische
Verbindung zwischen Suchspule und Platine muss ebenfalls mechanisch
stabil sein. Einfach ein Stück zweiadrigen Klingeldraht zu verwenden,
wird sicherlich zu vielen Fehlsignalisierungen führen. Eine gute Lösung
ist Koaxialkabel (Antennenleitung wie sie z.B für Sat-Anlagen benutzt
wird). Die Abschirmung wird mit dem Spulen-Lötpad, das neben den
Bauteilen R1 und T1 liegt, verbunden, der Innenleiter mit dem anderen
Lötpad. Wichtig ist, dass die Leitung nicht "umherschlackert". Auch
dies führt zu Fehlsignalisierungen.
3. Insgesamt ist es
vorteilhaft, den Metalldetektor mit abgesetzter Suchspule in einem
mechanisch stabileren Gehäuse als der mitgelieferten Faltschachtel zu
betreiben. Je weniger sich Suchspule, Platine und Verbindungsleitung
beim Betrieb bewegen können, umso zuverlässiger wird das Gerät arbeiten.
Spulenselbstbau
Zu
erwähnen bleibt noch, dass es möglich ist, den Metalldetektor mit
anderen (selbst angefertigten) Suchspulen zu betreiben. Die
mitgelieferte Suchspule besteht aus ca. 7 m Kupferlackdraht ø 0,3 mm.
Beim Selbstbau einer Suchspule ist darauf zu achten, dass die einzelnen
Windungen der Spule mit Klebstoff oder Lack so fixiert werden, dass sie
sich nicht gegeneinander verschieben können.
Bessere Funktion durch zusätzliche Spulenfixierung
Wie
in der Antwort zur Kundenanfrage dargestellt, ist es für die Funktion
des Metalldetektors wichtig, dass die Suchspule so montiert wird, dass
sie gegenüber mechanischen Einflüssen gut geschützt ist. Beim Aufbau
des Geräts wird die Spule in die mitgelieferte Pappschachtel
eingeklebt. Es kann vorteilhaft sein, die Spule nicht direkt in die
Schachtel zu kleben, sondern an dieser Stelle zunächst ein Stück
Sperrholz oder Plexiglas (10 cm x 10 cm) am besten mit doppelseitigem
Klebeband zu befestigen. Auf dieses stabile Material wird dann die
Suchspule mit Alleskleber aufgeklebt. Solange der Klebstoff seine
endgültige Festigkeit noch nicht erreicht hat, führen Suchspule und
Metalldetektor ein von Fehlsignalisierungen geprägtes Eigenleben. Es
ist also sehr wichtig, dass der Klebstoff ausreichend Zeit bekommt
auszuhärten.
Das Funktionsprinzip
Eine
Kundenanfrage zum Metalldetektor lautete: Andere Metalldetektoren
arbeiten ja mit zwei Oszillatoren, die zur Überlagerung gebracht
werden. Wie funktioniert das eigentlich mit nur einer Spule?
Antwort (Auszug aus dem Begleitheft):
Schaltungstechnisch
besteht der Metalldetektor aus einem freischwingenden LC-Oszillator (CD
40106) und einem digitalen Frequenzzähler (HT46F47E). Die
Oszillatorfrequenz (ca. 400 kHz – 650 kHz) hängt entscheidend von der
Suchspule ab. Gelangt ein Gegenstand aus Metall in die Nähe der
Suchspule, so ändert sich Frequenz des Oszillators. Besteht der
Gegenstand aus einem Eisenmetall, sinkt die Oszillatorfrequenz. Nähert
sich ein Nichteisenmetall der Suchspule, so steigt die
Oszillatorfrequenz. Wie schon erwähnt, können große, flächige Objekte,
die Eisenmetalle enthalten, auch dazu führen, dass die
Oszillatorfrequenz ansteigt.
Die
vom Oszillator erzeugte Frequenz wird vom Mikrocontroller gezählt,
auftretende Frequenzschwankungen werden optisch und akustisch
signalisiert.
Zur Frequenzmessung zählt der Mikrocontroller die vom
Oszillator erzeugten Impulse während eines bestimmten Zeitraums. Dieser
Zeitraum wird als „Torzeit“ bezeichnet. Vereinfacht kann man sagen,
dass bei längerer Torzeit, die Frequenzmessung genauer wird. Die
Torzeit entspricht der Zeit zwischen 2 hörbaren Klicks im Betrieb. Sie
kann mit dem Drehregler in mehreren Stufen verändert werden. Nach
Einschalten bzw. Verstellen des Drehreglers kann es sehr selten dazu
kommen, dass der Metallsucher nach seiner Initialisierungsroutine nicht
in den Messmodus weiterschaltet. Stattdessen wiederholt sich die
Initialisierungsroutine (mit Tonfolge und leuchtenden LEDs)
ununterbrochen. Abhilfe wird dadurch geschaffen, dass man den
Drehregler ein wenig verstellt.
