Quantos tesouros ocultos existem e ainda estão à espera de que alguém com muita sorte ou recursos especiais os localize? Moedas, relógios, jóias e outros metais preciosos são ainda localizados em nossos dias, em lugares por onde muita gente passou e nem sequer imaginou que poderia esconder tantas riquezas. Infelizmente não podemos ver o que está debaixo de nossos pés enterrado a poucos centímetros e isso é a mais séria limitação à localização dos tesouros. A eletrônica, entretanto, supera estes poucos centímetros que podem cobrir muitos tesouros com o detector de metais que apresentamos. Monte seu detector e saia pelo mundo em busca de objetos preciosos, moedas e coisas que você nem pode imaginar.
Obs. Este artigo é de 1980, mas totalmente viável em nossos dias pelos componentes que usa. O mesmo artigo saiu em versões posteriores, mas sem modificações.
Nenhum de nós pode imaginar que espécies de riquezas se escondem sob os nossos pés, mesmo que a apenas alguns centímetros da superfície da terra.
E, o simples fato de pensar que, debaixo de nossos pés, em nosso próprio quintal, ou numa praia, podem existir mil e um tesouros fabulosos, é de deixar qualquer um excitado.
Você já pensou em quantos tesouros ou objetos antigos não existem perdidos em toda a imensidão de nosso país?
Você já pensou em quantos objetos de valor como relógios, joias, rádios são perdidos todos os anos nas praias por veranistas distraídos?
Não podemos ver o que está enterrado mesmo que a poucos centímetros da superfície o que nos impede de localizar os grandes tesouros.
Mas, para a eletrônica, uma camada de terra sobre um objeto não é obstáculo e com a ajuda de suas técnicas você poderá localizar muita coisa que de outro modo seria impossível.
Se você pretende transformar suas férias numa emocionante caçada ao tesouro, ou se você desconfia que na sua casa ou sítio existem objetos de valor enterrados, por que não fazer uma busca científica com um aparelho capaz de localizá-los com facilidade?
A eletrônica, com seus recursos, pode acusar a presença de objetos metálicos enterrados, como se a terra fosse transparente e com isso revelar todos os seus mistérios e riquezas ocultas (figura 1).
O detector de metais que descrevemos neste artigo é simples de montar e de ajustar (um simples radinho portátil é usado como instrumento de ajuste) e ainda muito mais simples de ser utilizado.
Totalmente portátil ele funciona com uma bateria de grande durabilidade e pode acusar a presença de objetos enterrados desde simples moedas até grandes caixas (arcas de tesouros, por exemplo!) a profundidades que chegam até 1 metro ou mais (dependendo do tamanho do objeto, é claro!).
Mas, além de servir para localizar tesouros e riquezas ocultas este detector também pode ser usado de outros modos igualmente úteis: pode servir para localizar canalizações ocultas no solo ou na parede ou simplesmente ajudá-lo a encontrar objetos perdidos no gramado (figura 2).
E então, gostou deste projeto? Se você deseja realmente sair em busca de seus tesouros ocultos ou de sua mina de ouro, não espere mais, veja como construir este detector e boa sorte... (figura 3).
CARACTERÍSTICAS
O detector que apresentamos "não faz milagres" pois seu princípio de funcionamento é o mesmo da maioria dos detectores de metais profissionais que podem ser conseguidos em casas especializadas.
Pelas características dadas a seguir, o leitor pode ter uma ideia de como o detector pode ser usado e o que ele pode lhe revelar.
Alimentação: 9 V (1 bateria)
Tipo de sinal de alerta: sonoro em alto-falante
Sensibilidade: moeda (5 cm); lata de cerveja; (30 cm) panela de 30 cm (80 cm)
Ajustes de funcionamento: 2 (sensibilidade e volume)
Consumo de corrente: 5 mA (repouso)
Frequência de operação: 600 KHz
Transistores: 6
Sistema de operação: batimento de dois osciladores por mudança de indutância
Objetos detectados: metais ferrosos e não ferrosos como o alumínio, cobre, ouro, etc.
Diâmetro da bobina: 15 cm
Obs.: alterações nas bobinas podem ser feitas para mudança de sensibilidade.
