Localizador de metais (ART4672)

Quem pode imaginar que espécies de riquezas existem sob nossos pés? Minerais raros, uma jazida de ouro, prata ou até mesmo algum tesouro enterrado por um velho bandeirante ou garimpeiro? Se você gosta de explorar o desconhecido, cavando tesouros ou se você simplesmente gostaria de explorar as praias em busca de objetos perdidos por banhistas distraídos, ou ainda, se você tem dificuldades em encontrar encanamentos de água ou fios sob a parede, este aparelho vem justamente satisfazer suas aspirações.

 

Os detectores de metais são dos aparelhos eletrônicos os mais atraentes. Se bem que os tipos profissionais sejam sofisticados o bastante para até mesmo possibilitar uma avaliação do tamanho e profundidade dos objetos enterrados, para a maioria das aplicações, e principalmente para os montadores que não dispõem de muito capitai para um conjunto complicado, uma versão simplificada, porém eficiente é a indicada.

O nosso detector de metais possui características bem definidas: dependendo das dimensões da bobina exploradora, objetos metálicos podem ser detectados a uma profundidade de até 40 cm, em qualquer tipo de solo, através da parede ou mesmo cimento (figura 1).

Figura 1

Moedas, caixas metálicas, pregos, parafusos, relógios, canos, poderão ser encontrados com facilidade com este detector. A escolha da bobina para a dependerá do tipo de objeto que se deseja localizar, conforme instruções que daremos na parte prática do artigo.

O importante a se observar é em relação ao seu grau de dificuldade, já que, mesmo se tratando de aparelho de certo modo sua versão "sofisticado- em um dos componentes, do princípio de funcionamento e da complexidade, como as explicações são claras e precisas, até mesmo os principiantes poderão empreender sua realização sem perigo de encontrarem problemas. Existem apenas alguns pontos críticos, principalmente referentes a construção da bobina e o ajuste do circuito que exigirão um pouco de cuidado do montador.

Assim, seguindo as instruções para a montagem, o leitor não terá dificuldades em obter o rendimento previsto para seu detector e, depois de uma busca bem-sucedida nos terrenos das vizinhanças ou em alguma praia deserta o eventual encontro de um "tesouro enterrado" certamente pagará os poucos cruzeiros gastos na montagem do aparelho. (figura 2).

Figura 2

COMO FUNCIONA

O princípio de funcionamento deste detector de metais é o tradicionalmente utilizado na maioria dos localizadores tanto comerciais como nos descritos em obras especializadas para a montagem. Trata-se do princípio do batimento realizado a partir do sinal de dois osciladores da maneira como passamos a explicar:

Dois osciladores, ou seja, circuitos que geram sinais de altas frequências, normalmente entre 100 000 e 2 000 000 Hertz (oscilações por segundo) são ligados a um mesmo circuito detector e amplificador o qual tem na salda um fone ou um instrumento indicador. (figura 3).

Figura 3

Se os dois circuitos osciladores forem ajustados para operar com o mesmo número de oscilações, ou seja, na mesma frequência, no momento em que seus sinais forem combinados o resultado será nulo, isto é, não será obtido nenhum sinal para ser amplificado na etapa seguinte e o fone será mantido em silêncio. Não pode ser ouvido nenhum som neste fone. Dizemos, nestas condições que a "frequência de batimento é nula" (figura 4).

Figura 4

Se, porém, um dos osciladores tiver sua frequência ligeiramente alterada, devido a uma causa externa, por exemplo, o resultado no momento da combinação dos sinais será diferente. Assim, se a frequência de um dos osciladores for deslocada de 100 000 Hz para 100.500 (0,5%), e a do outro se mantiver em 100 000 Hz, no momento em que os sinais forem combinados, o resultado não mais será um batimento nulo, mas sim, aparecerá um sinal cuja frequência será exatamente igual à diferença de valor das duas frequências, ou seja, 500 Hertz. (figura 5) .

Figura 5

Na realidade, também aparecerá na saída do circuito um sinal igual à soma das frequências, mas este não interessa para o nosso caso prático.

