Un détecteur de métaux très sensible
Si vous voulez, profitant des vacances, vous mettre à chercher des
“trésors” – monnaies et autres objets métalliques – cachés dans le sol,
vous avez besoin d’un détecteur de métaux, mais pas de n’importe lequel.
Il doit être très sensible, contrairement à la plupart de ceux qui
submergent le marché et dont le seul avantage est d’être bon marché. De
toute façon, que vous construisiez ou non, la lecture de cet article
vous apprendra ce qu’il faut savoir sur les détecteurs de métaux pour ne
pas passer pour un béotien face aux spécialistes du domaine !
Le détecteur de métaux (ou “poêle à frire”, à cause de la forme de sa “tête” chercheuse) que nous vous proposons de construire ne coûte pas une fortune pour autant, mais il est doté d’une sensibilité telle que vous ne ratisserez pas les hectares de votre contrée d’élection (plage, campagne, ruines, etc.) pour rien. Vous aurez eu, même si vous ne découvrez pas la Chèvre d’Or ou le Trésor des Templiers du premier coup, au moins la joie de vous initier à la théorie de la détection souterraine et de construire vous-même un excellent appareil… et, pourquoi pas, avec du matériel de récupération comme une canne anglaise pour le manche ?
La partie la plus critique de ce détecteur de métaux étant la tête réceptrice (constituée de trois selfs équilibrées), nous en avons trouvé une déjà montée et réglée : vous avez donc l’assurance que votre appareil fonctionnera tout de suite, sans avoir à passer l’été à tenter de le mettre au point ! Les vacances sont toujours trop brèves, trop, en tout cas, pour les laisser gâcher par l’intendance !
Mais, trêve de préliminaires, voyons tout de suite comment fonctionnent les détecteurs de métaux en général et le nôtre en particulier. Il en existe quatre types.
Le détecteur de métaux à battement
Voyez son schéma synoptique figure 1 : il possède une self détectrice (la “poêle”) située au bout d’un manche. Le signal produit par la self est mélangé avec une fréquence identique prélevée sur un second oscillateur. Le mélange des deux fréquences en produit une troisième égale à leur différence.
Si la self détectrice oscille sur 100 kHz, la self de l’oscillateur interne aussi doit osciller sur 100 kHz et le mélange de ces deux fréquences en donne une troisième égale à la différence, soit :
100 000 – 100 000 = 0 Hz.
Si un objet métallique s’approche de la self détectrice, sa fréquence diminue de manière proportionnelle à la taille de l’objet et inversement proportionnelle à la distance le séparant de la tête. Si, par exemple, la fréquence produite descend à 99 700 Hz, le mélange de cette fréquence avec celle de 100 000 Hz produite par l’oscillateur interne donnera une différence de :
100 000 – 99 700 = 300 Hz
soit une note acoustique de 300 Hz écoutable dans un casque ou un haut-parleur.
Plus les dimensions de l’objet augmentent et plus la fréquence diminue : si elle atteint, par exemple, 99 000 Hz, on entend dans le casque une note de 1 000 Hz, soit bien plus aiguë que la précédente de 300 Hz, en effet :
100 000 – 99 000 = 1 000 Hz.
Tous les détecteurs de métaux à battement sont des modèles économiques et présentent divers défauts : le principal est leur faible sensibilité, car en présence de petits objets métalliques ou même de grosses masses métalliques mais situées à une profondeur plus importante (faible abaissement de la fréquence de la self détectrice), le mélange produit une fréquence subsonique inaudible à l’oreille. Si, par exemple, l’objet métallique est si petit ou situé à une profondeur si importante que la self détectrice oscille à 99 970 Hz, le mélange entre cette fréquence et les 100 000 Hz de l’oscillateur interne donne une troisième fréquence de :
100 000 – 99 970 = 30 Hz
imperceptible, dans le casque, à notre oreille.
L’autre défaut est que ce type d’appareil est très sensible… aux variations thermiques ! Si la tête surchauffe au soleil, puis refroidit à l’ombre, ces variations font varier la fréquence de la self détectrice et le détecteur de métaux sonne même en l’absence de tout objet métallique.
Figure
1 : Schéma synoptique d’un détecteur de métaux à battement. Le signal
produit par la self détectrice est mélangé avec une fréquence identique
produite par un étage oscillateur interne. Quand la fréquence de la self
détectrice varie à cause du voisinage d’un objet métallique, le
haut-parleur émet une note.
Le détecteur de métaux à variation d’amplitude
Voyez son schéma synoptique figure 2 : la self détectrice est reliée à un étage oscillateur spécifique lequel, en présence d’un objet métallique, voit l’amplitude de son signal et non la fréquence, varier, contrairement aux détecteurs de métaux précédents. Les détecteurs de métaux à variation d’amplitude sont de qualité semi-professionnelle et, à la différence des autres, ils sont insensibles aux variations thermiques. Si, par exemple, l’étage oscillateur produit un signal de 1 V d’amplitude, il suffit d’approcher de la self détectrice un petit objet métallique pour que cette tension chute brutalement à 0,9 V. Si, ensuite, on approche un objet métallique de moyennes dimensions, la tension chute au-dessous de 0,1 V. Ce signal alternatif est redressé pour en tirer une tension continue appliquée sur les entrées d’un amplificateur différentiel : sur l’une des entrées de l’amplificateur opérationnel est appliqué un condensateur électrolytique (figure 2). Il va sans dire que ce condensateur électrolytique se charge avec la valeur d’amplitude maximale, 1 V dans notre exemple. Quand la self détectrice n’est influencée par aucun objet métallique, sur les deux entrées de l’amplificateur différentiel la tension de 1 V est présente et donc à la sortie la tension est de :
1 – 1 = 0 V.
Dès que la self détectrice est influencée par un objet métallique, instantanément l’amplitude de son signal baisse et, si par exemple elle atteint 0,9 V, nous retrouvons cette tension seulement sur l’entrée de l’amplificateur différentiel à laquelle le condensateur électrolytique n’est pas relié. En effet, sur l’entrée opposée à celle comportant le condensateur électrolytique, est toujours présente une tension de 1 V, car le condensateur électrolytique n’a pas eu le temps de se décharger.
Par conséquent, sur une des entrées de cet amplificateur différentiel nous avons une tension de 0,9 V et sur l’autre une tension de 1 V. Si cet amplificateur différentiel est calculé pour un gain de 15 fois, nous trouvons en sortie une tension de :
(1 – 0,9) x 15 = 1,5 V.
Cette tension est utilisée pour exciter un étage oscillateur BF produisant une note audible dans le casque ou le hautparleur.
Figure
2 : Schéma synoptique d’un détecteur de métaux à variation d’amplitude.
Quand on approche un objet métallique de la tête détectrice, une
variation d’amplitude du signal de produit. Cette variation est utilisée
pour exciter un oscillateur BF fournissant le signal acoustique.
Le détecteur de métaux à impulsions
Voyez son schéma synoptique figure 3 : normalement, dans la tête des détecteurs de métaux à impulsions se trouve une self fonctionnant alternativement en émettrice et en réceptrice. Quand elle est émettrice, la self est excitée par une série d’impulsions à ondes carrées alors que, quand elle est réceptrice, elle capte les impulsions réfl échies par le sous-sol. Si les impulsions sont influencées par des objets métalliques, leur front de montée est modifié et cette différence est utilisée pour exciter un étage oscillateur BF produisant une note audible dans le casque ou le haut-parleur. Bien que ces détecteurs de métaux soient d’un coût élevé et qu’on les considère comme semi-professionnels, ils ont selon nous une sensibilité moindre que ceux à variation d’amplitude.
Figure
3 : Schéma synoptique d’un détecteur de métaux à impulsions. La self de
ce détecteur de métaux fonctionne alternativement en émission et en
réception. En émission, la self rayonne à travers le sol un train
d’impulsions et, en réception, la même self capte ces impulsions, si
elles ne sont pas atténuées par des objets métalliques.
