detecteur de metaux

[eurekagpatrouve]

Bonjour à tous,
Je suis en prepa scientifique et je fais une étude sur les détecteurs de métaux. Pour cela j'ai cherché longtemps des infos sur internet mais les résultats n'ont pas été concluants. . Si donc vous trouvez des infos qui explique de manière approfondie le fonctionnement de ces appareils, je suis preneur.
J'ai tout de même essayé de modéliser un détecteur de métaux en labo de la manière suivante. J'ai utilisé deux bobines , l'une alimentée par un GBF, l'autre située dans le champ de la première de sorte que les lignes de champ de la bobine alimentée traversent la deuxième bobine. Ces deux bobines sont reliées à un oscilloscope pour comparer la tension à leurs bornes. Pour modéliser un pièce, j'ai utilisé une plaquette de 10cm2 que je place dans le champ de la première bobine. un déphasage devrait alors apparaître entre les tension observées sur l'oscillo mais il n'en est rien. J'aurais donc voulu savoir si quelqu'un était en mesure de me donner une explication à ce problème. Je vous remercie.

[Moulin]

Bonsoir eurekagpatrouve

Tu n'essaye pas de modeliser un detecteur de metaux, tu essaye de faire un detecteur de metaux rudimentaire du moins si je comprends bien ta demande.

Il me semble que c'est un probleme d'electromagnetisme de mesure de la force electromotrice recueillie dans la bobine receptrice sous l'action du champs magnetique genere par la premiere bobine.
Le flux magnetique etant modifie ou non par une piece metallique va augmenter ou diminuer ce flux et donc la fem recueillie dans la deuxieme bobine.

Cela ressemble a un probleme tel qu'on en pose dans les classes secondaires. Ca s'appelle un transformateur dont tu fais varier le couplage entre le primaire et le secondaire.

Dans ce cas, as tu realise deux bobines identiques, il serait utile de connaitre l'inductance probablement des micro henrys, tu alimente avec un generateur BF, la frequence, la tension et l'impedance de sortie de ton generateur serait bienvenue afin de pouvoir calculer le champs magnetique.

Il faudrait connaitre la nature du metal : ferromagnetique je suppose.

voila comment je vois pose le probleme, est ce que je me trompe ?

__________________________________________

Maintenant on va passer a des considerations pratiques, si ton generateur BF delivre par exemple 1 volt sous 75 ohms, l'amperage est tout petit, tu peux le calculer facilement, il y a une petite difficulte toutefois, le champs magnetique tres petit aussi, tu peux au lieu de mesurer la fem dans une autre bobine situe a quelques cm de la premiere utiliser aussi bien une aiguille de boussole, je me demande meme compte tenu de ces facteurs si elle va devier legerement meme a l'interieur de la bobine.
Donc l'absence de resultat ne m'etonne guere.

La premiere chose a faire c'est de calculer l'intensite du champs magnetique que tu vas generer, a l'aide de toutes les donnes precedemment enumerees, ensuite on pourra progresser.

Personellement si j'avais a resoudre ce probleme :
1 -Je calculerai a la louche l'inductance de la premiere bobine
2 - je mettrai en parallele un condensateur
3 - je calculerai la frequence de resonnace par la formule de Thomson f = 1/ 2 pi racine de LC
tu peux t'arranger pour que ta frequence de resonnace soit de l'ordre de quelques kilohertzs
4 - Je ferai varier la frequence du generateur BF connecte a ce ciruit LC avec toujours en parallele l'entre de l'oscillo et la masse et faisant varier la frequence je chercherai la resonnance, c'est tres net (d'autant plus que le facteur Q de ta bobine est eleve) mais cela se voit bien a l'oscillo ou meme au controlleur universel
A ce moment la on peut calculer l'intensite qui circule dans la bobine par la formule U = R X I et non plus U = Z X I, je pense que tu vois pourquoi ?
5 Une fois cette resonnace trouvee, je m'amuserai a regarder si une aiguille aimantee de boussole devie quand je delivre des signaux (a la bonne frequence de resonnace) au circuit LC
6 Si l'aiguille devie, je mettrai alors la deuxieme bobine a quelques cm de la premiere et la tu dois pouvoir recueillir une sinusoide a la meme frequence mais evidemment d'intensite plus petite beaucoup plus petite aux bornes de cette bobine, le dephasage n'a rien a voir la dedans
7 Ce n'est que si tu as reussi toutes ces etapes que tu peux observer que l'amplitude de la sinusoide decrite en 6 est modifiee par un corps metallique intercale entre les deux bobine