Ora, esse sinal de 500 Hertz pode ser amplificado pelo circuito seguinte e quando for aplicado a um fone poderá ser ouvido sob a forma de um apito contínuo. Quanto maior for a diferença de frequência entre os dois osciladores o que pode ser associado a uma maior influência sobre um dos osciladores, maior será a frequência do sinal obtido e, portanto, mais agudo será o som ouvido no fone. No circuito prático de nosso detector de metais aproveitamos esse fenômeno do seguinte modo:

Um dos osciladores é ajustado para operar em determinada frequência, sendo, portanto, um oscilador de frequência fixa, sendo esta determinada por um capacitor e um indutor (bobina) os quais são mantidos dentro da caixa que aloja o conjunto e que ficará presa ao cabo do detector, portanto livre da influência de objetos metálicos mais afastados como os que se encontram enterrados.

O outro oscilador, entretanto, tem uma bobina externa, que é a "bobina exploradora" e um capacitor ajustável de modo que podemos fazê-lo operar na mesma frequência do outro oscilador em condições de ausência de influência externa sobre as duas bobinas, ou seja, usamos como ajuste de batimento nulo (figura 6). Isso significa que, longe de qualquer metal, ajustamos o capacitor de um dos osciladores de modo que sua frequência se iguale a do outro (que é fixa), obtendo-se um batimento nulo o que significa ausência de som no fone.

Figura 6

Usando o aparelho, quando aproximamos a bobina exploradora de algum objeto metálico, este tem por influência modificar a forma do campo magnético existente em torno da bobina, ou seja, modifica a concentração das linhas de força e consequentemente sua indutância. O resultado líquido de tudo isso é uma sensível mudança na frequência do oscilador ao qual está ligada esta bobina. Em suma, a presença de um objeto metálico nas proximidades da bobina altera seu comportamento afetando o sinal gerado pelo oscilador que tende a mudar sua frequência.

Podemos dizer que os comportamentos dos objetos metálicos em relação à bobina são dois: os objetos paramagnéticos concentram as linhas de força aumentando sua indutância de modo que a frequência do oscilador da bobina exploradora tende a diminuir, e os objetos diamagnéticos que dispersam as linhas de força, diminuindo a indutância da bobina e consequentemente aumentando a frequência de seu oscilador. Os dois tipos de objetos podem ser detectados por nosso aparelho. No primeiro grupo situamos os objetos de ferro, latão, níquel, etc. No segundo grupo, situamos o alumínio, o bismuto, etc.

O importante em tudo isso é que, quando a mudança de frequência de um dos osciladores ocorre, o sinal de batimento deixa de ser nulo, sendo então amplificado e aparecendo no fone sob a forma de um apito, conforme sugere a figura 7.

Figura 7

Pela presença desse sinal, sabemos que estamos diante de algum objeto metálico exercendo influência sobre a bobina exploradora. Observe o leitor que estando a bobina do oscilador fixo mais longe, ela praticamente não sofre a influência do objeto.

Quanto maior for a ação do objeto sobre a bobina exploradora, maior será a diferença na frequência do oscilador e portanto, mais agudo será o som ouvido no fone. Pela "agudeza" do som, podemos, portanto, ter uma ideia da espécie de objeto oculto.

Os objetos que mais facilmente podem ser localizados por este aparelho são os feitos de metais ferrosos, ou seja, ferro, aço, níquel que provocam uma alteração maior nas linhas de força do campo magnético, se bem que outros metais, com menor sensibilidade, também possam ser localizados. O circuito prático que realizaremos é o mais simples possível: cada um dos dois osciladores conta com um transistor, o sinal de batimento é obtido a partir de um diodo detector comum, e a amplificação do sinal é feita por um único transistor.

Todo o conjunto é alimentado por 4 pilhas comuns que apresenta durabilidade suficiente para permitir um funcionamento contínuo por muitas horas.

MONTAGEM:

Podemos analisar a montagem dividindo-a em duas partes: a parte eletrônica que trata do circuito propriamente dito, sua montagem na ponte de terminais ou placa de circuito impresso e as ligações; e a parte mecânica que trata do enrolamento das bobinas, fixação do cabo, instalação do aparelho na caixa e sua fixação final no conjunto.

a) Parte eletrônica

Para a parte eletrônica, as ferramentas recomendadas são as de sempre: um soldador de pequena potência (máximo de 30 watts), solda de boa qualidade, um alicate de corte, um alicate de ponta e duas ou mais chaves de fenda. O leitor pode optar pela montagem em ponte de terminais ou em placa de circuito impresso.

figura 8

A primeira versão, em ponte de terminais é recomendada principalmente aos principiantes ou aos que não possuem muitos recursos técnicos para montagens. Essa versão é mais fácil de ser realizada por exigir menos recursos técnicos do montador, mas em compensação não permite a obtenção de um alto grau de miniaturização. De fato, a segunda versão permite o alojamento do aparelho numa caixa de dimensões bem menores.