Le détecteur de métaux à selfs équilibrées
Voyez son schéma synoptique figure 4 : dans la tête des détecteurs de métaux à selfs équilibrées se trouvent trois selfs, mais de dehors on n’en voit que deux. La self externe, de diamètre supérieur, est utilisée comme émettrice et les deux autres, montées en opposition de phase, sont utilisées comme réceptrices. Ces dernières sont placées au centre de la tête, de manière à annuler le signal produit par la self émettrice. Lorsque la tête est approchée d’un objet métallique, le signal sur les deux selfs réceptrices est déséquilibré et leur sortie émet un signal mis à profit pour produire une note.
Figure
4 : Schéma synoptique d’un détecteur de métaux à selfs équilibrées. Les
deux selfs réceptrices sont en opposition de phase de manière à annuler
le signal produit par la self émettrice. Quand la tête s’approche d’un
objet métallique, le signal est déséquilibré et le générateur BF émet
une note.
Figure
5 : Vue de la face avant en aluminium du boîtier du détecteur de métaux
à selfs équilibrées. Le premier bouton en haut à gauche sert à régler
la sensibilité (R33, figure 9a), le deuxième à droite à régler
l’équilibrage (R10) et le troisième en bas à régler la remise à zéro
(R26). Si vous dosez parfaitement ces 3 boutons, vous pourrez découvrir
des objets enterrés, même à de grandes profondeurs.
Notre réalisation
La sensibilité de ce détecteur de métaux est nettement plus élevée que celle de n’importe quel autre modèle et si nous n’avons jamais, jusqu’ici, présenté dans la revue un tel appareil, c’est que l’équilibrage des deux selfs dans la tête est une opération très délicate ne pouvant être exécutée que par les techniciens spécialisés de l’industrie.
Aujourd’hui on trouve enfin ce produit vendu seul et, bien que le prix en soit encore un peu élevé à notre goût, nous vous proposons de construire un détecteur de métaux à selfs équilibrées de qualité professionnelle… pour un coût total qui l’est nettement moins !
Le schéma électrique du détecteur de métaux
Vous le trouverez figure 6 avec la liste des composants : à première vue, il est incompréhensible, mais si vous suivez bien la description détaillée de tous les étages qui suit, vous le trouverez finalement tout à fait clair.
Commençons par le NPN TR1, monté en oscillateur pour exciter la self émettrice du cercle extérieur de la tête. Avec les valeurs choisies pour C1 et C2, la self devrait osciller à 5 500 Hz et produire un signal d’environ 10 Vpp d’amplitude.
La fréquence n’est pas critique et par conséquent si elle oscille à 5 300 ou 5 700 Hz, à cause de la tolérance des condensateurs, les caractéristiques et la sensibilité du détecteur de métaux ne seront pas du tout altérées.
Le signal produit est capté par les deux selfs en opposition de phase à l’intérieur de la tête et le faible signal présent en sortie, environ 0,004 Vpp quand la self n’est influencée par aucun objet métallique, est appliqué à l’entrée non inverseuse du premier amplificateur opérationnel IC2-A. Cet amplificateur opérationnel amplifie le signal 22 fois et on trouve donc un signal de sortie de 0,09 V. C10 achemine ce signal vers les entrées inverseuses (signe –) des deux amplificateurs opérationnels IC2-B et IC4-A. Le premier amplificateur opérationnel IC2-B amplifie le signal environ 4,5 fois, mais avec une inversion de phase de 360°. Ces signaux, déphasés de 180° et de 360°, sont appliqués sur les entrées du commutateur électronique IC5-A, se comportant comme un redresseur à double demionde et, par conséquent, nous retrouvons à sa sortie des demies ondes positives à 11 000 Hz, soit à une fréquence double de celle de 5 500 Hz produite par l’étage oscillateur TR1.
Plus on approche un objet métallique de la tête et plus l’amplitude des demies ondes positives sortant du commutateur électronique IC5-A augmente. Ces demies ondes, filtrées par R22 et C16, nous permettent d’obtenir une tension continue laquelle, appliquée à l’entrée non inverseuse de l’amplificateur opérationnel IC4-B, est amplifiée 100 fois.
Si l’on tourne le curseur du potentiomètre R33 vers la sortie de l’amplificateur opérationnel IC4-B, nous obtenons la sensibilité maximale, vers R32 la sensibilité minimale. La tension prélevée sur le potentiomètre R33 est appliquée à l’entrée non inverseuse de l’amplificateur opérationnel IC6-B et prélevée à sa sortie pour être appliquée au commutateur électronique IC5-C. Ce commutateur, s’ouvrant et se fermant à la fréquence de 550 Hz, produit une note modulée qui, amplifiée par TR2, TR3 et TR4, pilote un haut-parleur ou un casque.
Plus grande est la valeur de la tension à la sortie de l’amplificateur opérationnel IC6-B et plus élevée est l’intensité de la note.
Le dernier amplificateur opérationnel IC7, en bas à droite du schéma électrique, sert à équilibrer le signal de sortie de manière à rendre muet l’amplificateur en absence d’objet métallique.
Le curseur du potentiomètre de remise à zéro R27 est tourné de façon à annuler complètement la faible note que l’on pourrait entendre en absence d’objet métallique, quand le curseur du potentiomètre de sensibilité R33 est tourné au maximum. Sachant que beaucoup de terrains contiennent des poussières métallifères, nous avons inséré dans le circuit le poussoir P1 pour corriger automatiquement les petits déséquilibres pouvant se produire quand on explore ce type de terrains avec le détecteur de métaux réglé pour la sensibilité maximale.
Toujours sur la page de droite du schéma électrique, vous trouvez l’amplificateur opérationnel IC6-A, utilisé uniquement pour créer une masse fictive de 6 V, reconnaissable sur le schéma par son trait gras.
Passons à gauche de ce schéma électrique : on y trouve deux amplificateurs opérationnels IC1-A et IC1-B et le diviseur CMOS IC3 4017, dont nous n’avons pas encore expliqué les fonctions dans ce détecteur de métaux. La fréquence de 5 500 Hz, produite par l’étage oscillateur TR1, est prélevée sur son collecteur par C4 et appliquée à l’entrée non inverseuse de l’amplificateur opérationnel IC1-A à travers le potentiomètre R10, monté en équilibreur du signal. Le point optimal de réglage du bouton de ce potentiomètre ne peut être établi a priori, mais doit être déterminé par expérience. Si nous n’avons pas automatisé cette fonction, c’est afin de ne pas rendre le détecteur de métaux assez sourd pour passer à côté, même à la sensibilité maximale, de pièces de monnaie enterrées à faible profondeur.
De l’amplificateur opérationnel IC1-A, le signal est transféré à l’entrée inverseuse du second amplificateur opérationnel IC1-B qui le convertit d’onde sinusoïdale en onde carrée. Ce signal est appliqué sur la broche de contrôle du commutateur électronique IC5-A et sur la broche d’entrée 14 de l’amplificateur opérationnel IC3, le CMOS 4017. La fréquence de 5 500 Hz, appliquée sur la broche 14 de IC3, est prélevée sur la broche 3 divisée par 10 et nous retrouvons donc sur cette broche une onde carrée à 550 Hz utilisée pour piloter le commutateur électronique IC5-C.
Ce détecteur de métaux ne comporte pas d’instrument de mesure car, outre le fait que cela eût compliqué le schéma, sa présence eût joué au détriment de la sensibilité de l’appareil. Par dessus le marché, ce galvanomètre n’est pas strictement nécessaire car, lorsqu’on explore un terrain, l’audition est plus naturelle et spontanée que l’observation visuelle du petit déplacement d’une aiguille sur un cadran. En effet, on ne regarde le cadran du galvanomètre qu’après avoir entendu la note dans le casque et cela n’est donc pas indispensable.
Figure
6 : Schéma électrique du détecteur de métaux à selfs équilibrées. Le
circuit est alimenté par deux piles 6F22 de 9 V, insérées dans les deux
équerres latérales utilisées pour fixer le petit haut-parleur dans le
boîtier plastique (figure 12).
Liste des composants
R1 = 2,2 kΩ
R2 = 10 kΩ
R3 = 5,6 kΩ
R4 = 10 kΩ
R5 = 12 kΩ
R6 = 4,7 kΩ
R7 = 27 kΩ
R8 = 10 kΩ
R9 = 100 kΩ
R10 = 1 MΩ pot. lin.
