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Projet de TIPE : application d'une boucle d'induction - les détecteurs de métaux

Application d’une boucle d’induction

Les détecteurs de métaux

Présentation

De nos jours, les détecteurs de métaux sont plutôt connus pour la découverte d’or ou de vieilles pièces de monnaie. Cependant, ils possèdent de nombreuses autres applications, notamment dans le domaine de la sécurité. Un détecteur de métal permet ainsi de repérer la présence d’un métal sur un individu ou dans le sol. Dans tous les cas, leur principe de fonctionnement repose sur l’induction électromagnétique, autrement dit le transfert d’énergie entre une bobine détectrice et un métal.

Ce sujet coïncidant avec le thème de TIPE et le programme de seconde année, j’ai choisi de me pencher sur la problématique suivante : quel est le principe de fonctionnement d’un détecteur de métal et plus précisément d’un détecteur à battements de fréquence ?

Démarche

Au début, je m’étais intéressée au détecteur antivol. Malheureusement, c’est un domaine très protégé, et à cause du peu d’informations que j’avais à ma disposition, j’ai dû abandonner ce projet et je me suis réorientée vers un autre sujet qui repose sur le même principe : le détecteur de métaux.

Après avoir modélisé le détecteur, j’ai réalisé avec un circuit très simple quelques expériences qui m’ont permis de voir l’influence sur la détection de certains paramètres, comme la distance métal/bobine et le nombre de spires de la bobine. Mais j’ai compris que le circuit était trop simple pour pourvoir réellement répondre à ma problématique. Alors à l’aide d’un camarade et d’un ouvrage spécialisé, nous avons construit un détecteur à battements de fréquence, car ce modèle plus élaboré est le plus simple à comprendre et à réaliser.

Après avoir commandé le circuit imprimé et acheté les composants, nous avons soudé l’ensemble et après quelques tests nous avons pu obtenir des courbes qui montrent la variation de l’inductance de la bobine détectrice, par la présence de métal. Par la suite, j’ai décidé de m’intéresser aux limites du détecteur à battement de fréquence, au lieu d’étudier la discrimination des métaux. En effet, ce type de détecteur n’est pas très performant et les résultats des expériences que nous avions réalisées pour distinguer la nature des différents métaux n’ont pas été concluants.

Plan

I - Approche théorique du détecteur à battements de fréquence

  1. Principe de la détection de métaux par oscillateur à battements de fréquence
  2. Description du circuit

II - Approche expérimentale

  1. Comparaison rapide avec un détecteur du commerce
  2. Réponse du détecteur devant la présence d’un métal
  3. Limites du détecteur

Conclusion

Après avoir compris le fonctionnement du détecteur à battement de fréquence, j’ai constaté que ce type de détecteur est très sensible aux variations subies par l’environnement dans lequel il se trouve. Ainsi, bien que le concept soit ingénieux, le détecteur à battement de fréquence est soumis à des problèmes occasionnant des variations de tonalité sans rapport avec une détection. Pour ces raisons, ils ont été progressivement abandonnés, remplacés par les détecteurs à balance d’induction ou à induction pulsée.

Sources