A segunda versão é a que permite maior grau de miniaturização. Evidentemente, para realizar a montagem em placa de circuito impresso o leitor deve ter os recursos para sua elaboração tanto no que se refere ao conhecimento das técnicas como também à posse de ferramentas apropriadas.

Figura 9

Para facilitar os que possuem um conhecimento dessas técnicas, damos o desenho da placa em tamanho natural com a disposição dos componentes. Assim, na figura 8 temos o diagrama completo do Localizador de Metais, na figura 9, a placa de circuito impresso, tanto vista do lado cobreado como do lado dos componentes, e na figura 10, a disposição dos componentes em ponte de terminais.

Para esta segunda versão, em ponta de terminais sugerimos uma sequência de operações, para a montagem, e os principais cuidados a serem observados. Inicie a montagem enrolando a bobina do oscilador interno, ou seja, o oscilador fixo que ficará no interior da caixa que alojará o conjunto. Essa bobina consiste em cerca de 50 espiras (voltas) de fio esmaltado, 28 ou 30 AWG enroladas num bastão cilíndrico de ferrite de 8 cm de comprimento e 0,7 cm de diâmetro. O leitor deve deixar cerca de 5 a 6 cm de fio solto em cada extremo do enrolamento para servir para sua ligação, conforme mostra a figura 11. Para a soldagem dos terminais dessa bobina, deve ser raspada a camada de esmalte que recobre o fio, utilizando-se para esta finalidade, uma lâmina afiada.

De posse da bobina e demais componentes que serão montados na ponte de terminais, prepare-se para a realização das soldagens dos componentes. Para isso, aqueça bem o soldador e estanhe sua ponta.

Comece a soldagem pelos transistores, atentando para sua posição. Todos eles devem ficar com a sua parte achatada voltada para cima, e na sua soldagem deve-se evitar que o calor excessivo gerado pela operação chegue ao seu corpo. Para isso a operação deve ser rápida.

Figura 10

Figura 11

A seguir, solde os capacitores de poliéster, atentando para suas cores que indicam seus valores. Dobre seus terminais nas dimensões que permitam a soldagem em posição, e corte os excessos com um alicate. Na próxima etapa você deve soldar os capacitores de disco de cerâmica, dobrando seus terminais de modo a ficarem em posição e cortando os excessos.

Na etapa seguinte, solde os resistores, observando que os valores desses componentes são dados pelos seus anéis coloridos. Dobre seus terminais e corte-os de modo a ficarem na posição de soldagem ideal. O último componente a ser soldado é o diodo detector, devendo ser observada sua polaridade. Observe, portanto, a posição do anel pintado em seu corpo. Na soldagem desse componente evite o calor excessivo que poderá danificá-lo.

A montagem na ponte de terminais fica completa com a realização das conexões entre alguns terminais as quais são feitas com fio rígido. Para a ligação do capacitor variável corte dois fios flexíveis de aproximadamente 10 cm soldando-os nos locais próprios da ponte. A soldagem do capacitor será feita posteriormente, quando este componente estiver fixo na caixa. Solde também dois pedaços de fio de igual comprimento para a ligação do jaque em que será conectado o fone, e também mais dois fios, para a ligação da fonte de alimentação. Um dos fios irá ao suporte das pilhas e o outro ao interruptor.

A ligação do cabo que irá à bobina exploradora deverá ser feita em último lugar. O fio é do tipo blindado, devendo a malha externa ser ligada ao polo negativo do circuito e a parte interna ao polo vivo do circuito propriamente dito (figura 12). É importante o uso de fio blindado pois ele atua como blindagem para influências externas sobre o circuito.

figura 12

Completada a montagem eletrônica, podemos passar à parte mecânica:

b) Parte mecânica:

Começamos pela bobina exploradora. Esta consiste em cerca de 20 espiras de fio esmaltado 28 ou 30 que são enroladas numa forma de plástico chata de 30 cm de diâmetro. (figura 13). Outras versões para esta bobina são possíveis. Para uma bobina menor, a compensação dos efeitos na frequência pode ser feita pela alteração dos capacitores correspondentes o que será indicado no processo de ajuste.