R11 = 100 kΩ
R12 = 100 kΩ
R13 = 10 kΩ
R14 = 22 kΩ
R15 = 100 kΩ
R16 = 10 kΩ
R17 = 10 kΩ
R18 = 10 kΩ
R19 = 10 kΩ
R20 = 10 kΩ
R21 = 10 kΩ
R22 = 100 kΩ
R23 = 4,7 kΩ
R24 = 10 kΩ
R25 = 1 M
R26 = 10 kΩ pot. lin.
R27 = 270 kΩ
R28 = 100 kΩ
R29 = 12 kΩ
R30 = 100 kΩ trimmer
R31 = 2,2 kΩ
R32 = 1 kΩ
R33 = 10 kΩ pot. lin.
R34 = 33 kΩ
R35 = 10 kΩ
R36 = 15 kΩ
R37 = 47 kΩ
R38 = 100 kΩ
R39 = 100 kΩ
R40 = 10 kΩ
R41 = 22 kΩ
R42 = 2,2 kΩ
R43 = 1 M
R44 = 10 Ω
C1 = 820 nF polyester
C2 = 680 nF polyester
C3 = 100 nF polyester
C4 = 10 nF polyester
C5 = 22 nF polyester
C6 = 47 nF polyester
C7 = 100 nF polyester
C8 = 220 pF céramique
C9 = 100 pF céramique
C10 = 10 nF polyester
C11 = 100 nF polyester
C12 = 100 nF polyester
C13 = 100 nF polyester
C14 = 100 nF polyester
C15 = 47 μF électrolytique
C16 = 100 nF polyester
C17 = 47 nF polyester
C18 = 47 nF polyester
C19 = 10 nF polyester
C20 = 1 μF polyester
C21 = 100 nF polyester
C22 = 47 μF électrolytique
C23 = 100 nF polyester
C24 = 100 nF polyester
C25 = 100 nF polyester
C26 = 100 nF polyester
C27 = 100 μF électrolytique
C28 = 100 nF polyester
C29 = 100 nF polyester
C30 = 220 μF électrolytique
C31 = 100 nF polyester
C32 = 100 μF électrolytique
C33 = 100 μF électrolytique
DS1 = Diode 1N4148
DS2 = Diode 1N4007
TR1 = PNP BC557
TR2 = NPN BC547
TR3 = NPN BC547
TR4 = PNP BC557
IC1 = Intégré NE5532
IC2 = Intégré NE5532
IC3 = CMOS 4017
IC4 = Intégré NE5532
IC5 = CMOS 4053
IC6 = Intégré NE5532
IC7 = Intégré CA3130
IC8 = Intégré MC78L12
P1 = Poussoir
S1 = Interrupteur
HP = Haut-parleur 0,2 W
Figure 7 : Brochage des circuits intégrés vus de dessus, du régulateur de tension et des transistors vus de dessous.
L’alimentation
Pour alimenter ce détecteur de métaux, on utilise deux piles de 9 V type 6F22 en série, ce qui fait une tension totale de 18 V. Cette tension est seulement utilisée pour alimenter l’étage amplificateur BF constitué de TR2, TR3 et TR4. Tous les autres étages du détecteur de métaux sont alimentés avec une tension de 12 V stabilisée par le régulateur intégré IC8 MC78L12.
La réalisation pratique de détecteur de métaux
Si vous suivez avec attention les figures 8 à 12 et en particulier la figure 9a, vous ne devriez pas rencontrer de problème pour monter ce détecteur de métaux : procédez par ordre, afin de ne rien oublier, de ne pas intervertir les composants se ressemblant, de ne pas inverser la polarité des composants polarisés et de ne faire en soudant ni court-circuit entre pistes et pastilles ni soudure froide collée.
Quand vous êtes en possession du circuit imprimé double face à trous métallisés (dessin à l’échelle 1 des deux faces figure 9b 1 et 2), montez tous les composants comme le montre la figure 9a.
Placez d’abord les 7 supports des circuits intégrés et vérifiez que vous n’avez oublié de souder aucune broche.
Montez toutes les résistances, en contrôlant soigneusement leurs valeurs (classez-les d’abord), et le trimmer R30. Montez maintenant les diodes au silicium, bagues noires repère-détrompeurs tournées dans la direction indiquée par la figure 9a. Montez ensuite tous les condensateurs céramiques et polyesters, en appuyant bien leurs boîtiers à la surface du circuit imprimé et les électrolytiques, en respectant bien la polarité +/– de ces derniers (la patte la plus longue est le + et le – est inscrit sur le côté du boîtier cylindrique).
Montez enfin les transistors TR1 à TR4 et le régulateur IC8, méplats repère-détrompeurs tournés dans les directions montrées par la figure 9a.
Montez en haut à gauche le bornier à 4 pôles : vous y visserez ensuite les deux prises de piles 6F22. Enfoncez et soudez, en haut et en bas de la platine, tous les picots destinés aux connexions extérieures que vous effectuerez une fois le montage dans le boîtier réalisé.
Assurez-vous de n’avoir rien oublié.
Insérez maintenant (à moins que, puristes, vous ne préfériez attendre la fin de l’installation dans le boîtier et que la toute dernière soudure soit refroidie !) les circuits intégrés, repère-détrompeurs en U orientés dans les sens montrés par la figure 9a, soit tous vers le bas.
Figure 8 : Photo d’un des prototypes de la platine du détecteur de métaux à selfs équilibrées.
Figure
9a : Schéma d’implantation des composants de la platine du détecteur de
métaux à selfs équilibrées. Sur les broches du connecteur de la tête
détectrice sont marqués les numéros 4-2 et 1-3 destinés à éviter toute
erreur de câblage. Le circuit imprimé est double face à trous
métallisés, si vous le réalisez vous-même, n’oubliez pas toutes les
liaisons indispensables entre les deux faces.
Figure 9b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés, côté composants.
Figure 9b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés, côté soudures.
Le montage dans le boîtier
Aucun problème si vous regardez bien les figures 10 à 15 et en particulier la figure 12. Sur la poignée en plastique du manche fixez le panneau arrière en aluminium formant le fond du boîtier console avec des entretoises métalliques de 5 mm (figure 15) : ces entretoises servent en outre à maintenir le circuit imprimé à 5 mm de ce fond métallique. A l’extrémité de ce panneau arrière, fixez aussi le connecteur mâle socle où viendra ensuite s’insérer la fiche femelle du cordon allant à la tête détectrice (figure 15).
Prenez alors la face avant en aluminium et fixez les 3 potentiomètres, le poussoir P1, l’interrupteur S1 de M/A et le haut-parleur (en vous servant pour ce dernier de deux équerres en L : figures 10 et 11). Ces deux équerres servent en outre à fixer les deux piles 6F22 à l’intérieur du boîtier plastique (figure 12).
La face avant en aluminium est à fixer sur le boîtier plastique par 4 petits boulons, après avoir bien sûr réalisé les 4 trous dans le plastique. Profitez-en pour pratiquer un autre trou dans le plastique de la petite paroi du boîtier pour le passage du jack femelle (prise casque), voir figure 14. Sauf si vous décidez de vous contenter du haut-parleur.
Avec des morceaux de fil isolés plastique, reliez tous les picots des bords du circuit imprimé aux cosses des potentiomètres, du poussoir, de l’interrupteur, de la prise jack et du haut-parleur, en les ordonnant si possible en faisceau.
Câblez aussi le connecteur allant à la tête détectrice. N’oubliez pas les deux prises de piles en respectant bien les polarités (figure 9).
Avant de fixer le boîtier plastique sur la poignée du détecteur de métaux, réglez le trimmer R30 comme indiqué ci-après.
Figure
10 : Pour fixer le haut-parleur en face avant, utilisez deux équerres
et 4 entretoises constituées de boulons avec deux écrous et une rondelle
frein.
Figure
11 : En face avant sont fixés, en plus du haut-parleur, les trois
potentiomètres, le poussoir P1 et l’interrupteur S1. Contre les deux
équerres prennent place les deux piles 6F22 (figure 12).