__________________________________________


Pour terminer, faire un detecteur de metaux qui est performant n'est pas une mince affaire, generalement on genere des impulsions et c'est la meme bobine qui est tour a tour emettrice et receptrice, J'ai un tres bon bouquin fait par un Allemand dans ma bibliotheque mais je ne l'ai pas retrouve, je ne l'ai recherche que 5 minutes.

Personellement je ne suis pas alle plus loin car les schemas dans ce livre me paraissaient tarabiscotes (un peu comme les schemas des televiseurs Sony) , je ne les comprenais pas rapidement, ils n'etaient pas clairs et en vieillisant j'ai pris l'habitude de n'entreprendre la construction d'un appareil que si je comprends parfaitement le schema.

Pour faire un detecteur de metal peu performant, on alimente la self que l'on promene pres du sol cette self constitue un circuit oscillant et on detecte une variation de cette self au contact d'un morceau de metal en detectant la variation de frequence de l'oscillateur souvent avec un casque mais le plus souvent la variation de frequence est detectee par un discriminateur.

Je te confirme que sur le net on ne trouve pas de schemas de detecteurs de metaux performants, j'ai cherche beaucoup, on trouve des sortes de jouets tout au plus un petit appreil pour detecter si il y a un tuyau qui passe dans le mur.
Cela dit, la confection d'un tel appareil n'est peut etre pas ton but.
Si c'etait le cas j'aimerai bien connaitre un schema d'un appareil performant, schema qui soit tres clair, un schema pouvant etre complexe mais rester tres clair, c'est une des conditions pour moi pour que cela marche du premier coup.

Amities

J-P Moulin

[eurekagpatrouve]

C'est très gentil de t'être penché autant sur mon cas JP Moulin. Le problème que je rencontre c'est qu'il apparaît bien une tension dans ma deuxième bobine, qui possède bien la même fréquence que celle de mon générateur alimentant ma première bobine, mais je n'arrive pas à faire varier la tension dans la deuxième bobine en insérant une plaquette de cuivre (symbolisant la pièce) dans le champ de la bobine réceptrice. Que je mette cette plaquette ou pas, ça ne change rien.

[darrigan]

Bonsoir,

L'électronique n'est pas trop mon fort... mais une idée me vient : il est possible que la perturbation induite par la pièce soit masquée par le fort signal BF. As-tu essayé de faire la différence (avec un système électronique dont j'ignore comme on fait !) entre le signal capté par la bobine et le signal BF envoyé ? La différence pourrait faire apparaître un petit signal, lequel pourrait varier selon la taille/forme/composition de la pièce.

As-tu essayé de faire varier la fréquence du GBF ? Et jamais tu n'observes de déphasage entre les deux signaux, à l'oscilloscope en mode X-Y ? (un segment qui deviendrait une ellipse plate)

[Moulin]

Bonsoir

Ne vois nulle agressivite dans mes propos mais le probleme que tu soumets est un probleme de lyceen.

Reprends tes bouquins de classe de seconde ou de troisieme, ceux dans lesquels on traite de l'electromagnetisme car ce que tu fais est pratiquement une experience de tp pour illustrer un cours : Couplage magnetique entre deux bobines (on pratiquait cela dans les postes de radio des annees trente ou deux bobimes etaient plus ou moins rapprochees, ici on intercale un corps qui a une permeabilite magnetique differente de celle de l'air et ou du vide)

Tu dis que le cuivre entre les deux bobines n'affecte pas l'amplitude de la fem aux bornes de la bobine receptrice. Il faut que tu regarde dans un bouquin si la permeabilite magnetique du cuivre et celle de l'air sont comparables.

Mets entre les deux bobines un morceau de fer ou tout autre metal ferromagnetique (Fe Ni Co et terres rares) et la je parie que tu vas avoir une modification importante de l'amplitude.

