Sensor Inductivo

Este circuito puede pasar como Sensor Inductivo o como un simple detector de metales.
Es un circuito experimental que se ha probado solo en protoboard, pero podría realizarse en PCB mas adelante.
Se alimenta con 5V y el sensor como podrán intuir es una bobina.
La clave de funcionamiento de este dispositivo es detectar una variación en la caída de tensión en el circuito tanque LC que varía en función del núcleo o bien en función del material metálico que "detecte", como sabemos la inductancia de una bobina varía con la frecuencia y con el núcleo, nosotros usaremos una frecuencia constante y variaremos el núcleo, de esta forma podremos distinguir la presencia del objeto ferromagnetico que detecta.
En nuestro circuito hemos utilizado un circuito oscilador en base al timer 555 ya que la frecuencia de operación sera de al rededor de 100kHz, pero podria usarse cualquier oscilador.
La frecuencia del oscilador tendrá que encontrarse sintonizada con la frecuencia del circuito tanque LC, para ello debemos conocer la frecuencia de resonancia del tanque LC que en principio calcularemos de forma teórica pero luego aproximaremos de forma practica y terminaremos la sintonía variando la frecuencia del oscilador VFO.
Lo primero que aremos sera construir la bobina ya que sea un componente clave para este diseño (el tamaño, la forma, etc...) en nuestro caso se ha construido una bobina de 10uH que hemos calculado en función de las dimensiones y cantidad de espiras de la misma.
Por ejemplo para una bobina de 6cm de diámetro por 2mm de espesor y 9 espiras de alambre tendremos los siguientes cálculos

 

 

 

Luego de esto podemos ver que al 555 se le debe poner una resistencia de 6150 ohms lo cual no se encuentra normalizado, yo pondría un preset de 10k y lo graduaría hasta que en la salida pueda leer la frecuencia de 108kHz.
Claramente todo esto es teórico, la instrucción de la bobina no va a dar los 9.87uH que calculamos, ni el capacitor comprado tendrá exactamente 220nF, al igual que el resto de los componentes del timer 555, por eso seria adecuado contar con un instrumento de medición como un osciloscopio para poder visualizar la señal de salida y la respuesta en frecuencia del circuito tanque LC.
En el osciloscopio se vera una señal periódica que debería ser senoidal (aunque el 555 entregue una señal cuadrada al pasar por el tanque LC se convertirá en senoidal) y la máxima amplitud de salida se obtendrá cuando el circuito se encuentre en resonancia. Aquí entra en juego nuestro detector, si a este circuito ya funcionando y visualizando la señal en el osciloscopio le acercamos un metal a la bobina, notaremos que la amplitud disminuye, esto es porque varía la inductancia y a su vez se sale de sintonía. Esta variación es la que queremos canalizar para detectar un objeto.
La forma que utilizamos aquí para detectar el objeto es simplemente comparando esta variación con una tensión de referencia que se podrá variar con un potenciometro, esta comparacion se realiza con un operacional LM358, en este caso tenemos un led que nos indicara cuando se detecte el objeto pero podría poseer otra salida, como un relé o un colector abierto.
Como podemos ver en el circuito entre el tanque y el comparado hay otros componentes, esto se debe a que no podemos ingresar una señal alterna de 100kHz para ser comparada con un nivel de tensión, entonces procedemos a realizar un desacople de continua, una detección con diodos y luego un filtro pasa bajos con un pull-Down, de esta forma la salida se convertirá en nivel de tensión y podremos compararla con la referencia.

NOTA: este circuito funciona con 5V por lo que la distancia de detección es aproximadamente de 5cm, si uno quisiera una detección a mayor distancia debería modificar tanto la tensión de alimentación como la forma y dimensiones de la bobina.