Figure
12 : L’installation dans le boîtier plastique. Le circuit imprimé est
fixé sur le panneau arrière en aluminium du boîtier plastique à l’aide
d’entretoises de 5 mm (figure 15). La prise casque est fixée près de P1
sur le flanc en plastique du boîtier.
Figure
13 : Avant de fixer les trois potentiomètres en face avant, vous devez
en raccourcir les axes afin de pouvoir fixer correctement les boutons (à
quelques mm du panneau). La rondelle et les écrous servent à tenir à
distance du panneau les équerres en L et à fixer le hautparleur.
Figure
14 : La face avant en aluminium de ce détecteur de métaux (figure 5)
est fixée sur le boîtier plastique au moyen de 4 boulons. Sur la paroi
plastique latérale est fixé le socle jack de la prise casque. Vous
pouvez ne pas le monter si vous pensez que le haut-parleur vous suffit.
Figure
15 : Le panneau arrière du boîtier (figure 12 à droite) avec le
connecteur allant à la tête détectrice et le circuit imprimé, est fixé
sur la poignée du manche (figure 16). Le circuit imprimé est fixé avec
des entretoises mâles/femelles. L’écrou va sur le circuit imprimé et la
vis à l’extérieur de la poignée.
Figure
16 : Le manche de maintien, avec sa poignée et l’appui en U pour le
bras, est constitué de deux tubes en plastique. Après avoir réglé la
longueur des deux tubes à votre taille, vous devez les immobiliser avec
un boulon. Si vous voulez faire des économies, vous pouvez utiliser une
vieille canne anglaise, elle aussi réglable et pourvue d’une poignée et
d’un appui en U.
Figure
17 : Entre les deux flasques situées au bord de la self détectrice,
insérez l’extrémité du manche en utilisant des rondelles plastiques
comme cales et un boulon à écrou à oreilles en plastique comme axe.
Le réglage
Le détecteur de métaux fonctionne dès le premier essai mais, pour obtenir la sensibilité maximale, vous devez encore régler le trimmer “d’offset” R30. Avant d’exécuter ce réglage, mettez la tête sur une table ou un tabouret non métallique.
Après avoir tourné le bouton des potentiomètres R10, R26 et R33 à micourse, vous devez relier entre TP1 et la masse un multimètre sur fonction cc et portée 10 ou 15 V fond d’échelle.
Tenez pressé le poussoir P1 et tournez lentement le curseur du trimmer R30 jusqu’à lire une tension de 6 V exactement.
Enlevez le multimètre, fermez le boîtier plastique et cherchez un terrain dont vous voulez explorer le sous-sol : cet expérience de terrain vous permettra en outre d’acquérir un peu de pratique, car c’est seulement en utilisant votre appareil que vous pourrez localiser, en vous fiant aux variations de son, des objets métalliques plus ou moins gros enfouis dans la terre.
Comment l’essayer ?
Avant de vous aventurer sur un quelconque terrain à la recherche des “trésors” dont vous rêvez, nous vous conseillons de vous faire un peu la main sur un terrain proche de votre maison (votre jardin, par exemple). Demandez à un ami d’enterrer à une profondeur de 10 cm environ ces trois objets :
- une pièce de un euro,
- une cuillère à soupe,
- une boîte de bière ou de soda en métal,
que vous devrez ensuite retrouver en modifiant la sensibilité du détecteur de métaux en agissant sur le potentiomètre R33. Après avoir tourné le bouton du potentiomètre de sensibilité R33 vers la position désirée, soit minimale - moyenne - maximale, appuyez la tête (du détecteur !) sur le sol (après avoir vérifié qu’aucun métal ne s’y trouve) et, le haut-parleur émettant une note, tournez lentement le bouton du potentiomètre de remise à zéro R26 jusqu’à la position pour laquelle la note cesse.
Si la note est encore faiblement audible, tournez le bouton du potentiomètre d’équilibrage R10 pour l’annuler. Ne vous étonnez pas si, en tournant le bouton de R33 pour la sensibilité maximale, il est plus difficile d’annuler complètement cette note. Pour y parvenir nous vous conseillons de :
- presser P1 et tourner le bouton de mise à zéro R26 jusqu’à trouver la position dans laquelle la note s’atténue au maximum,
- relâcher P1 et tourner le bouton d’équilibrage R10 jusqu’à trouver la position pour laquelle la note disparaît complètement.
Si un résidu demeure, il suffit de réduire légèrement la sensibilité avec le bouton de R33. Quand vous entendez une faible note, la sensibilité du détecteur de métaux sera réglée au maximum et il vous sera donc facile de trouver une pièce de la taille d’un euro à une profondeur de 17 à 18 cm. Pour découvrir les 3 objets métalliques dissimulés dans le terrain, nous vous conseillons de sélectionner les trois sensibilités différentes de manière à comprendre comment varie la note en fonction de la profondeur où se trouve l’objet. Quand ce test est terminé, allez dans un terrain quelconque pour vous consacrer à la recherche proprement dite : il va de soi que vous devrez tenir la tête détectrice très près du sol pour pouvoir distinguer de petits objets métalliques enterrés à faible profondeur de grandes masses métalliques à des profondeurs plus importantes.
Tout ce que vous devez savoir
Si vous explorez un terrain en zigzaguant au hasard, vous réussirez difficilement à trouver quelque chose. Pour une recherche plus fructueuse, vous devez agir de manière systématique en parcourant le terrain comme le font les paysans pour les semis (figure 18) : ainsi chaque mètre carré sera visité par la tête de l’appareil. Si vous trouvez sur un oppidum préhistorique ou un castrum médiéval une pièce de monnaie ancienne, un anneau ou une fibule, vous savez que vous vous trouvez dans une zone intéressante pour vos trouvailles et donc n’omettez pas le moindre pouce du lopin. Les terrains venant d’être labourés sont très fructifères, car le soc fait remonter à la surface les objets enfouis plus profondément.
Souvenez-vous qu’avant d’enter dans un terrain privé vous devez demander l’autorisation au propriétaire et que celui-ci a des droits sur les objets éventuellement découverts, de même que les services archéologiques officiels en ont aussi et qu’ils ont le devoir et le droit de vous empêcher de saccager un site, même si vous en êtes l’inventeur par hasard.
Par contre sur les plages au petit matin ou le soir à la fraîche, vous ne trouverez sans doute guère de sesterces ou de ducats, mais des montres et des bijoux perdus par les baigneurs (je vous fais grâce des capsules de canettes) : rapportez-les au bureau des objets trouvés (pas les capsules !) et, en cas de non réclamation, au bout d’un an et un jour ces objets seront à vous en pleine propriété.
Figure
18 : Pour explorer un terrain, ne procédez jamais en zigzag et au
hasard, mais au contraire systématiquement en utilisant la technique des
paysans pendant les semailles, ainsi pas un pouce de terrain ne sera
omis.
La sensibilité
Si vous voulez savoir lequel des deux détecteurs de métaux, celui que vous venez de construire ou celui que votre ami a acheté tout fait, est le plus sensible, le mieux est de faire un essai comparatif en situation réelle. Nous savons que si dans le sous-sol d’un terrain se trouve une grosse masse métallique en profondeur elle produit le même effet sur le détecteur de métaux qu’un petit objet métallique situé à une profondeur moindre. Nous avons, dans le tableau ci-dessous, indiqué les centimètres de profondeur de détection d’un objet métallique avec le détecteur de la figure 6 réglé sur la sensibilité maximale et, bien sûr, en réduisant cette sensibilité, la profondeur maximale à laquelle peut avoir lieu une détection d’objet métallique se réduit automatiquement.
Comment l’utiliser
Vous avez avant tout besoin de vous faire la main. En effet, lors des premiers essais, vous pouvez rencontrer des difficultés pour atténuer la note en agissant sur le potentiomètre de zéro aj. (R26) et sur celui de la balance (R10). Vous vous rendrez compte bien vite qu’il est plus facile d’atténuer cette note en maintenant P1 pressé et en tournant le bouton du potentiomètre de zéro aj. Si même en agissant de cette manière quelque résidu sonore persiste, vous pourrez l’éliminer en tournant le bouton du potentiomètre de balance et en réduisant légèrement la sensibilité.
