Yıldız Teknik Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Yere Nüfuz Eden Radar Dersi Metal Dedektörler Sunumu İbrahim KARSU 11505030

Konu Başlıkları 1-Metal Dedektör Nedir 2-Metal Dedektörün Çalışma Prensibi 3-Faraday Prensibi 4- Metal Dedektör Türleri 5-Metal Ayrımı 6-Osilatör Frekansı Hesabı 7-Kullanım Yerleri 8-Uygulama

1-Metal Dedektör Nedir Metal dedektör metalik cisimleri algılayan bir cihazdır. Genel olarak yakın metallerde ses işareti ile uyarı verir. İleri düzeydeki dedektörler farklı algılama prensipleri ve işaret işleme ile metalin türü ve derinliği hakkında bilgi verir.

Metal Dedektörün Genel Devre Şeması

2-Metal Dedektörün Çalışma Prensibi Metal dedektörleri elektromanyetik dalgalar gönderme ve alma genel prensibine göre çalışırlar. Gönderilen elektromanyetik dalga rastladığı metal cisim üzerinde "eddy currents" veya "faraday akımları" denen bir akım endükler. Bu endüklenen akım tekrar bir elektromanyetik dalga üretir. Bu elektromanyetik dalgalar tekrar bobinde bir akım endükler. Bu küçük sinyaller elektronik devrelerde kuvvetlendirilerek ses sinyali oluşması için hoparlöre gönderilir. Aşağıdaki iki şekilde anlatılanlar görsel olarak sunulmaktadır. Genel olarak metal dedektör Faraday prensibiyle çalışır.

3-Faraday Prensibi Faraday Yasası, zamanla değişen bir magnetik alanda duran C eğrili S yüzeyli bir devre için, E . d l = d dt s B . dS olarak ifade edilir. S yüzeyinden geçen magnetik akı, Ф12= B . ds ve C kapalı eğrisinde etki ile oluşan elektromotor kuvveti, V= E.d𝓁 dir. bu burumda, C kapalı devresindeki magnetik akının kapalı devrede oluşturduğu elektromotor kuvveti, V= - dФ dt

4- Metal Dedektör Türleri Genel olarak metal dedektörler ikiye ayrılır. 4.1- Pasif Dedektör Burada dedektör devrenin frekansına örneğin osilatör frekansına bağlı olarak sabit bir frekansta çalışır. Bobin metallere yaklaştığında bobindeki manyetik alan değişir buda endüktansı değiştirir. Böylece frekans değişir ve frekans değişim ölçülerek ses sinyali üretilir.

4.2- Aktif Dedektör Bobin kullanarak pulse ve ya sürekli dalga gönderir. Bazılarında alıcı ve verici aynı bobindir bazıları da iki farklı bobin kullanır. Dedektör bobine dar bandlı bir pulse va ya sürekli sinyal yükler. Bu birkaç mikro saniyeliktir ve genliği 100 volt’tur. Eğer bobin yakınında bir metal varsa yansıyan sinyalin genliği zayıflar ve puls süresi biraz daha uzar. Ayrıca metal manyetik enerji için kapasite gibi davranır ve manyetik enerjiyi toplar. Üzerinde ki pulse voltajı düştüğünde manyetik enerjide dağılır. Farklı metaller farklı tepki verir.

Yukarıdaki şekilde aktif metalin çalışma prensibi görülmektedir.

Dört çeşit metal dedektör vardır Dört çeşit metal dedektör vardır. Ancak bunlardan Vuru Frekansı Osilatörü (BFO) ve Darbe Endüksiyon (PI) türü en çok kullanıldığı için bunlar detaylı incelenecektir. 1-BFO (Beat Frequency Oscilator - Vuru Frekansı Osilatörü) Tipi Dedektör. Dedektörün arama başlığında bir tek bobin vardır. Bu osilatör bobinidir. Bu bobin metale yaklaştığında, osilasyon frekansı değişir. Bu değişen frekans, elektronik devrede çalışan ikinci bir osilatörün sabit frekansıyla karşılaştırılır. Aradaki frekans farkı ses sinyali olarak hoparlörden duyulur.

Yukardaki şekilde solda ki resim BFO dedektörün osilatör devresini sağdaki şekilde genel devresini göstermektedir.

2-Darbe Endüksiyon (Pulse Induction,PI ) Tipi Dedektör Arama başlığında genelde bir bobin vardır. Bu bobine çok kısa bir süre içinde çok yüksek akımlı bir darbe verilir. Çok kısa bir süre için etrafta yüksek bir manyetik alan yaratılır. Darbe bittikten sonra bobin alıcı devreye bağlanır ve gönderilen darbenin etkilerini dinlemeye geçer. Gelen etkiler değerlendirilir. Etrafta metal varsa bu etkiler yüksektir, bunlar ses sinyali olarak hoparlörden duyulur. Aşağıda ki birinci şekil PI tipi dedektörün osilatör devresini ve ikinci şekil devre şemasını göstermektedir.