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
Conforme foi dito, este detector de metais funciona segundo o mesmo princípio da maioria dos detectores comuns: o batimento de dois osciladores.
Explicamos melhor o que é isso:
Se dois circuitos osciladores tiverem seus sinais “misturados" o resultado será a produção de dois outros sinais cujas frequências sejam iguais à soma e a diferença das frequências dos osciladores originais.
Por exemplo, se tivermos um oscilador operando em 1 000 Hz e outro em 1 500 Hz, da mistura de seus sinais teremos frequências de 500 Hz (diferença) e 2 500 Hz (soma). (figura 4)
No caso de nosso detector interessa especificamente o sinal diferença.
Assim, o que temos são dois osciladores que em princípio são ajustados para operar na mesma frequência (no nosso caso em torno de 600 kHz) o que significa que, misturados, seus sinais resultam num batimento nulo (a diferença é zero, no caso), e nada ”sai do outro lado".
No entanto, um dos osciladores é montado de tal modo que sua frequência pode alterar-se sensivelmente em presença de objetos metálicos.
Isso significa que, se aproximarmos este circuito de um objeto de metal sua frequência altera-se. Como os dois osciladores não tem mais a mesma frequência, existe na saída do circuito um sinal diferença que não é nulo.
Ora, este sinal diferença, dependendo do tamanho do objeto pode estar entre alguns hertz e 10 000 ou mais hertz o que corresponde justamente a uma faixa de frequências que podemos ouvir (figura 5).
Se então aplicarmos este sinal a um amplificador teremos >o seguinte: na ausência de metais próximos, quando o batimento é nulo, o amplificador permanece em silêncio.
Quando aproximamos o aparelho de um objeto de metal que altere a frequência de seu oscilador, o batimento deixa de ser nulo, aparece uma áudio frequência na entrada do amplificador que então se traduz num apito contínuo no alto-falante.
Em suma: na presença de objetos metálicos o aparelho “apita" e o apito será tanto mais agudo quanto maior ou mais próximo estiver o objeto metálico.
Elemento importante deste aparelho é o sensor, ou seja, o elemento que deve sentir " a presença dos metais enterrados ou ocultos.
Os osciladores são então do tipo mestrado na figura 6 em que a frequência que produzem depende de dois fatores: dos capacitores C1 e C2 e da indutância da bobina L1.
Esta indutância é que nos interessa em princípio.
A indutância de uma bobina depende do número de voltas de fio que ela possui de seu diâmetro, de seu comprimento e também do tipo de material existente em seu núcleo ou sob influência de suas linhas de força.
Explicamos melhor: quando uma bobina “funciona" em sua volta aparecem linhas de força de seu campo magnético que se espalham pelo espaço à distância indeterminada (figura 7).
Se objetos ditos paramagnéticos como o ferro o níquel forem colocados nas proximidades desta bobina, estes têm a propriedade de concentrar as linhas de força do campo magnético provocando com isso um aumento de sua indutância.
O aumento da indutância será tanto maior quanto mais linhas de força estes objetos conseguirem concentrar (dependendo, portanto, do tamanho e da distância do objeto o efeito em questão).
Se o objeto colocado nas proximidades for do tipo dito diamagnético como o alumínio ou o cobre, o que ocorre é dispersão das linhas de força do campo magnético da bobina e do mesmo modo uma alteração na indutância da bobina, só que para menos (figura 8).
Do mesmo modo o efeito dependerá do tamanho do objeto e da distância a que ele se encontra da bobina.
Na frequência do oscilador, o aumento da indutância causa uma diminuição da frequência e a diminuição da indutância causa um aumento da frequência.
Veja que, nos dois casos, o deslocamento da frequência de um dos osciladores já é suficiente para se obter um sinal de batimento não nulo e com isso um som no alto-falante.
O aparelho pode então acusar os dois tipos de metais, sem problemas.
A influência que um corpo externo pode ter na indutância da bobina é importante, porque determina a sensibilidade do detector. Existem então duas possibilidades que o leitor deve ter em mente se deseja alterar estas características: se a bobina for de pequenas dimensões objetos muito pequenas podem ser acusados, mas em compensação o alcance do detector fica reduzido.