Attention : Il est absolument indispensable d’exécuter ce réglage avec ces boutons de manière micrométrique.
Même si vous ne réussissez pas à éliminer complètement la note, ne vous inquiétez pas, car lorsque vous passerez la tête de l’appareil sur un objet métallique, même de petites dimensions, vous entendrez la note augmenter significativement d’amplitude.
Bonne chasse au trésor.
Le détecteur de métaux (ou “poêle à frire”, à cause de la forme de sa “tête” chercheuse) que nous vous proposons de construire ne coûte pas une fortune pour autant, mais il est doté d’une sensibilité telle que vous ne ratisserez pas les hectares de votre contrée d’élection (plage, campagne, ruines, etc.) pour rien. Vous aurez eu, même si vous ne découvrez pas la Chèvre d’Or ou le Trésor des Templiers du premier coup, au moins la joie de vous initier à la théorie de la détection souterraine et de construire vous-même un excellent appareil… et, pourquoi pas, avec du matériel de récupération comme une canne anglaise pour le manche ?
La partie la plus critique de ce détecteur de métaux étant la tête réceptrice (constituée de trois selfs équilibrées), nous en avons trouvé une déjà montée et réglée : vous avez donc l’assurance que votre appareil fonctionnera tout de suite, sans avoir à passer l’été à tenter de le mettre au point ! Les vacances sont toujours trop brèves, trop, en tout cas, pour les laisser gâcher par l’intendance !
Mais, trêve de préliminaires, voyons tout de suite comment fonctionnent les détecteurs de métaux en général et le nôtre en particulier. Il en existe quatre types.
Le détecteur de métaux à battement
Voyez son schéma synoptique figure 1 : il possède une self détectrice (la “poêle”) située au bout d’un manche. Le signal produit par la self est mélangé avec une fréquence identique prélevée sur un second oscillateur. Le mélange des deux fréquences en produit une troisième égale à leur différence.
Si la self détectrice oscille sur 100 kHz, la self de l’oscillateur interne aussi doit osciller sur 100 kHz et le mélange de ces deux fréquences en donne une troisième égale à la différence, soit :
Si un objet métallique s’approche de la self détectrice, sa fréquence diminue de manière proportionnelle à la taille de l’objet et inversement proportionnelle à la distance le séparant de la tête. Si, par exemple, la fréquence produite descend à 99 700 Hz, le mélange de cette fréquence avec celle de 100 000 Hz produite par l’oscillateur interne donnera une différence de :
soit une note acoustique de 300 Hz écoutable dans un casque ou un haut-parleur.
Plus les dimensions de l’objet augmentent et plus la fréquence diminue : si elle atteint, par exemple, 99 000 Hz, on entend dans le casque une note de 1 000 Hz, soit bien plus aiguë que la précédente de 300 Hz, en effet :
Tous les détecteurs de métaux à battement sont des modèles économiques et présentent divers défauts : le principal est leur faible sensibilité, car en présence de petits objets métalliques ou même de grosses masses métalliques mais situées à une profondeur plus importante (faible abaissement de la fréquence de la self détectrice), le mélange produit une fréquence subsonique inaudible à l’oreille. Si, par exemple, l’objet métallique est si petit ou situé à une profondeur si importante que la self détectrice oscille à 99 970 Hz, le mélange entre cette fréquence et les 100 000 Hz de l’oscillateur interne donne une troisième fréquence de :
imperceptible, dans le casque, à notre oreille.
L’autre défaut est que ce type d’appareil est très sensible… aux variations thermiques ! Si la tête surchauffe au soleil, puis refroidit à l’ombre, ces variations font varier la fréquence de la self détectrice et le détecteur de métaux sonne même en l’absence de tout objet métallique.
Figure
1 : Schéma synoptique d’un détecteur de métaux à battement. Le signal
produit par la self détectrice est mélangé avec une fréquence identique
produite par un étage oscillateur interne. Quand la fréquence de la self
détectrice varie à cause du voisinage d’un objet métallique, le
haut-parleur émet une note.Le détecteur de métaux à variation d’amplitude
Voyez son schéma synoptique figure 2 : la self détectrice est reliée à un étage oscillateur spécifique lequel, en présence d’un objet métallique, voit l’amplitude de son signal et non la fréquence, varier, contrairement aux détecteurs de métaux précédents. Les détecteurs de métaux à variation d’amplitude sont de qualité semi-professionnelle et, à la différence des autres, ils sont insensibles aux variations thermiques. Si, par exemple, l’étage oscillateur produit un signal de 1 V d’amplitude, il suffit d’approcher de la self détectrice un petit objet métallique pour que cette tension chute brutalement à 0,9 V. Si, ensuite, on approche un objet métallique de moyennes dimensions, la tension chute au-dessous de 0,1 V. Ce signal alternatif est redressé pour en tirer une tension continue appliquée sur les entrées d’un amplificateur différentiel : sur l’une des entrées de l’amplificateur opérationnel est appliqué un condensateur électrolytique (figure 2). Il va sans dire que ce condensateur électrolytique se charge avec la valeur d’amplitude maximale, 1 V dans notre exemple. Quand la self détectrice n’est influencée par aucun objet métallique, sur les deux entrées de l’amplificateur différentiel la tension de 1 V est présente et donc à la sortie la tension est de :
Dès que la self détectrice est influencée par un objet métallique, instantanément l’amplitude de son signal baisse et, si par exemple elle atteint 0,9 V, nous retrouvons cette tension seulement sur l’entrée de l’amplificateur différentiel à laquelle le condensateur électrolytique n’est pas relié. En effet, sur l’entrée opposée à celle comportant le condensateur électrolytique, est toujours présente une tension de 1 V, car le condensateur électrolytique n’a pas eu le temps de se décharger.
Par conséquent, sur une des entrées de cet amplificateur différentiel nous avons une tension de 0,9 V et sur l’autre une tension de 1 V. Si cet amplificateur différentiel est calculé pour un gain de 15 fois, nous trouvons en sortie une tension de :
Cette tension est utilisée pour exciter un étage oscillateur BF produisant une note audible dans le casque ou le hautparleur.
Figure
2 : Schéma synoptique d’un détecteur de métaux à variation d’amplitude.
Quand on approche un objet métallique de la tête détectrice, une
variation d’amplitude du signal de produit. Cette variation est utilisée
pour exciter un oscillateur BF fournissant le signal acoustique.Le détecteur de métaux à impulsions
Voyez son schéma synoptique figure 3 : normalement, dans la tête des détecteurs de métaux à impulsions se trouve une self fonctionnant alternativement en émettrice et en réceptrice. Quand elle est émettrice, la self est excitée par une série d’impulsions à ondes carrées alors que, quand elle est réceptrice, elle capte les impulsions réfl échies par le sous-sol. Si les impulsions sont influencées par des objets métalliques, leur front de montée est modifié et cette différence est utilisée pour exciter un étage oscillateur BF produisant une note audible dans le casque ou le haut-parleur. Bien que ces détecteurs de métaux soient d’un coût élevé et qu’on les considère comme semi-professionnels, ils ont selon nous une sensibilité moindre que ceux à variation d’amplitude.
Figure
3 : Schéma synoptique d’un détecteur de métaux à impulsions. La self de
ce détecteur de métaux fonctionne alternativement en émission et en
réception. En émission, la self rayonne à travers le sol un train
d’impulsions et, en réception, la même self capte ces impulsions, si
elles ne sont pas atténuées par des objets métalliques.Le détecteur de métaux à selfs équilibrées
Voyez son schéma synoptique figure 4 : dans la tête des détecteurs de métaux à selfs équilibrées se trouvent trois selfs, mais de dehors on n’en voit que deux. La self externe, de diamètre supérieur, est utilisée comme émettrice et les deux autres, montées en opposition de phase, sont utilisées comme réceptrices. Ces dernières sont placées au centre de la tête, de manière à annuler le signal produit par la self émettrice. Lorsque la tête est approchée d’un objet métallique, le signal sur les deux selfs réceptrices est déséquilibré et leur sortie émet un signal mis à profit pour produire une note.
