Les détecteurs de métaux DIY : comment fabriquer soi-même à moindre coût

Imaginez déterrer un trésor oublié dans votre propre jardin. Un vieux bouton de porte, une pièce de monnaie d’une époque révolue, ou même un bijou perdu par un ancien propriétaire. Ces découvertes, bien que modestes, peuvent stimuler l’imagination et offrir un aperçu fascinant du passé. Il n’est pas nécessaire d’acheter un équipement coûteux pour vivre ces moments. Vous pouvez construire votre propre détecteur de métaux. Avec quelques compétences en électricité et une passion pour le bricolage, vous pouvez réaliser un projet DIY passionnant et enrichissant.

Les principes de base du détecteur de métaux BFO

Il existe plusieurs types de détecteurs de métaux, mais le plus simple à construire est le détecteur de type BFO (pour Beat Frequency Oscillator). Un BFO utilise deux oscillateurs, chacun produisant une fréquence radio différente. L’un utilise une grande bobine de fil, appelée « boucle de recherche », et l’autre une bobine de fil plus petite, appelée « oscillateur de référence ».

Les oscillateurs sont réglés pour produire des fréquences presque identiques. La différence entre ces fréquences produit un battement audible qui change lorsqu’un objet métallique est détecté. Pour maximiser la sensibilité de votre détecteur, réglez la fréquence de l’oscillateur de recherche à 100 kHz et l’oscillateur de référence à une valeur ajustable autour de 100 kHz plus ou moins 250 Hz. Cela produira un battement audible allant de 0 à 250 Hz.

La construction d’un BFO nécessite certains matériaux et composants. Vous aurez besoin d’une batterie, de condensateurs, de résistances, de transistors et d’un haut-parleur ou d’un casque pour l’audio. Beaucoup de ces éléments peuvent être récupérés à partir d’une ancienne radio à transistor ou achetés pour peu de frais dans une quincaillerie.

Le rôle essentiel des bobines

La réalisation des bobines est une partie délicate de la construction d’un détecteur de métaux. La boucle de recherche doit être enroulée sur une forme en contreplaqué, tandis que la bobine de référence est enroulée sur un morceau de goujon en bois. Ces bobines sont connectées au circuit et peuvent être ajustées pour changer la fréquence du détecteur.

La fabrication de la boucle de recherche

Commencez par découper trois cercles dans du contreplaqué de 3 mm d’épaisseur : un de 15 cm de diamètre et deux de 16 cm de diamètre. Collez ces cercles ensemble pour former un « sandwich », avec le cercle de 15 cm au milieu. Une fois que la colle est sèche, enroulez 10 tours de fil de cuivre émaillé de 25 mm autour du bord du contreplaqué. Cette bobine sera ensuite connectée à votre circuit.

Le fil que vous utilisez doit être isolé pour des raisons évidentes. Les fils en cuivre émaillé sont idéaux, car ils sont résistants à la corrosion et possèdent de bonnes propriétés électriques. Le fil de cuivre émaillé est également assez souple, ce qui facilite son enroulement autour de la forme en contreplaqué.

La réalisation de la bobine de référence

La bobine de référence est un peu plus petite et est enroulée sur un goujon en bois. Cette bobine doit s’adapter à l’intérieur du raccord de tuyau en plastique situé au-dessus, et sa fréquence est ajustée en déplaçant un écrou en laiton le long du goujon. Pour maintenir les enroulements en place, percez un petit trou à chaque extrémité du goujon et faites passer les extrémités du fil à travers ces trous.

L’enroulement plus grand mesure 30 cm de large sur 60 cm de long et est réalisé dans du contreplaqué de 10 mm. Il contient 5 tours de fil dans une rainure de 3 mm de profondeur, coupée autour du bord à l’aide d’une scie. Si vous souhaitez réaliser des bobines de différentes tailles, il est préférable de commencer par la plus grande. En effet, avec seulement 5 tours, vous ne pouvez ajuster la taille de la bobine que par incréments assez grands. Par exemple, 4 tours donneront une fréquence de 115 kHz et 6 tours donneront une fréquence de 85 kHz.

Assembler le détecteur de métaux

Une fois que vous avez réalisé vos bobines et assemblé votre circuit, il ne reste plus qu’à monter le tout. La boucle de recherche doit être fixée à une poignée, et le circuit doit être placé dans une petite boîte en plastique à l’autre extrémité de la poignée. Le choix des matériaux utilisés pour le boîtier et la poignée dépend de ce que vous avez sous la main. Toutefois, il est préférable d’éviter les matériaux lourds comme le bois dur ou l’acrylique pour ne pas rendre l’appareil trop encombrant.

• Fixer la boucle de recherche à une poignée en bois ou en plastique.
• Placer le circuit dans une petite boîte en plastique à l’autre extrémité de la poignée.
• Régler l’oscillateur de référence au besoin lors de l’utilisation du détecteur de métaux.