Figura 13

Para a localização de encanamentos sob a parede ou objetos pequenos à pequena profundidade, a bobina pode consistir em outras 50 espiras de fio esmaltado 28 ou 30 enroladas num bastão de ferrite igual ao usado para o oscilador fixo. Temos neste caso a possibilidade de obter uma montagem mais compacta conforme sugere a figura 14.

Figura 14

Evidentemente, a escolha da versão a ser realizada depende totalmente do leitor. Os extremos da bobina são soldados numa ponte de terminais fixada em seu fundo, onde então será ligado o cabo blindado de conexão ao restante do circuito. O comprimento desse cabo é importante, não devendo ultrapassar os 2 m para não haver introdução de capacitâncias no circuito que possam dificultar seu ajuste.

A bobina é dotada de um cabo de PVC por onde será sustentada, e nesse cabo é fixada a pequena caixa que aloja o circuito eletrônico conforme sugere a figura 15.

Figura 15

Observe que a caixa que aloja o conjunto

Se o som vai se tornando cada vez to deve ter dimensões compatíveis com a montagem realizada. Esta caixa pode ser de plástico ou qualquer outro material isolante, e deve ter espaço suficiente para também acomodar as pilhas que o alimentam.

Nessa caixa encontramos um ajuste de frequência (capacitor variável) a chave que liga e desliga o circuito, e um jaque onde será ligado o fone de cristal. A fixação dessa caixa no braço de sustentação pode ser feita diretamente por parafusos ou ainda por meio de braçadeiras. Fixado o conjunto, proceda às ligações que faltam, da fonte de alimentação, do fio da bobina exploradora e dos controles segundo sugere o diagrama dado.

Completada a montagem podemos fazer um ajuste para verificar o funcionamento.

Ajuste e uso

Completada a montagem, confira todas as ligações e, se tudo estiver em ordem, coloque as pilhas no suporte e ligue a chave de conexão do circuito. Coloque o fone no ouvido. Você deve ouvir um apito contínuo mais grave ou agudo, conforme o caso.

Em seguida, vá girando o variável para um lado ou outro até que o som tornando--se mais grave desapareça em determinado instante. Nesse ponto temos o ajuste de batimento nulo que corresponde ao ponto de funcionamento do aparelho. Aproxime a bobina exploradora de uma lata comum de conserva (figura 16). O aparelho imediatamente deve acusar sua presença por meio de um apito contínuo no fone.

Se, com a movimentação do variável observar-se que o som produzido no fone varia de frequência, mas não se obtém um ponto de nulo, em que cessam as oscilações, isso significa que pequenas variações das características dos componentes (bobinas e capacitores) precisam ser compensadas. Isso pode ser feito da seguinte maneira:

a) Se o som vai se tronando cada vez mais grave quando viramos o capacitor variável para a direita (sentido horário).

Figura 16

Mas não chega a desaparecer pois o capacitor "não alcança" essa posição, a solução consiste em se diminuir o valor do capacitor C9. Reduza-o primeiramente de 330 pF para 20 pF, e se ainda assim não for obtido um resultado positivo, diminua para 100 pF.

b) Se o som vai se tornando cada vez mais grave quando viramos o capacitor para a esquerda (sentido anti-horário) mas não alcança o ponto em que o som desaparece, aumente o valor de C9 passando de 330 pF para 470 pF e depois, se necessário para 560 pF. Conseguido o ajuste, para usá-lo basta sair por aí, explorando as riquezas ocultas no solo. (figura 17).

figura 17

Observação sobre Cx

A utilização do capacitor Cx depende de diversos fatores. Para a utilização de um capacitor variável de 410 pF deve ser usado para Cx um capacitor de cerâmica de 470 pF. Se o variável for de menor capacitância, deve ser usado um capacitor para Cx de tal modo a se obter o ajuste desejado. Para variáveis de menor capacitância Cx deve ser maior que 470 pF.