Por outro lado, se uma bobina muito grande for feita, somente objetos de dimensões maiores podem ser detectados, mas o alcance também será maior.
No nosso caso, optamos por uma bobina de aproximadamente 15 cm de diâmetro que permite detectar objetos na faixa de tamanhos já citada quando demos as características do aparelho (figura 9).
Um fato importante que deve ser levado em conta neste projeto é a escolha da frequência de 600 kHz para os osciladores.
Esta frequência pode ser captada em rádios portáteis comuns de AM o que permite sua utilização na calibração do aparelho.
De fato, muitos montadores de detectores de metais "se dão muito mal" na hora de calibrar o aparelho justamente por não terem elementos para saber em que frequência está cada um dos osciladores e levá-los a operar justamente na mesma.
Os leitores que não possuam instrumentos apropriados dificilmente terão condições de colocar o aparelho em funcionamento se houver qualquer deslize maior de valores de componentes, o que não ocorre neste caso.
Completando, o amplificador usado neste detector é bastante potente o que significa que temos um bom volume de som no alto-falante e, portanto, facilidade em perceber a presença de metais.
A bateria usada de 9 V na alimentação do detector terá boa durabilidade pois o consumo de corrente do circuito é muito baixo quando não há emissão de som.
O MATERIAL
Todo o material utilizado nesta montagem pode ser encontrado com facilidade nas casas de eletrônica. Entretanto, como existe uma parte mecânica, para esta o leitor terá de utilizar sua habilidade na sua elaboração.
Faremos então uma análise tanto da parte mecânica como da parte eletrônica da montagem.
PARTE MECÂNICA
A parte mecânica é a formada pela caixa de montagem, a bobina exploradora e o cabo de sustentação do conjunto.
O cabo é feito com um cano de PVC dobrado à quente e tendo numa extremidade uma luva de borracha para ser seguro. Na outra extremidade temos uma peça de conexão de PVC para segurar a bobina (figura 10).
A caixa deve ter aproximadamente 10 x 7 x 5 cm podendo ser de metal ou plástico.
A eventual influência que uma caixa de metal pode ter na bobina do oscilador que ficará em seu interior (oscilador padrão) pode ser facilmente compensada por um ajuste do circuito.
A bobina que utilizamos no nosso caso tem um diâmetro de 15 cm sendo utilizada uma forma de plástico com este diâmetro e uma altura de pelo menos 3 cm para que o fio possa ser preso.
O fio usado é o AWG 28 conforme mostra a figura 11, sendo enroladas aproximadamente 15 voltas.
Para manter o fio em posição sem o perigo de escapar, depois de enrolada esta bobina pode-se fixá-lo com cola ou mesmo amarrá-lo na forma.
É importante observar que a forma desta bobina exploradora em hipótese alguma pode ser de metal, e que não devem ser usados parafusos metálicos ou grampos, para sua fixação ao cabo.
O fio de ligação desta bobina à caixa deverá ser blindado para que não haja perigo de interferência no seu funcionamento pela proximidade de corpos não metálicos.
PARTE ELETRÔNICA
Para a parte eletrônica são usados componentes comuns e apenas um deles deverá ser montado pelo leitor. Trata-se da bobina fixa ou padrão que é enrolada num pequeno bastão de ferrite de aproximadamente 5 cm de comprimento por 0,8 ou 1 cm de diâmetro. (Pode quebrar com cuidado um bastão maior se tiver dificuldade em obter um deste tamanho).
Esta bobina consta de 35 voltas de fio AWG 28 enroladas juntas, conforme mostra a figura 12.
O variável usado no ajuste de funcionamento é do tipo empregado em rádios de ondas médias com capacitância de pelo menos 100 pF.
Se for usado um variável impróprio o aparelho não dará ajuste, ou seja, sua frequência não correrá o suficiente para se obter o ponto de batimento nulo. Pode ser usado um variável miniatura de rádios portáteis ou então um grande.