Plans pour fabriquer son détecteur de métaux

Fabrication d »un détecteur de métaux avec Arduino

Cette méthode pour créer un détecteur de métaux DIY est particulièrement simple, ne nécessitant qu’un microcontrôleur Arduino, un condensateur commun, une résistance, une diode et une bobine de recherche fabriquée à partir de plusieurs tours de fil conducteur. Les signaux de détection de métal sont indiqués à l’utilisateur via des diodes électroluminescentes et/ou un haut-parleur ou un casque. De plus, l’appareil entier peut être alimenté par une seule source d’alimentation de 5V, comme une alimentation USB standard de 2000mAh, qui peut durer plusieurs heures.

Pour exploiter efficacement le détecteur, une certaine compréhension de la physique est bénéfique. Généralement, l’appareil peut détecter des objets métalliques à une distance ou à une profondeur équivalente au rayon de la bobine de recherche. Sa sensibilité est accrue pour les objets qui permettent la circulation d’un courant parallèle au plan de la bobine, avec une réaction proportionnelle à la zone du circuit formé dans l’objet métallique. Par exemple, un disque métallique placé parallèlement à la bobine induira une réaction plus forte qu’un disque de même taille placé perpendiculairement. Le poids de l’objet est moins significatif : un mince morceau de feuille d’aluminium positionné parallèlement à la bobine générera une réaction plus forte qu’un boulon métallique lourd.

Étape 1

L’étape 1 concerne l’utilisation de l’électricité et de la physique pour détecter les métaux. Lorsqu’un courant électrique circule dans une bobine, un champ magnétique est créé. D’après la loi d’induction de Faraday, un champ magnétique en évolution crée un champ électrique qui résiste à cette évolution, entraînant une tension à travers la bobine qui s’oppose à l’augmentation du courant, un phénomène appelé auto-inductance.

La présence d’un objet métallique à proximité modifie l’inductance de la bobine. Selon le type de métal, l’inductance peut soit augmenter, soit diminuer. Les métaux non magnétiques comme le cuivre et l’aluminium réduisent l’inductance, tandis que les matériaux ferromagnétiques comme le fer l’augmentent.

En mesurant l’inductance de la bobine, il est possible de détecter la présence de métaux à proximité. Avec un Arduino, un condensateur, une diode et une résistance, l’inductance peut être mesurée en créant des impulsions proportionnelles à l’inductance.

Pour cela, un condensateur est chargé à l’aide de l’impulsion créée, puis lu à l’aide du convertisseur analogique-numérique (ADC) de l’Arduino. Cette mesure est non linéaire par rapport à l’inductance, ce qui ne convient pas pour mesurer l’inductance absolue, mais est parfait pour détecter de petits changements relatifs de l’inductance dus à la présence de métaux à proximité.

L’étalonnage de la mesure peut être effectué automatiquement par le logiciel. Lorsqu’un écart par rapport à la moyenne est détecté, cela indique la présence de métal à proximité de la bobine. En utilisant des couleurs ou des tons différents, il est possible de distinguer entre une augmentation ou une diminution soudaine de l’inductance.

Étape 2, le matériel

Noyau électronique :

• Arduino UNO R3 + bouclier prototype OU Arduino Nano avec carte prototype de 5x7cm
• Condensateur 10nF
• Petite diode de signal, par exemple 1N4148
• Résistance de 220 ohms

Pour l’alimentation :

• Banque d’alimentation USB avec câble

Pour la sortie visuelle :

• 2 LED de couleur différente, par exemple bleu et vert
• 2 résistances de 220 ohms pour limiter les courants

Pour la sortie sonore :

• Buzzer passif
• Un micro-interrupteur pour désactiver le son

Pour la sortie écouteurs :

• Connecteur d’écouteurs
• Résistance de 1kOhm
• Ecouteurs

Pour connecter/déconnecter facilement la bobine de recherche :

• Borne à vis à 2 broches

Pour la bobine de recherche :

• ~5 mètres de câble électrique fin
• Structure pour maintenir la bobine. Elle doit être rigide, mais il n’est pas nécessaire qu’elle soit circulaire.

Pour la structure :

• Un bâton d’un mètre, par exemple en bois, en plastique ou un selfie stick.

Étape 3 : la bobine de recherche

Pour la bobine de recherche, j’ai enroulé ~4m de fil toronné autour d’un cylindre en carton de 9 cm de diamètre, ce qui donne environ 18 enroulements. Le type de câble n’a pas d’importance, tant que la résistance ohmique est au moins dix fois plus petite que la valeur de R dans le filtre RL, donc assurez-vous de rester en dessous de 20 Ohms. J’ai mesuré 1 Ohm, donc c’est sûr. Prendre un rouleau de 10 m de câble de branchement à moitié terminé peut également faire l’affaire !