Figure
4 : Schéma synoptique d’un détecteur de métaux à selfs équilibrées. Les
deux selfs réceptrices sont en opposition de phase de manière à annuler
le signal produit par la self émettrice. Quand la tête s’approche d’un
objet métallique, le signal est déséquilibré et le générateur BF émet
une note.
Figure
5 : Vue de la face avant en aluminium du boîtier du détecteur de métaux
à selfs équilibrées. Le premier bouton en haut à gauche sert à régler
la sensibilité (R33, figure 9a), le deuxième à droite à régler
l’équilibrage (R10) et le troisième en bas à régler la remise à zéro
(R26). Si vous dosez parfaitement ces 3 boutons, vous pourrez découvrir
des objets enterrés, même à de grandes profondeurs.Notre réalisation
La sensibilité de ce détecteur de métaux est nettement plus élevée que celle de n’importe quel autre modèle et si nous n’avons jamais, jusqu’ici, présenté dans la revue un tel appareil, c’est que l’équilibrage des deux selfs dans la tête est une opération très délicate ne pouvant être exécutée que par les techniciens spécialisés de l’industrie.
Aujourd’hui on trouve enfin ce produit vendu seul et, bien que le prix en soit encore un peu élevé à notre goût, nous vous proposons de construire un détecteur de métaux à selfs équilibrées de qualité professionnelle… pour un coût total qui l’est nettement moins !
Le schéma électrique du détecteur de métaux
Vous le trouverez figure 6 avec la liste des composants : à première vue, il est incompréhensible, mais si vous suivez bien la description détaillée de tous les étages qui suit, vous le trouverez finalement tout à fait clair.
Commençons par le NPN TR1, monté en oscillateur pour exciter la self émettrice du cercle extérieur de la tête. Avec les valeurs choisies pour C1 et C2, la self devrait osciller à 5 500 Hz et produire un signal d’environ 10 Vpp d’amplitude.
La fréquence n’est pas critique et par conséquent si elle oscille à 5 300 ou 5 700 Hz, à cause de la tolérance des condensateurs, les caractéristiques et la sensibilité du détecteur de métaux ne seront pas du tout altérées.
Le signal produit est capté par les deux selfs en opposition de phase à l’intérieur de la tête et le faible signal présent en sortie, environ 0,004 Vpp quand la self n’est influencée par aucun objet métallique, est appliqué à l’entrée non inverseuse du premier amplificateur opérationnel IC2-A. Cet amplificateur opérationnel amplifie le signal 22 fois et on trouve donc un signal de sortie de 0,09 V. C10 achemine ce signal vers les entrées inverseuses (signe –) des deux amplificateurs opérationnels IC2-B et IC4-A. Le premier amplificateur opérationnel IC2-B amplifie le signal environ 4,5 fois, mais avec une inversion de phase de 360°. Ces signaux, déphasés de 180° et de 360°, sont appliqués sur les entrées du commutateur électronique IC5-A, se comportant comme un redresseur à double demionde et, par conséquent, nous retrouvons à sa sortie des demies ondes positives à 11 000 Hz, soit à une fréquence double de celle de 5 500 Hz produite par l’étage oscillateur TR1.
Plus on approche un objet métallique de la tête et plus l’amplitude des demies ondes positives sortant du commutateur électronique IC5-A augmente. Ces demies ondes, filtrées par R22 et C16, nous permettent d’obtenir une tension continue laquelle, appliquée à l’entrée non inverseuse de l’amplificateur opérationnel IC4-B, est amplifiée 100 fois.
Si l’on tourne le curseur du potentiomètre R33 vers la sortie de l’amplificateur opérationnel IC4-B, nous obtenons la sensibilité maximale, vers R32 la sensibilité minimale. La tension prélevée sur le potentiomètre R33 est appliquée à l’entrée non inverseuse de l’amplificateur opérationnel IC6-B et prélevée à sa sortie pour être appliquée au commutateur électronique IC5-C. Ce commutateur, s’ouvrant et se fermant à la fréquence de 550 Hz, produit une note modulée qui, amplifiée par TR2, TR3 et TR4, pilote un haut-parleur ou un casque.
Plus grande est la valeur de la tension à la sortie de l’amplificateur opérationnel IC6-B et plus élevée est l’intensité de la note.
Le dernier amplificateur opérationnel IC7, en bas à droite du schéma électrique, sert à équilibrer le signal de sortie de manière à rendre muet l’amplificateur en absence d’objet métallique.
Le curseur du potentiomètre de remise à zéro R27 est tourné de façon à annuler complètement la faible note que l’on pourrait entendre en absence d’objet métallique, quand le curseur du potentiomètre de sensibilité R33 est tourné au maximum. Sachant que beaucoup de terrains contiennent des poussières métallifères, nous avons inséré dans le circuit le poussoir P1 pour corriger automatiquement les petits déséquilibres pouvant se produire quand on explore ce type de terrains avec le détecteur de métaux réglé pour la sensibilité maximale.
Toujours sur la page de droite du schéma électrique, vous trouvez l’amplificateur opérationnel IC6-A, utilisé uniquement pour créer une masse fictive de 6 V, reconnaissable sur le schéma par son trait gras.
Passons à gauche de ce schéma électrique : on y trouve deux amplificateurs opérationnels IC1-A et IC1-B et le diviseur CMOS IC3 4017, dont nous n’avons pas encore expliqué les fonctions dans ce détecteur de métaux. La fréquence de 5 500 Hz, produite par l’étage oscillateur TR1, est prélevée sur son collecteur par C4 et appliquée à l’entrée non inverseuse de l’amplificateur opérationnel IC1-A à travers le potentiomètre R10, monté en équilibreur du signal. Le point optimal de réglage du bouton de ce potentiomètre ne peut être établi a priori, mais doit être déterminé par expérience. Si nous n’avons pas automatisé cette fonction, c’est afin de ne pas rendre le détecteur de métaux assez sourd pour passer à côté, même à la sensibilité maximale, de pièces de monnaie enterrées à faible profondeur.
De l’amplificateur opérationnel IC1-A, le signal est transféré à l’entrée inverseuse du second amplificateur opérationnel IC1-B qui le convertit d’onde sinusoïdale en onde carrée. Ce signal est appliqué sur la broche de contrôle du commutateur électronique IC5-A et sur la broche d’entrée 14 de l’amplificateur opérationnel IC3, le CMOS 4017. La fréquence de 5 500 Hz, appliquée sur la broche 14 de IC3, est prélevée sur la broche 3 divisée par 10 et nous retrouvons donc sur cette broche une onde carrée à 550 Hz utilisée pour piloter le commutateur électronique IC5-C.
Ce détecteur de métaux ne comporte pas d’instrument de mesure car, outre le fait que cela eût compliqué le schéma, sa présence eût joué au détriment de la sensibilité de l’appareil. Par dessus le marché, ce galvanomètre n’est pas strictement nécessaire car, lorsqu’on explore un terrain, l’audition est plus naturelle et spontanée que l’observation visuelle du petit déplacement d’une aiguille sur un cadran. En effet, on ne regarde le cadran du galvanomètre qu’après avoir entendu la note dans le casque et cela n’est donc pas indispensable.
Figure
6 : Schéma électrique du détecteur de métaux à selfs équilibrées. Le
circuit est alimenté par deux piles 6F22 de 9 V, insérées dans les deux
équerres latérales utilisées pour fixer le petit haut-parleur dans le
boîtier plastique (figure 12).Liste des composants
R1 = 2,2 kΩ
R2 = 10 kΩ
R3 = 5,6 kΩ
R4 = 10 kΩ
R5 = 12 kΩ
R6 = 4,7 kΩ
R7 = 27 kΩ
R8 = 10 kΩ
R9 = 100 kΩ
R10 = 1 MΩ pot. lin.
R11 = 100 kΩ
R12 = 100 kΩ
R13 = 10 kΩ
R14 = 22 kΩ
R15 = 100 kΩ
R16 = 10 kΩ
R17 = 10 kΩ
R18 = 10 kΩ
R19 = 10 kΩ
R20 = 10 kΩ
R21 = 10 kΩ
R22 = 100 kΩ
R23 = 4,7 kΩ
R24 = 10 kΩ
R25 = 1 M
R26 = 10 kΩ pot. lin.
