УДК 537.872.2

Изучение возможности применения датчика mds-60 для детектирования металлсодержащих предметов

Пузановский Кирилл Вячеславович – старший преподаватель Физико-технического факультета Кубанского государственного университета

Ярметова Мария Викторовна – студент Кубанского государственного университета

Тамахин Владислав Сергеевич – студент Кубанского государственного университета

Аннотация: Умный дом представляет собой набор интегрированных решений, которые обеспечивают централизованное управление различными системами, такими как отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, безопасность, освещение и другие. Важным аспектом современных экологических домохозяйств является внедрение системы сбора и сортировки отходов и возможности их переработки. Поэтому решение, объединяющее технологии умного дома и системы дифференциации отходов, является актуальной задачей. Разработка системы сортировки отходов в рамках умного дома предполагает применение различных систем связи для управления и взаимодействия между устройствами. В статье рассматривается возможность применения устройства для бесконтактного определения металлсодержащих отходов для умной системы сбора и сортировки мусора. В частности, изучается чувствительность датчика MDS‑60 к различным металлам от параметров переменного резистора.

Ключевые слова: металлодетектор, датчики, сенсоры, умный дом, автоматика, схемотехника, дифференциация отходов.

Разработка системы сортировки отходов в рамках умного дома предполагает применение различных систем связи для управления и взаимодействия между устройствами. Целью данной работы является изучение возможности применения устройства для бесконтактного определения металлсодержащих отходов для умной системы сбора и сортировки мусора. Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи: изучить схему модуля MDS‑60, определить оптимальные параметры подстроечного резистора и проанализировать полученные данные.

В качестве детектора для сепарирования металлсодержащих отходов в качестве объекта исследования был выбран модуль MDS‑60 (рисунок 1), который представляется в виде набора для самостоятельной сборки.

Рисунок 1. Внешний вид модуля-металлоискателя MDS‑60.

Данный набор – это компактный модуль металлоискателя, его схема представлена на рисунке 2. На схеме отмечены токоограничивающие резисторы R1 (200 кОм), R3 (2 кОм) и R4 (470 Ом), а также потенциометр R2 (RM-065-101 100 Ом) для настройки порога чувствительности. Интегрированные в печатную плату катушки L1, L2 и керамические конденсаторы C2, C3 (2,2 нФ) образуют колебательный контур, а керамические конденсаторы C1 и C4 (0,1 мкФ) и электролитический C5 на 100 мкФ являются сглаживающими. Также на схеме присутствует индикатор – светодиод LED1, зуммер SP1 и выключатель питания SW1. На транзисторе Q1 (S9018 биполярный n-p-n) реализован генератор электромагнитных колебаний, а транзисторы Q2 и Q3 (S9012 биполярный p-n-p) являются выходными.

Рисунок 2. Схема модуля-металлоискателя MDS‑60.

Появление металлического предмета вблизи катушки вызывает изменение частоты контура, а если предмет достаточно большой, то и к срыву генерации. И то и другое приводит к насыщению транзистора Q3 с подачей звукового и светового сигнала. Установлено, что для детектирования пятирублевой монеты расстояние до катушки должно быть 2 см.

Для определения возможности применения данного модуля в проекте была проведена серия экспериментов, в которых фиксировались максимальные расстояния срабатывания датчика от значений потенциометра R2, который отвечает за чувствительность приборов. Схема металлодетектора довольно простая и поэтому чувствительна к внешним помехам и слабо чувствительна при обнаружении металлических предметов. Сложность применения данного устройства заключается в том, что на максимальной чувствительности прибор постоянно фиксирует ложное наличие металла. Для установки его в «Умное ведро» необходимо определить максимальную дистанцию детектирования металла и установить оптимальную чувствительность.

В качестве образцов были использованы кубики с ребром 2 см, изготовленные из стали, латуни и алюминия. Масса кубиков равна 61, 66 и 22 грамма соответственно.

Рисунок 3. Образцы из стали, латуни и алюминия.

Для проведения серии экспериментов по определению максимальных расстояний детектирования металлических образцов от величины сопротивления переменного резистора R2 была изготовлена лабораторная установка, изображённая на рисунке 4.

Рисунок 4. Лабораторная установка.

Во время проведения эксперимента учитывалось максимальное расстояние, при котором детектор издавал уверенный звуковой сигнал.

Сравнительный анализ полученных данных представлен на рисунке 5. Видно, что для тяжелого и ферримагнитного материала (синяя линия) порог чувствительности датчика выше, выше же и максимальная дистанция. Алюминиевый (желтая линия) и латунный (красная линия) образцы имеют схожие характеристики. Общим для всех графиков является порог максимальной чувствительности датчика, он достигается при сопротивлении потенциометра порядка 60 Ом. Именно такое значение обеспечивает максимальную чувствительность.

Рисунок 5. Сравнительный график расстояния детектирования модуля-металлоискателя MDS‑60 различных образцов от параметров резистора R2.

Образец из стали имеет самые высокие показатели дальности обнаружения – 24 мм, а образцы из цветных металлов (латуни и алюминия) – 13 мм. Поэтому можно утверждать, что данный датчик способен определить металлсодержащие элементы с расстояния 10 мм. Изменяя переменное сопротивление можно добиться определения ферримагнитных материалов с больших расстояний.

Таким образом, была изучена возможность применения данного модуля в рамках разработки проекта по созданию модулей умного дома на примере устройства для дифференциации твёрдых металлсодержащих бытовых отходов. Также была изучена схема модуля MDS‑60 и было выявлено, что на транзисторе Q1 (S9018 биполярный n-p-n) реализован генератор электромагнитных колебаний, задающих колебания в контуре, образованном из катушек L1, L2 и керамических конденсаторов C2, C3. Также выявлено, что максимальная чувствительность датчика достигается при значении сопротивления 60 Ом. Проанализировав полученные данные, можно сделать вывод, что данный модуль можно применять в устройствах для дифференциации металлсодержащих твёрдых бытовых отходов, при этом максимальная дальность срабатывания составляет 1–2 см

Список литературы

1. Муратов Э. И. и др. Разработка индукционного металлоискателя на основе ферритового стержня // Интернаука. – 2019. – №. 4-1. – С. 65-67.
2. Дудоров В. Е. Проблема сортировки мусора в России //Наука среди нас. – 2019. – №. 4. – С. 79-81.
3. Яхяева Е. У., Седлер М. Х. Автоматизация процесса сортировки мусора //Неделя науки СПбПУ. – 2018. – С. 125-128.
4. Передача данных в атмосферной среде посредствам лазерного излучения / В. Д. Лиманенко, П. Д. Симиненко, В. А. Чапенко, К. В. Пузановский // Нанотехнологии: наука и производство. – 2023. – № 3. – С. 34-37. – EDN RRUCAU.
5. Федянина, М. А. Исследование температурной зависимости дисперсии показателя преломления стекла К8 в терагерцовом диапазоне / М. А. Федянина, Н. С. Балбекин, К. В. Пузановский // Сборник научных трудов XXXII Международной школы-симпозиума по голографии, когерентной оптике и фотонике: Материалы лекций заслуженных ученых и научных работ молодых ученых, Санкт-Петербург, 30 мая – 03 2022 года. – Санкт-Петербург: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО", 2022. – С. 204-206. – EDN KKSJXB.