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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spule für Metallsuchgerät


Autor: Fritz (Gast)
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Hallo,

wer weiß wie man eine optimal empfindliche Spule für einen 
Metalldetektor wickelt. Ich habe eine Spule mit 10cm Durchmesser und 35 
Windungen hergestellt und mit 20 nF einen Serienschwingkreis aufgebaut. 
Mit einem Rechteck von einem Funktionsgenerator habe ich eine 
abklingende Schwingung am Oszilloskop beobachtet. Leider ist diese 
Anordnung nicht empfindlich auf Metall (z.B. Nagel).
Ist es vielleicht vom Vorteil, einen Oszillator aufzubauen, da dann der 
Schwinkreis entdämpft ist und auf kleiste Dampfungen reagiert ?

Wer hat eine Idee?
Gruß Fritz

Autor: Schwurbl (Gast)
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Ich würde versuchen, Änderungen der Resonanzfrequenz zu detektieren, 
nicht Änderungen der Güte. Also Oszillator, z.B. Colpitts, und dahinter 
einen beliebig genauen Frequenzzähler.

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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@Fritz:

> wer weiß wie man eine optimal empfindliche Spule für einen
> Metalldetektor wickelt. Ich habe eine Spule mit 10cm Durchmesser und 35
> Windungen hergestellt und mit 20 nF einen Serienschwingkreis aufgebaut.

Die Spulengröße bestimmt die Reichweite:
Große Spule -> große Reichweite
kleine Spule -> kleine Reichweite

> Mit einem Rechteck von einem Funktionsgenerator habe ich eine
> abklingende Schwingung am Oszilloskop beobachtet. Leider ist diese
> Anordnung nicht empfindlich auf Metall (z.B. Nagel).

Die Empfindlichkeit ist auch das große Kunststück bei Metalldetektoren. 
Es erfordert schon einigen Aufwand solche winzigen Feldverzerrungen 
sicher auszuwerten.

> Ist es vielleicht vom Vorteil, einen Oszillator aufzubauen, da dann der
> Schwinkreis entdämpft ist und auf kleiste Dampfungen reagiert ?

Da es einfacher ist, Frequenzänderungen zu detektieren, baut man bei 
einfachen Geräten zwei Hochfrequenzoszillatoren auf, die auf gleiche 
Frequenz abgestimmt sind. Die Sucherspule ist in einen der Oszillatoren 
integriert. Gerät ein Metallteil in das Feld der Sucherspule, verändert 
sich die Frequenz dieses Oszillators minimal und es ergibt sich bei der 
Mischung beider Oszillatorfrequenzen eine niederfrequente 
Schwebungsfrequenz, die direkt in einem Kopfhörer zu hören ist.

Jörg

Autor: Düsentrieb (Gast)
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Autor: Fritz (Gast)
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Danke für die Links.

Jetzt ist mir klar geworden, warum man bei einem Metallsuchgerät ein 
einer Signal von einem Oszillator (L = Suchspule) mit einer fixen 
Frequenz mischt. Es werden dadurch kleinste Abweichungen z.B. 1 Hz bei 
100 kHz  sichtbar.

Ich babe noch mehrere Probleme: Auch Annäherungen an die Spule mit 
nichtmagnetischen Stoffen führen zu einer Frequenzänderung.

Meine Idee: Ich wickle eine Spule mit Koaxkabel und schließe die 
Abschirmung an einer Seite auf Masse. (Sonst Wicklung mit Kurzschluss)

Bei Gleichstrom geht das sicher, aber bei 100 kHz?
Wie könnte man die Schirmung für das Magnetfeld von innen nach außen
abschätzen oder berechnen.

Gruß
Fritz

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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@Fritz:
> Ich babe noch mehrere Probleme: Auch Annäherungen an die Spule mit
> nichtmagnetischen Stoffen führen zu einer Frequenzänderung.

Welche Stoffe ? Die Frequenz ändert sich bei allen Metallen und auch bei 
einigen Nichtmetallen. Um ausschließlich magnetische Stoffe, bzw. Eisen 
zu erfassen, benutzt man eine Förstersonde (Magnetometer). Der Aufbau 
eines Magnetometers ist aber völlig anders und bei weitem nicht so 
einfach wie ein einfaches Metallsuchgerät.