Os transistores são todos muito comuns: na parte osciladora são usados BF494; na parte de baixa frequência (amplificador) são usados os . BC238 ou BC548 ou ainda seus equivalentes, NPN, e o BC558 ou BC308 ou ainda seus equivalentes PNP.
D1 é um diodo de germânio que pode ser o 1N60 ou 1N34 ou qualquer equivalente. D2 e D3 são diodos de silício 1N914 ou seus equivalentes mesmo que de maior corrente como o 1N4002.
Os resistores são todos de 1/8 W e o potenciômetro de 470 k leva conjugado o interruptor geral para ligar e desligar a unidade. Este é o controle de volume do amplificador.
São usados três tipos de capacitores nesta montagem: os de pequeno valor da parte osciladora que devem ser cerâmicos (disco de cerâmica); os de pequeno valor da parte de áudio que podem ser cerâmicos ou de poliéster metalizado e, finalmente, os de mais de 1 µF que devem ser eletrolíticos com tensão de trabalho não menor que 12 V.
Completa o material eletrônico o alto-falante que deve ter um tamanho apropriado em função das dimensões da caixa, o conector para a bateria e a placa de circuito impresso que deverá ser confeccionada pelo montador.
MONTAGEM
Como se trata de um circuito algo crítico, pois os dois osciladores devem operar numa mesma frequência relativamente alta, a técnica de montagem ideal é a que faz uso de placa de circuito impresso.
O leitor deve ter os recursos para a confecção desta placa segundo modelo que fornecemos.
Para a soldagem dos componentes deve ser empregado um soldador de pequena potência, solda de boa qualidade e como ferramentas adicionais alicate de corte lateral, alicate de ponta, chaves de fenda, etc.
O circuito completo do detector de metais, por onde o leitor deve orientar-se para a montagem é então dado na figura 13.
Na figura 14 temos a placa de circuito impresso para a montagem.
As principais recomendações que damos ao montador para a realização de sua montagem de modo perfeito são as seguintes:
a) comece com a montagem de todos os componentes na placa de circuito impresso. Em primeiro lugar solde os transistores observando cuidadosamente seu tipo e sua posição.
Veja que temos 3 tipos de transistores que não são equivalentes: os BF494 os BC238 e os 80558. Na soldagem evite o excesso de calor em seus terminais.
b) Depois de soldar os transistores, passa-se a soldagem dos capacitores observando que os cerâmicos são mais delicados e que devem ser soldados rapidamente. Veja bem o valor destes componentes que podem ser dados em nF (nanofarads) ou pF (picofarads). Lembramos que 1n5 é o mesmo que 1k5 pF ou 1 500 pF.
Para a soldagem dos capacitores eletrolíticos é preciso observar sua polaridade. Esta é marcada no próprio corpo do componente.
c) Solde em seguida os resistores observando seus valores que são dados pelos anéis coloridos em seu invólucro. Dobre os terminais destes componentes, encaixando-os na placa e depois da soldagem que deve ser feita rapidamente, corte os excessos dos fios.
d) A soldagem de D1 deve ser feita observando-se a polaridade deste componente, ou seja, a posição do anel indicativo do catodo que deve obedecer ao desenho. O mesmo acontece com D2 e D3 que têm polaridade certa para ligação. Depois de soldar os diodos rapidamente, corte os excessos de seus terminais que ficarem para baixo da placa.
e) O próximo componente a ser soldado é a bobina L1. Raspe bem as pontas dos fios esmaltados para que a solda adira e enfie-as nos orifícios correspondentes da placa de circuito impresso. Esta bobina pode ser presa à placa por meio de duas braçadeiras feitas ou com elásticos ou então com fio rígido de capa plástica.
Terminada a montagem na placa passe a etapa seguinte que é a preparação dos componentes na caixa.
a) Fixe o potenciômetro, o capacitor variável e o jaque RCA na caixa segundo a figura 15.
b) Faça a interligação destes componentes com a placa de circuito impresso não usando fios muito longos. Estes fios de capa plástica devem ter um comprimento de no máximo 1ocm para evitar que passam influir na frequência do oscilador.