R27 = 270 kΩ
R28 = 100 kΩ
R29 = 12 kΩ
R30 = 100 kΩ trimmer
R31 = 2,2 kΩ
R32 = 1 kΩ
R33 = 10 kΩ pot. lin.
R34 = 33 kΩ
R35 = 10 kΩ
R36 = 15 kΩ
R37 = 47 kΩ
R38 = 100 kΩ
R39 = 100 kΩ
R40 = 10 kΩ
R41 = 22 kΩ
R42 = 2,2 kΩ
R43 = 1 M
R44 = 10 Ω
C1 = 820 nF polyester
C2 = 680 nF polyester
C3 = 100 nF polyester
C4 = 10 nF polyester
C5 = 22 nF polyester
C6 = 47 nF polyester
C7 = 100 nF polyester
C8 = 220 pF céramique
C9 = 100 pF céramique
C10 = 10 nF polyester
C11 = 100 nF polyester
C12 = 100 nF polyester
C13 = 100 nF polyester
C14 = 100 nF polyester
C15 = 47 μF électrolytique
C16 = 100 nF polyester
C17 = 47 nF polyester
C18 = 47 nF polyester
C19 = 10 nF polyester
C20 = 1 μF polyester
C21 = 100 nF polyester
C22 = 47 μF électrolytique
C23 = 100 nF polyester
C24 = 100 nF polyester
C25 = 100 nF polyester
C26 = 100 nF polyester
C27 = 100 μF électrolytique
C28 = 100 nF polyester
C29 = 100 nF polyester
C30 = 220 μF électrolytique
C31 = 100 nF polyester
C32 = 100 μF électrolytique
C33 = 100 μF électrolytique
DS1 = Diode 1N4148
DS2 = Diode 1N4007
TR1 = PNP BC557
TR2 = NPN BC547
TR3 = NPN BC547
TR4 = PNP BC557
IC1 = Intégré NE5532
IC2 = Intégré NE5532
IC3 = CMOS 4017
IC4 = Intégré NE5532
IC5 = CMOS 4053
IC6 = Intégré NE5532
IC7 = Intégré CA3130
IC8 = Intégré MC78L12
P1 = Poussoir
S1 = Interrupteur
HP = Haut-parleur 0,2 W
Figure 7 : Brochage des circuits intégrés vus de dessus, du régulateur de tension et des transistors vus de dessous.L’alimentation
Pour alimenter ce détecteur de métaux, on utilise deux piles de 9 V type 6F22 en série, ce qui fait une tension totale de 18 V. Cette tension est seulement utilisée pour alimenter l’étage amplificateur BF constitué de TR2, TR3 et TR4. Tous les autres étages du détecteur de métaux sont alimentés avec une tension de 12 V stabilisée par le régulateur intégré IC8 MC78L12.
La réalisation pratique de détecteur de métaux
Si vous suivez avec attention les figures 8 à 12 et en particulier la figure 9a, vous ne devriez pas rencontrer de problème pour monter ce détecteur de métaux : procédez par ordre, afin de ne rien oublier, de ne pas intervertir les composants se ressemblant, de ne pas inverser la polarité des composants polarisés et de ne faire en soudant ni court-circuit entre pistes et pastilles ni soudure froide collée.
Quand vous êtes en possession du circuit imprimé double face à trous métallisés (dessin à l’échelle 1 des deux faces figure 9b 1 et 2), montez tous les composants comme le montre la figure 9a.
Placez d’abord les 7 supports des circuits intégrés et vérifiez que vous n’avez oublié de souder aucune broche.
Montez toutes les résistances, en contrôlant soigneusement leurs valeurs (classez-les d’abord), et le trimmer R30. Montez maintenant les diodes au silicium, bagues noires repère-détrompeurs tournées dans la direction indiquée par la figure 9a. Montez ensuite tous les condensateurs céramiques et polyesters, en appuyant bien leurs boîtiers à la surface du circuit imprimé et les électrolytiques, en respectant bien la polarité +/– de ces derniers (la patte la plus longue est le + et le – est inscrit sur le côté du boîtier cylindrique).
Montez enfin les transistors TR1 à TR4 et le régulateur IC8, méplats repère-détrompeurs tournés dans les directions montrées par la figure 9a.
Montez en haut à gauche le bornier à 4 pôles : vous y visserez ensuite les deux prises de piles 6F22. Enfoncez et soudez, en haut et en bas de la platine, tous les picots destinés aux connexions extérieures que vous effectuerez une fois le montage dans le boîtier réalisé.
Assurez-vous de n’avoir rien oublié.
Insérez maintenant (à moins que, puristes, vous ne préfériez attendre la fin de l’installation dans le boîtier et que la toute dernière soudure soit refroidie !) les circuits intégrés, repère-détrompeurs en U orientés dans les sens montrés par la figure 9a, soit tous vers le bas.
Figure 8 : Photo d’un des prototypes de la platine du détecteur de métaux à selfs équilibrées.
Figure
9a : Schéma d’implantation des composants de la platine du détecteur de
métaux à selfs équilibrées. Sur les broches du connecteur de la tête
détectrice sont marqués les numéros 4-2 et 1-3 destinés à éviter toute
erreur de câblage. Le circuit imprimé est double face à trous
métallisés, si vous le réalisez vous-même, n’oubliez pas toutes les
liaisons indispensables entre les deux faces.
Figure 9b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés, côté composants.
Figure 9b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés, côté soudures.Le montage dans le boîtier
Aucun problème si vous regardez bien les figures 10 à 15 et en particulier la figure 12. Sur la poignée en plastique du manche fixez le panneau arrière en aluminium formant le fond du boîtier console avec des entretoises métalliques de 5 mm (figure 15) : ces entretoises servent en outre à maintenir le circuit imprimé à 5 mm de ce fond métallique. A l’extrémité de ce panneau arrière, fixez aussi le connecteur mâle socle où viendra ensuite s’insérer la fiche femelle du cordon allant à la tête détectrice (figure 15).
Prenez alors la face avant en aluminium et fixez les 3 potentiomètres, le poussoir P1, l’interrupteur S1 de M/A et le haut-parleur (en vous servant pour ce dernier de deux équerres en L : figures 10 et 11). Ces deux équerres servent en outre à fixer les deux piles 6F22 à l’intérieur du boîtier plastique (figure 12).
La face avant en aluminium est à fixer sur le boîtier plastique par 4 petits boulons, après avoir bien sûr réalisé les 4 trous dans le plastique. Profitez-en pour pratiquer un autre trou dans le plastique de la petite paroi du boîtier pour le passage du jack femelle (prise casque), voir figure 14. Sauf si vous décidez de vous contenter du haut-parleur.
Avec des morceaux de fil isolés plastique, reliez tous les picots des bords du circuit imprimé aux cosses des potentiomètres, du poussoir, de l’interrupteur, de la prise jack et du haut-parleur, en les ordonnant si possible en faisceau.
Câblez aussi le connecteur allant à la tête détectrice. N’oubliez pas les deux prises de piles en respectant bien les polarités (figure 9).
Avant de fixer le boîtier plastique sur la poignée du détecteur de métaux, réglez le trimmer R30 comme indiqué ci-après.
Figure
10 : Pour fixer le haut-parleur en face avant, utilisez deux équerres
et 4 entretoises constituées de boulons avec deux écrous et une rondelle
frein.
Figure
11 : En face avant sont fixés, en plus du haut-parleur, les trois
potentiomètres, le poussoir P1 et l’interrupteur S1. Contre les deux
équerres prennent place les deux piles 6F22 (figure 12).
Figure
12 : L’installation dans le boîtier plastique. Le circuit imprimé est
fixé sur le panneau arrière en aluminium du boîtier plastique à l’aide
d’entretoises de 5 mm (figure 15). La prise casque est fixée près de P1
sur le flanc en plastique du boîtier.
Figure
13 : Avant de fixer les trois potentiomètres en face avant, vous devez
en raccourcir les axes afin de pouvoir fixer correctement les boutons (à
quelques mm du panneau). La rondelle et les écrous servent à tenir à
distance du panneau les équerres en L et à fixer le hautparleur.