> Meine Idee: Ich wickle eine Spule mit Koaxkabel und schließe die
> Abschirmung an einer Seite auf Masse. (Sonst Wicklung mit Kurzschluss)

Damit kannst Du kapazitive Effekte abschirmen. Das geht aber einfacher 
mit einem Gesamtschirm, z.B. aus Alufolie, um die ganze Spule, natürlich 
mit einer Unterbrechung zur Kurzschlußvermeidung.

> Bei Gleichstrom geht das sicher, aber bei 100 kHz?
> Wie könnte man die Schirmung für das Magnetfeld von innen nach außen
> abschätzen oder berechnen.

Das Magnetfeld darfst Du nicht abschirmen, damit mißt Du schließlich. 
Wenn die Abschirmung rundherum nicht geschlossen ist, wird das 
magnetische Feld nicht abgeschirmt.

Jörg

Autor: Fritz (Gast)
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Hallo Jörg,

anbei einige Bilder vom Metallsuchgerät.
Die Frequenzverschiebung messe ich mit dem Oszi. Dabei verwende ich die 
zweite Zeitbasis und kann dadurch eine Phasenverschiebung sehr 
empfindlich messen.

Die Wicklung hat 35 Windungen, ca 12 cm Durchmesser. Installstionsdraht.

Die Spirale über der Wicklung ist auf Masse (nur 1 mal angeschlossen).

Auf welche Weise könnte man Eurer Meinung die Empfindlichkeit 
verbessern?

Gruß
Fritz

Autor: Düsentrieb (Gast)
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>Auf welche Weise...

nimm nen koffer radio, auf mw, stell knapp neben dem träger deines 
750khz "senders" ein, -> pfeifton -> geringste änderung hörbar (so ab 4 
hz diff)

Autor: Gollom (Gast)
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Wie kommst du eigentlich auf die 750 kHz?
Mir kommt das etw. hoch vor. Arbeiten "professionelle" Geräte nicht mit 
um die 200 kHz?

Autor: Fritz (Gast)
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AM:Empfänger

Mit einem AM Empfänger empfange ich von einer AM nur den Träger.
Es kommt zwar zu keiner Differenzfrequenz zwischen Oszillator des 
Metallsuchgeräts und dem Oszillator des AM-Empfängers. Durch den 
Gleichrichter im AM-Empfänger kommt nur Gleichstrom heraus.

Es müßte beim Durchstimmen des Empfänger ein Pfeifton unterschiedlicher 
Höhe
vorhanden sein. (Ist aber nicht so.)

**************

200kHz - 750kHz
 Ich habe festgestellt, dass 750kHz besser geht als 200kHz.
(Kann damit noch kleinere Nägel erkennen!)

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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> Mit einem AM Empfänger empfange ich von einer AM nur den Träger.
> Es kommt zwar zu keiner Differenzfrequenz zwischen Oszillator des
> Metallsuchgeräts und dem Oszillator des AM-Empfängers. Durch den
> Gleichrichter im AM-Empfänger kommt nur Gleichstrom heraus.

Du müßtest einen SSB-Empfänger nehmen. Da kannst Du mit dem BFO einen 
Träger hinzumischen. Aber sowas hat nicht jeder zu Hause rumstehen.

> 200kHz - 750kHz
>  Ich habe festgestellt, dass 750kHz besser geht als 200kHz.
> (Kann damit noch kleinere Nägel erkennen!)

Natürlich ist die absolute Frequenzänderung umso größer, je größer die 
Oszillatorfrequenz ist. Allerdings nimmt auch die Querempfindlichkeit 
gegenüber anderen Materialien zu. Bei hohen Empfindlichkeiten kann das 
ein Problem werden.

Jörg

Autor: Fritz (Gast)
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Jetzt habe ich an einem Funktionsgenerator der eine ähnlichen Frequenz 
wie der Oszillator hat, verwendet und mit einer Spule ausgekoppelt.
Das ist jetzt der BFO.

Geht jetzt ausreichend um Nägel in der Wiese zu finden bevor der 
Rasenmäher drüber fährt.

Aufwand für das Metallsuchgerät:

Spule 35  Wdg, Installationsdraht
Spule 35 Wdg - zum auskoppeln
2 BC560
1 Widerstand  4k7
1 Funktionsgenerator
1 AM Mittelwellenradio

Gruß
Fritz

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