Veja bem a posição dos fios que vão ao capacitor variável. Se houver inversão o aparelho pode apresentar certa instabilidade de funcionamento.
c) Ligue o conector da bateria, fazendo com que seu fio positivo (vermelho) vá antes ao interruptor conjugado ao potenciômetro. A bateria será fixada por meio de uma braçadeira no interior da caixa, ou se o leitor preferir por um pedaço de espuma.
d) O alto-falante que colado na caixa é ligado em último lugar não havendo polaridade a ser obedecida.
A próxima etapa será a fixação da caixa no cabo do detector e a colocação da bobina exploradora.
a) Em primeiro lugar prepare a bobina exploradora segundo as indicações dadas na parte que se refere ao material. Esta bobina será ligada ao jaque RCA por meio de um cabo blindado cujo comprimento deve estar de acordo com o tamanho do cabo. O fio pode passar por dentro do cabo só saindo por um orifício lateral na altura da caixa.
b) Para a soldagem do plugue RCA no cabo blindado da bobina exploradora você deve observar que o condutor central vai ao pino e a malha que serve de blindagem vai a parte externa (figura 16).
Com o aparelho pronto, antes de fechar a caixa, você deve fazer os ajustes de funcionamento.
AJUSTES
Para ajustar o seu detector de metais você precisará de um rádio comum de AM, preferivelmente do tipo portátil que será ligado a médio volume numa frequência próxima aos 600 kHz. (extremo inferior da faixa).
O procedimento para colocar o seu detector em ponto de funcionamento é então o seguinte:
a) Desligue momentaneamente a bobina L1 do oscilador interno, bastando para isso dessoldar um de seus fios de ligação da placa de circuito impresso.
b) Coloque a bateria de 9 V no conector e ligue o detector girando o potenciômetro P1 para a direita até ouvir o “clique" característico.
c) Se a bobina estiver bem construída você já provavelmente ouvirá no rádio colocado nas suas proximidades (figura 17) um chiado que indica que o oscilador da bobina exploradora está funcionando.
Se você nada ouvir, deve mudar o rádio de estação (deslocando sua frequência) indo para mais de 600 kHz ou para menos de 600 kHz até encontrar seu sinal (um chiado que pode inclusive tampar as estações locais se sua frequência coincidir).
Se você não encontrar o sinal é porque ele pode estar em menos de 550 kHz, já que este é o limite inferior da faixa de seu rádio. Neste caso, você deve desligar o aparelho e retirar algumas voltas de fio da bobina exploradora e voltar a fazer o teste acima.
Uma vez que você saiba exatamente onde está o sinal da bobina exploradora, isto é, em que frequência do seu rádio (entre 600 e 700 kHz)você voltará a outra etapa osciladora.
Obs.: se a frequência estiver muito acima dos 800 kHz, enrole novamente a bobina exploradora com um pouco mais de voltas de fio.
d) Ligue agora a bobina L1 que estava desligada até o teste feito e procure no mostrador do rádio onde está o sinal de seu oscilador. Aproxime o rádio da caixa para fazer este teste (figura 18).
e) Se a bobina estiver corretamente enrolada, ajustando o variável você já conseguirá obter o batimento nulo. O alto-falante emitirá um som agudo que à medida que você girar o variável vai se tornando mais grave até parar. Se isso acontecer você não precisa mais mexer nas bobinas. Passe então à parte que se refere ao uso do aparelho.
f) Se você não conseguir este ajuste, o que vai acontecer se o sinal do oscilador foi sintonizado num ponto distante daquele que você obteve com a bobina exploradora, você deve proceder da seguinte maneira:
Se o sinal deste oscilador estiver acima da frequência obtida com a bobina osciladora, ou seja, em mais de 600 kHz,você deve desligar o circuito, e retirar a bobina L1 do mesmo enrolando-a com um pouco mais de voltas. Podemos dizer que você deve dar aproximadamente 2 voltas a mais de no do que o original para cada 50 kHz que a frequência estiver acima do padrão da bobina exploradora.
Você pode ter de fazer esta operação várias vezes, sempre acompanhando no rádio a posição em que as duas frequências são captadas.