Figure
14 : La face avant en aluminium de ce détecteur de métaux (figure 5)
est fixée sur le boîtier plastique au moyen de 4 boulons. Sur la paroi
plastique latérale est fixé le socle jack de la prise casque. Vous
pouvez ne pas le monter si vous pensez que le haut-parleur vous suffit.
Figure
15 : Le panneau arrière du boîtier (figure 12 à droite) avec le
connecteur allant à la tête détectrice et le circuit imprimé, est fixé
sur la poignée du manche (figure 16). Le circuit imprimé est fixé avec
des entretoises mâles/femelles. L’écrou va sur le circuit imprimé et la
vis à l’extérieur de la poignée.
Figure
16 : Le manche de maintien, avec sa poignée et l’appui en U pour le
bras, est constitué de deux tubes en plastique. Après avoir réglé la
longueur des deux tubes à votre taille, vous devez les immobiliser avec
un boulon. Si vous voulez faire des économies, vous pouvez utiliser une
vieille canne anglaise, elle aussi réglable et pourvue d’une poignée et
d’un appui en U.
Figure
17 : Entre les deux flasques situées au bord de la self détectrice,
insérez l’extrémité du manche en utilisant des rondelles plastiques
comme cales et un boulon à écrou à oreilles en plastique comme axe.Le réglage
Le détecteur de métaux fonctionne dès le premier essai mais, pour obtenir la sensibilité maximale, vous devez encore régler le trimmer “d’offset” R30. Avant d’exécuter ce réglage, mettez la tête sur une table ou un tabouret non métallique.
Après avoir tourné le bouton des potentiomètres R10, R26 et R33 à micourse, vous devez relier entre TP1 et la masse un multimètre sur fonction cc et portée 10 ou 15 V fond d’échelle.
Tenez pressé le poussoir P1 et tournez lentement le curseur du trimmer R30 jusqu’à lire une tension de 6 V exactement.
Enlevez le multimètre, fermez le boîtier plastique et cherchez un terrain dont vous voulez explorer le sous-sol : cet expérience de terrain vous permettra en outre d’acquérir un peu de pratique, car c’est seulement en utilisant votre appareil que vous pourrez localiser, en vous fiant aux variations de son, des objets métalliques plus ou moins gros enfouis dans la terre.
Comment l’essayer ?
Avant de vous aventurer sur un quelconque terrain à la recherche des “trésors” dont vous rêvez, nous vous conseillons de vous faire un peu la main sur un terrain proche de votre maison (votre jardin, par exemple). Demandez à un ami d’enterrer à une profondeur de 10 cm environ ces trois objets :
- une pièce de un euro,
- une cuillère à soupe,
- une boîte de bière ou de soda en métal,
que vous devrez ensuite retrouver en modifiant la sensibilité du détecteur de métaux en agissant sur le potentiomètre R33. Après avoir tourné le bouton du potentiomètre de sensibilité R33 vers la position désirée, soit minimale - moyenne - maximale, appuyez la tête (du détecteur !) sur le sol (après avoir vérifié qu’aucun métal ne s’y trouve) et, le haut-parleur émettant une note, tournez lentement le bouton du potentiomètre de remise à zéro R26 jusqu’à la position pour laquelle la note cesse.
Si la note est encore faiblement audible, tournez le bouton du potentiomètre d’équilibrage R10 pour l’annuler. Ne vous étonnez pas si, en tournant le bouton de R33 pour la sensibilité maximale, il est plus difficile d’annuler complètement cette note. Pour y parvenir nous vous conseillons de :
- presser P1 et tourner le bouton de mise à zéro R26 jusqu’à trouver la position dans laquelle la note s’atténue au maximum,
- relâcher P1 et tourner le bouton d’équilibrage R10 jusqu’à trouver la position pour laquelle la note disparaît complètement.
Si un résidu demeure, il suffit de réduire légèrement la sensibilité avec le bouton de R33. Quand vous entendez une faible note, la sensibilité du détecteur de métaux sera réglée au maximum et il vous sera donc facile de trouver une pièce de la taille d’un euro à une profondeur de 17 à 18 cm. Pour découvrir les 3 objets métalliques dissimulés dans le terrain, nous vous conseillons de sélectionner les trois sensibilités différentes de manière à comprendre comment varie la note en fonction de la profondeur où se trouve l’objet. Quand ce test est terminé, allez dans un terrain quelconque pour vous consacrer à la recherche proprement dite : il va de soi que vous devrez tenir la tête détectrice très près du sol pour pouvoir distinguer de petits objets métalliques enterrés à faible profondeur de grandes masses métalliques à des profondeurs plus importantes.
Tout ce que vous devez savoir
Si vous explorez un terrain en zigzaguant au hasard, vous réussirez difficilement à trouver quelque chose. Pour une recherche plus fructueuse, vous devez agir de manière systématique en parcourant le terrain comme le font les paysans pour les semis (figure 18) : ainsi chaque mètre carré sera visité par la tête de l’appareil. Si vous trouvez sur un oppidum préhistorique ou un castrum médiéval une pièce de monnaie ancienne, un anneau ou une fibule, vous savez que vous vous trouvez dans une zone intéressante pour vos trouvailles et donc n’omettez pas le moindre pouce du lopin. Les terrains venant d’être labourés sont très fructifères, car le soc fait remonter à la surface les objets enfouis plus profondément.
Souvenez-vous qu’avant d’enter dans un terrain privé vous devez demander l’autorisation au propriétaire et que celui-ci a des droits sur les objets éventuellement découverts, de même que les services archéologiques officiels en ont aussi et qu’ils ont le devoir et le droit de vous empêcher de saccager un site, même si vous en êtes l’inventeur par hasard.
Par contre sur les plages au petit matin ou le soir à la fraîche, vous ne trouverez sans doute guère de sesterces ou de ducats, mais des montres et des bijoux perdus par les baigneurs (je vous fais grâce des capsules de canettes) : rapportez-les au bureau des objets trouvés (pas les capsules !) et, en cas de non réclamation, au bout d’un an et un jour ces objets seront à vous en pleine propriété.
Figure
18 : Pour explorer un terrain, ne procédez jamais en zigzag et au
hasard, mais au contraire systématiquement en utilisant la technique des
paysans pendant les semailles, ainsi pas un pouce de terrain ne sera
omis.La sensibilité
Si vous voulez savoir lequel des deux détecteurs de métaux, celui que vous venez de construire ou celui que votre ami a acheté tout fait, est le plus sensible, le mieux est de faire un essai comparatif en situation réelle. Nous savons que si dans le sous-sol d’un terrain se trouve une grosse masse métallique en profondeur elle produit le même effet sur le détecteur de métaux qu’un petit objet métallique situé à une profondeur moindre. Nous avons, dans le tableau ci-dessous, indiqué les centimètres de profondeur de détection d’un objet métallique avec le détecteur de la figure 6 réglé sur la sensibilité maximale et, bien sûr, en réduisant cette sensibilité, la profondeur maximale à laquelle peut avoir lieu une détection d’objet métallique se réduit automatiquement.
Comment l’utiliser
Vous avez avant tout besoin de vous faire la main. En effet, lors des premiers essais, vous pouvez rencontrer des difficultés pour atténuer la note en agissant sur le potentiomètre de zéro aj. (R26) et sur celui de la balance (R10). Vous vous rendrez compte bien vite qu’il est plus facile d’atténuer cette note en maintenant P1 pressé et en tournant le bouton du potentiomètre de zéro aj. Si même en agissant de cette manière quelque résidu sonore persiste, vous pourrez l’éliminer en tournant le bouton du potentiomètre de balance et en réduisant légèrement la sensibilité.
Attention : Il est absolument indispensable d’exécuter ce réglage avec ces boutons de manière micrométrique.
Même si vous ne réussissez pas à éliminer complètement la note, ne vous inquiétez pas, car lorsque vous passerez la tête de l’appareil sur un objet métallique, même de petites dimensions, vous entendrez la note augmenter significativement d’amplitude.
Bonne chasse au trésor.
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