Die gemessene Frequenz
wird vom Mikrocontroller als Zahlenwert zwischengespeichert und
verarbeitet. Bei einer einzelnen Messung könnte theoretisch ein
maximaler Zahlenwert von 16.777.215 (3 Byte = 2 hoch24) erhoben werden.
Dies entspricht einer Auflösung von 24 Bit. Durch Stecken von Jumper J1
werden die intern zu verarbeitenden Zahlenwerte durch 2 geteilt.
Dadurch sinkt die Empfindlichkeit des Metallsuchers.
In
Abhängigkeit von Umwelteinflüssen neigen LC-Oszillatoren dazu, ihre
Frequenz minimal zu ändern (Drift). Solche kleinen Frequenzänderungen
werden in der Software des Mikrocontrollers aufgefangen. Dabei kann es
zu folgenden Phänomen kommen. Nähert man sich sehr langsam einem
Metallgegenstand so wird die dadurch erzeugte Frequenzabweichung von
der Software nicht als Ausdruck einer durch das Metall hervorgerufenen
Frequenzänderung sondern eines spontan auftretenden Frequenzdrifts
interpretiert. Eine Signalisierung erfolgt nur kurzzeitig. Nach
Vergrößerung des Abstands zum genannten Objekt erfolgt dann jedoch eine
dauerhafte, optische und akustische Signalisierung eines gar nicht
vorhandenen Metallgegenstandes. In diesem Fall sollte man den
Drehregler soweit verstellen, dass beide LEDs aufleuchten, und der
Mikrokontroller quasi neu gestartet wird (Initialisierungsroutine).
Die
automatische Korrektur des Frequenzdrifts, ist auch die Ursache dafür,
dass man nach Entfernung vom detektierten Metallteil noch ein kurzes
Aufblinken der LED die beim Detektionsvorgang dunkel geblieben ist
beobachten kann. Solange diese LED leuchtet, wird auch ein Tonsignal
abgestrahlt.
Wie schon erwähnt, kann die Frequenzkorrektur durch
Entfernen von Jumper J2 ausgeschaltet werden. Dabei ist zu beachten,
dass bei ausgeschalteter Frequenzkorrektur vermehrt
Fehlsignalisierungen auftreten.
Franzis Metalldetektor - Case Mod
Selbstbaugehäuse
Mit
ein wenig handwerklichem Geschick kann man die Komponenten des
Metalldetektors statt in der mitgelieferten Pappschachtel auch in einem
selbst angefertigten Gehäuse unterbringen. Zunächst wird die
Frontplatte, die zugleich Halterung für die Suchspule ist, aus
Sperrholz (4 mm) ausgesägt und mit den entsprechenden Löchern versehen.
Im nächsten Arbeitsschritt kann man mit Plakatfarbe noch für ein etwas
professionelleres Aussehen sorgen.
Als
Gehäuseunterteil wird ein handelsübliches Kunststoffgehäuse (115 x 63 x
28) verwendet. Selbstverständlich können auch Gehäuse mit anderen
Abmessungen verwendet werden. Es muss nur sichergestellt sein, dass
alle Komponenten im Gehäuse Platz finden. Die Frontplatte ist in ihren
Abmessungen entsprechend anzupassen. Wer mag, kann natürlich auch das
Gehäuse komplett aus Sperrholz schreinern. Beim Einbau werden Platine,
Poti, Lautsprecher und Batterie (über der Platine) platzsparend
angeordnet. Lautsprecher und Batterie fixiert man mit (doppelseitigem)
Klebeband.
Die
Suchspule wird an vorgesehener Position mit Alleskleber aufgeklebt und
die Drähte, die zur Platine führen, gekürzt. Wichtig ist, dass der
Alleskleber genügend Zeit hat um auszuhärten, bevor man das Gerät
in Betrieb nimmt.
Nachtrag zur Materialwahl von B.Kainka
Bei
Projekten dieser Art ist oft der elektronische Teil leichter zu
bewältigen als die Herstellung und Bearbeitung eines Gehäuses. Holz ist
relativ leicht zu bearbeiten, manche Kunststoffe sehen aber besser aus,
besonders wenn das Material wie in diesem Fall transparent sein soll.
Außer Plexiglas ist auch Polycarbonat sehr gut zu verarbeiten. Es wird gern für das Case Modding an PCs verwendet und eignet sich auch für besondere Radio-Projekte. Weitere Inspirationen zum Thema Gehäusebau findet man beim Bastelwettbewerb 2014, wo es speziell um die schönsten Gehäuse ging: Wer baut das schönste UKW-Radio?