3- Sinyal genliğine duyarlı dedektör Arama başlığında iki bobin vardır, biri osilatör bobinidir. Bu bobin verici olarak çalışır ve etrafa elektromanyetik dalga gönderir. Diğer bobin alıcı bobinidir. Bu bobin arama başlığının içine, etrafta metal bulunmadığı zaman en küçük sinyale haiz olacak şekilde yerleştirilir. Arama başlığına bir metal yaklaştığında arama başlığındaki alıcı bobindeki sinyalin genliği büyümeye başlar. Bu büyüyen sinyal, ses sinyali olarak hoparlörden duyulur. 4-Sinyal fazına duyarlı dedektör Arama başlığında iki bobin vardır, biri osilatör bobinidir. Bu bobin verici olarak çalışır ve etrafa elektromanyetik dalga gönderir. Diğer bobin alıcı bobinidir. Bu bobin arama başlığının içine, etrafta metal bulunmadığı zaman en küçük sinyale haiz olacak şekilde yerleştirilir. Arama başlığına bir metal yaklaştığında arama başlığındaki alıcı bobindeki sinyalin fazı osilatör sinyaline göre değişmeye başlar. Bu değişen sinyal, ses sinyali olarak hoparlörden duyulur.

5-Metal Ayrımı Metal ayrımında ki temel yol dönen sinyalin analizidir. VLF prensibi metal ayrımında en iyi yöntemdir. Bu yöntemde sabit manyetik alan gönderilir ve başka bir bobinden yansıyan sinyal bu alınır. Alınan sinyalde bir faz değişimi varsa bu yakınlarda bir metal olduğu anlamına gelir. Genlikteki değişimde derinlik ve nesnenin büyüklüğü hakkında bilgi verir. Aşağıda ki resim farklı türdeki metallerin sinyalin fazında sebep oldukları değişimi göstermektedir.

Metal ayrım devresi -Burada metal ayrımında gelen sinyalin fazındaki değişim baz alınmıştır.

6-Osilatör Frekansı Hesabı Bobin temel alınarak osilatör frekansı hesaplanmaktadır. Bu değer dedektörün çalışma frekansına tekabül eder. İnternetten elde edilen bir site aracılığı ile bobin parametreleri girildiğinde bobinin endüktans değeri hesaplanmaktadır. Bu değerler ile elde edilen L değeri ve C kapasite değeri ile dedektörün çalışma frekansı aşağıdaki gibi elde edilir.

Bobinin endüktans değerinin hesaplanması.

7-Kullanım Yerleri Askeri kuruluşlar antitank ve antipersonel mayınlarının yerini bulmak için, yer altındaki bomba, mermi ve tuzakların yerini bulmada Belediyeler, telefon işletmeleri, elektrik ve su dağıtımı yapan kurumlar kazılardan ve yol çalışmalarından dolayı, veya asfalt kaplanmasından dolayı kanalizasyon ve mazgal kapaklarının yerleri kaybolduğunda bunların eski yerlerini bulmak için Güvenlik güçleri insanların üzerlerinde veya çantalarında sakladıkları ateşli ve ateşsiz silahları metal detektörleriyle bulmaktadır. Arkeologlar metal obje aramalarını detektörle yapmaktadırlar. Sanayi kuruluşlarında üretim makinelerine giren hammadde içindeki metal kirlenmesi metal detektörleriyle önlenmektedir. Üretim hattından çıkmış çeşitli sanayi ürünleri de üretim makinelerinden kaynaklanan metal kirlenmesine karşı metal detektörü kontrolünden geçirilmektedir. Bütün dünyada yaygın bir merak olan geçmiş devirlerde gömülmüş altın, gümüş para ve definelerin aranması da metal detektörleriyle yapılmaktadır.

8-Uygulama Yukardaki şekle göre ve aşağıda ki değerlere göre alıcı bobinin hassasiyeti nedir.

500 mA genlikli 5 KHz frekanslı sinüsoiadal işaret sürülsün. ε0 = μ0 Np Nf Rp2 π I0 w / (2Rf) Rp = 0.25, Rf = 0.5, Np, Alıcı Bobinin Sargı Sayısı Nf , Verici Bobinin Sargı Sayısı w = 2π x 5000, Nf = 18, Np = 36 Nf x Np = 2 Rf ε0 / (μ0 π Rp2I0w) L = Nf ( 2 π Rf ) + Np ( 2 π Rp ) ε0 = 0.25 Volt, alıcının hassasiyeti.

Teşekkürler Referanslar http://demining.jrc.it/aris/events/mine99/program/P155-160/MINE99PO.htm http://www.deepfriedneon.com/tesla_f_calcspiral.html http://www.nuggetshooter.com/articles/UnderstandingPIdetector.html http://home.clara.net/saxons/bfo.htm http://wildcat.phys.nwu.edu/classes/2002Fall/Phyx135- 2/Projects/Metal_Detect/MetalDetector/PI.html http://www.gi.alaska.edu/~jesse/treasure/misc/howdetector.html