Franzis Metalldetektor - Tipps und Tricks

 von Martin Müller              
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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.




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