La phase du signal recu n'a rien a voir avec le probleme que tu nous soumets.

A ta disposition pour aller un peu plus loin.

Amities.

J-P Moulin

[Moulin]

Bonjour.

Je viens de taper sur Google "permeabilite magnetique" et wikipedia repond :


On distingue les matériaux diamagnétiques (argent, cuivre, eau, or, plomb, zinc...), paramagnétiques (air, aluminium, magnésium, platine...) et ferromagnétiques (cobalt, fer, mu-métal, nickel...).

En général, les matériaux diamagnétiques et paramagnétiques présentent des valeurs de perméabilité relative proche de 1. La perméabilité absolue des matériaux diamagnétiques et paramagnétiques est donc pratiquement égale à celle du vide, c'est-à-dire 4π×10-7 H/m.

Donc tu as la reponse a ta question : Pourqoui cela ne change rien quand j'intercale du cuivre ?

Mets une piece de monnaie blanche qui contient du nickel ferromagnetique entre les deux bobines et la tu vas voir la fem dans la deuxieme bobine augmenter


Amities

J-P Moulin

[ecolami]

Bonjour,
En résumé le montage ne pourra réagir qu'avec des métaux ou matériaux magnétiques ou magnétisables. Pour détecter d'autres métaux il faudra recourir a des méthodes genre radar j'imagine.
Pour prend un exemple plus parlant le détecteur envisagé serait capable de déceler des morceaux de fer sous le sol mais pas un sac de pièces d'or!

[Moulin]

Cher Ecolami.

La reponse est oui mais pour ce montage ; ce que decrit ce jeune homme n'a de detecteur que le nom ne serait ce que parce qu'il faut disposer les deux bobines de part et d'autre de l'objet, ce qui rend completement inoperant ce montage car les objets que l'on cherche sont enfouis.

On peut detecter les metaux non ferreux : les metaux sont conducteurs et quand on envoie une onde electromagnetique, le metal se comporte comme une antenne receptrice, c'est a dire qu'elle genere de l'electricite sous l'action du champs electromagnetique et l'electricite generee induit un champs electromagnetique a son tour, l'antenne devient emettrice. Donc quand on envoie une onde electromagnetique a un objet metallique, il renvoit l'onde affaiblie.

C'est sur ce principe que l'on fait de l'identification RFID en Anglais (supermarches, comptage de pieces), on met un petit tortillon de metal qui est une antenne accordee a une certaine frequence, une bobine envoie une onde breve sur cette frequence, une autre recoit le signal engendre par le tortillon.

C'est sur le meme principe que l'on met des barres (appelees directeur) devant le trombonne que constitue une antenne de television proprement dites, les barres se comportant comme une antenne receptrice et emettrice ; si l'on en met beaucoup devant le trombonne (espacee convenablement) les ondes se concentrent comme dans un entonoir, on complete en mettant derriere le trombonne (un reflecteur) qui a une forme de paraboloide, veritable miroir, le trombone est au foyer du paraboloide. On fait ainsi des antennes extremement directives et ayant un grand gain (25 db pour donner une idee) par rapport a l'antenne trombone seule.

La partie antenne d'une station radio amateur est une partie tres tres amusante, peut etre la plus amusante. Les radio amateurs disent par ailleurs : Tant vaut l'antenne tant vaut la station.

Les detecteurs les splus performants sont faits avec des montages qui marchent en impulsion avec un micro processeur qui si ils sont bien concus te disent meme l'age du capitaine.
Mon avis c'est qu'il faut acheter le detecteur car pour en faire un qui vaille la peine cela represent beaucoup beaucoup de travail.

Dans le commerce, il y a de la camelote le plus souvent, les pros de la recherche disent qu'il n'y a que quelques marques disons 2 qui font des detecteurs qui ne sont pas des jouets mais des instruments de travail.

Cela dit il existe depuis longtemps des magnetometres (pour plusieurs dizaines de milliers d'Euros) tres sensibles avec enregistrement dans un PC portable au fur et a mesure de la progression du vehicule qui te font des cartes et qui reperent donc des anomalies du champs magnetique et il y a de quoi degouter l'amateur avec sa petite poele a frire meme performante.