Étape 4 : le prototype

Étant donné le petit nombre de composants externes, il est tout à fait possible de faire tenir le circuit sur la petite planche à pain d’un bouclier prototype. Cependant, le résultat final est plutôt encombrant et peu robuste. Il est préférable d’utiliser un Arduino nano et de le souder avec les composants supplémentaires sur une carte prototype de 5x7cm (voir l’étape suivante).

Seules deux broches Arduino sont utilisées pour la détection des métaux, une pour fournir les impulsions au filtre LR et une pour lire la tension sur le condensateur. Les impulsions peuvent être fournies par n’importe quelle broche de sortie, mais la lecture doit être faite avec l’une des broches analogiques A0-A5. 3 autres broches sont utilisées pour 2 LEDs et pour la sortie son.

• Sur la planche à pain, connectez la résistance de 220Ohm, la diode et le condensateur de 10nF en série, avec la borne négative de la diode (la ligne noire) vers le condensateur.
• Connectez A0 à la résistance (l’extrémité non connectée à la diode).
• Connectez A1 au point de croisement de la diode et du condensateur.
• Relier la borne non connectée du condensateur à la terre.
• Connecter une extrémité de la bobine au point de croisement de la résistance et de la diode
• Relier l’autre extrémité de la bobine à la masse
• Connectez une DEL avec sa borne positive à la broche D12 et sa borne négative à la terre par l’intermédiaire d’une résistance de 220 ohms.
• Connectez l’autre LED avec sa borne positive à la broche D11 et sa borne négative à la terre par l’intermédiaire d’une résistance de 220 ohms.
• En option, connectez un casque d’écoute ou un haut-parleur passif entre la broche 10 et la masse. Un condensateur ou une résistance peuvent être ajoutés en série pour réduire le volume.

Étape 5 : Version soudée

Pour que le détecteur de métaux puisse être utilisé à l’extérieur, il est nécessaire de le souder. Une carte prototype courante de 7×5 cm peut accueillir un Arduino nano et tous les composants nécessaires. Utilisez les mêmes schémas que dans l’étape précédente. J’ai trouvé utile d’ajouter un interrupteur en série avec le buzzer pour éteindre le son lorsqu’il n’est pas nécessaire. Un bornier à vis permet d’essayer différentes bobines sans avoir à les souder. Le tout est alimenté par le 5V fourni au port (mini- ou micro-USB) de l’Arduino Nano.

Étape 6 : Le logiciel

Le logiciel Arduino utilisée est joint ici, téléchargez-le et exécutez-le. J’ai utilisé l’IDE Arduino 1.6.12. Il est recommandé de l’exécuter avec debug=true au début, afin de régler le nombre d’impulsions par mesure. Le mieux est d’avoir une lecture ADC entre 200 et 300. Augmentez ou diminuez le nombre d’impulsions au cas où votre bobine donnerait des lectures radicalement différentes.

Télécharger le logiciel Arduino (.INO)

Le squelette effectue une sorte d’auto-calibrage. Il suffit de laisser la bobine tranquille à l’écart des métaux pour la rendre silencieuse. Les dérives lentes de l’inductance seront suivies, mais les changements importants et soudains n’affecteront pas la moyenne à long terme.

Étape 7 : montage sur une tige

Comme vous ne voulez pas faire votre chasse au trésor en rampant sur le sol, les trois cartes, la bobine et la batterie doivent être montées au bout d’une tige. Un selfie-stick est idéal pour cela, car il est léger, pliable et réglable. Mon powerbank de 5000mAh tenait sur le selfie-stick. La carte peut ensuite être fixée avec des attaches de câble ou des élastiques et la bobine peut être fixée soit à la batterie, soit au bâton.

Étape 8 : Comment l’utiliser

Pour établir la référence, il suffit de laisser la bobine à ~5s des métaux. Ensuite, lorsque la bobine s’approche d’un métal, la LED verte ou bleue commence à clignoter et des bips sont émis par le buzzer et/ou les écouteurs. Les clignotements bleus et les bips graves indiquent la présence de métaux non ferromagnétiques. Les clignotements verts et les bips aigus indiquent la présence de métaux ferromagnétiques. Attention, lorsque la bobine est maintenue pendant plus de 5 secondes à proximité du métal, elle prend cette lecture comme référence et commence à émettre des bips lorsque le détecteur est éloigné du métal. Après quelques secondes de bip en l’air, il redevient silencieux. La fréquence des clignotements et des bips indique la force du signal. Bonne chasse !

La fabrication d’un détecteur de métaux est un projet amusant et éducatif qui peut être partagé avec toute la famille. C’est une excellente façon d’introduire les enfants à l’électronique et au bricolage. De plus, cela peut donner lieu à des activités de plein air passionnantes, à la recherche de trésors cachés juste sous nos pieds. Alors, pourquoi ne pas essayer ? Qui sait ce que vous pourriez découvrir !