Se o sinal estiver abaixo dos 600 kHz você deve retirar espiras da bobina, acontecendo isso também se você nada captar.
O importante é que você deve fazer com que os dois sinais, da bobina exploradora e da bobina de referência fiquem juntos no mostrador de seu rádio.
Para subir a frequência retiram-se espiras da bobina e para descer a frequência, acrescentam-se espiras na bobina (figura 19).
Quando você conseguir que os sinais aproximem bastante, já será possível o ajuste no variável (CV) quando então girando-o consegue-se primeiro um som audível agudo no alto-falante que deve tender ao grave até parar quando então o batimento é nulo.
Observamos que, se o variável for pequeno, o ajuste pode não ser conseguido com facilidade.
Se os osciladores não funcionarem não havendo qualquer emissão de som para o rádio próximo a montagem deve ser verificada.
Uma vez obtido o ajuste de nulo, ou seja, quando o som tende do agudo para o grave e para, o aparelho pode ser fechado definitivamente em sua caixa.
USO DO DETECTOR
Para usar o detector basta ligar sua alimentação, e colocar o controle de volume no ponto desejado.
Em seguida, ajusta-se o variável para o ponto em que se obtém batimento nulo, ou seja, em que o som tende do agudo para o grave para parar. O leitor verificará que existe uma faixa de silêncio para o ajuste do variável.
Se o variável for colocado no extremo superior desta faixa, ou seja, no ponto mais a direita em que o som deve começar, o aparelho será sensível à metais ferrosos.
Se o variável for colocado no extremo esquerdo de onde as oscilações começam, o aparelho se torna sensível a metais não ferrosos como o alumínio, etc. (figura 20).
Você pode então escolher o metal que vai localizar.
Verifique a sensibilidade do seu detector aproximando objetos dos dois tipos de metais indicados, com o variável colocado em seus dois ajustes.
Usando o aparelho leve-o sempre com a bobina exploradora bem perto do chão e sempre que houver pequena fuga de ajuste, retoque-o no variável.
A partir daí é só sair pelo mundo em busca de seu grande tesouro...
Q1, Q2 - BF494 - transistor para RF NPN de silício
Q3, Q4, Q5 - BC238 ou BC548 – transistores NPN para uso geral
Q6 - BC558 - transistor PNP para uso geral
D1 - IN60 ou 1N34 - diodo de germânio
D2, D3 - 1N914 ou equivalente - diodos de silício
Cv - capacitor variável (ver texto)
C1, C2, C3, C4 - 1n5 - capacitores cerâmicos
C5, C6 - 470 pF - capacitores cerâmicos
C7, C8 - 56 pF - capacitores cerâmicos
C9, CIO - 100 pF - capacitores cerâmicos
C11 - 100 nF - capacitor de poliéster ou cerâmico
C12 - 4,7 µF x 12 V - capacitor eletrolítico
C13 - 100 pF - capacitor cerâmico
C14 - 220 µF x 12 V - capacitor eletrolítico
C15 - 47 µF x 12 V - capacitor eletrolítico
R1, R2 - 220k x 1/8 W - resistores (vermelho, vermelho, amarelo)
R3, R4 - 2k2 x 1/8 W - resistores (vermelho, vermelho, vermelho)
R5, R6 - 3k3 x 1/8 W - resistores (laranja, laranja, vermelho)
R7 – 10 M x 1/8 W - resistor (marrom, preto, azul)
R8 – 100 k x 1/8 W - resistor (marrom, preto, amarelo)
R9 – 1 k x 1/8 W - resistor (marrom, preto, vermelho)
R10 – 220 k x 1/8 W - resistor (vermelho, vermelho, amarelo
P1 - potenciômetro de 470k com chave
B1 - bateria de 9 V
FTE - alto-falante miniatura de 8 Ω
Diversos: bobinas osciladoras e exploradora (ver texto), conector para bateria, fio esmaltado 28 A WG, bastão de ferrite de 0,8 ou 1 cm de diâmetro, caixa para montagem, forma para bobina exploradora, fios, solda, knob para o potenciômetro, etc.
Para o ajuste: um rádio portátil de ondas médias (AM)