Amities

J-P Moulin

[chatelot16]

une ou 2 bobine , ce n'est pas le probleme ... certain vrai detecteur de metaux on aussi 2 bobine indepandante dans la pelle a tarte

le probleme c'est que tu n'utilise pas la resonance

le couplage entre la bobine et la piece a detecter est faible ... sans resonance l'influence de la piece a detecter est inferieure a l'epaisseur du trait sur l'oscilloscope

avec une seule bobine et un condensateur , en la faisant travailler dans un oscillateur qui trouve la frequence de resonance , une piece mettalique dans le champs de la bobine a beaucoup plus d'effet : et en plus on peut distinguer les metaux : une piece en fer diminue la frequence en augmentant l'inductance ... une piece en cuivre ou alu augmente la frequence car le flux est repoussé par courant de foucauld et ça diminue l'inductance

[Moulin]

Bonjour.

Tu a raison Chatelot, se servir des metaux comme miroir a onde electromagnetiques donne une onde reflechie tres affaiblie.

Beaucoup de detecteurs font appel a la methode d'excursion de frequence, un oscilateur compose d'une self et d'une capacite, la self n'est autre que la bobine de la poele a frire.
Quand cette self se trouve pres d'un bout de metal, sa valeur est modifiee et la frequence de l'oscilateur varie comme tu le dis selon que le metal est ferro, dia ou paramagnetique.

Il faut ensuite afficher ou rendre compte de l'excursion de frequence, on ne peut le faire directement avec un casque car les frequences employees sont de l'ordre de plusiuers dizaines de kilohertzs, ultrasonores. Certains modeles permettent de changer la frequence de base. Il y a deux procedes :

Cas un : On explore l'excursion de frequence en placant un deuxieme oscillateur fixe (de frequence f1) et la modification de la frequence (f1 + delta f) du premier l'oscillateur est exploree par la methode du battement, on entend au casque une frequence audible delta f : (f1 - (f1 - delta f)) = delta f

Cas deux : Parfois on rend compte de l'excursion de prequence de l' oscillateur par un montage appele discriminateur (un truc qui transforme une variation de frequence en tension comme dans les postes modulation de frequence v = k delta f).

Dans les deux cas le principe reste le meme.

Actuellement les appareils qui ne sont pas des jouets fonctionnent en regime impulsionnel,
J'ai retrouve le livre (Detecteurs de metaux - Theorie - Pratique - Rolf Wilhelm - Editions Publitronic) ou son decrits plusiuers appareils de ce type ainsi que plein d'explications quant au fonctionnement de ces appareils.
L'interet de ce livre est que cet auteur a realise des experimentations en long en large et en travers mais les schemas sont (pour moi) epouvantables, difficile a comprendre et donnant l'impression d'un fouillis, le truc qui genere des erreurs de cablage a n'en plus finir et difficile a reparer.
Ce sont des montages a une bobine qui tour a tour emet et recoit. Le tout est gere par un microcontrolleur.
Il y decrit aussi des magnetometres qui permettent de detecter les mines anti personnel qui ne comportent pas de parties metalliques.

La je crois qu'on a fait sommairement le tour de la question ; cela n'a pas grand chose a voir avec l'idee de eurekagepatrouve et de ses bobines a couplage modifie par l'interposition d'une piece de metal, il a eu une idee mais pas operationnelle en fait.

Quand on s'attaque a un projet, la premiere chose a faire est de voir ce qu'ont fait les autres, la science et la technique relevant d'un savoir cumulatif.
Quand on presente un de ses articles a un scientifique, la premiere chose qu'il fait c'est de lire l'abstract pour voir de quoi ca cause et ensuite il fonce directement a la bibliographie, ca donne tout de suite une idee entre autre du niveau de connaissance du sujet par l'auteur et qui evite a l'auteur de reinventer la roue, ce n'est qu'ensuite il lit l'introduction et la conclusion.

Amities

J-P Moulin


PS : Un site ou sont decrits des detecteurs performants comportant detecteurs a impulsions et micro controleurs :
http://www.pulsdetektor.de/technik/technik_index.html