日本を征服だ！

日本では特に金属探知機で宝探しをすること自体を禁止する法律は無いが、
イギリスなどではその行為自体が違法である。
まぁ日本でも他の法律で、例えば他人の土地にかってに入るのは違法だし、
見つけた物を勝手に持ち去るのは別の法律で禁止されているのだけど、
砂浜に埋まっているコインを探したり、失くした指輪を探すこと自体は違法ではない。

金属探知機と簡単に言っても色々と探知する方法による種類や用途が多く、
例えば飛行機に乗る前には必ず「危険物を持っていないか」ゲートをくぐって調べられるし、
そこで金属が見つかると奇麗なお姉さんが丸いコイルが付いた金属探知機で調べる。
おじさんが担当だとひどく落ち込むけど、お姉さんならばまぁ良いかと思う。

服飾品店では商品に針が残っていないかを検査するし、
食品工場でも機械の部品や金属の切れ端が混ざっていないか調べるし、
工事現場などでは壁の中の鉄筋や金属下地を探してアンカー等を打ったり避けるのに使う。
実は結構世の中には使われている場所があるのである。

そして僕ら、元科学部だったオジサンは定年になってヒマになると少年の魂に戻って、
子供の頃にはお金が無くてできなかった実験の一つとして金属探知機を作りたくなる、
なので、AMAZONや楽天には金属探知機や金属探知機のキットが溢れている。
ただ、高いと奥さんに怒られるので自然とお小遣いで買える範囲の物になり、
愛天堂あたりのキットが手頃なんである。
今回買ったのはこれ。


例によって愛天堂なので安い。AMAZONの半分の値段である。
ただお姉さんはいいかげんなのでLEDが付いていない「B版」は売り切れていると言うので、
LEDが付いている「A版」を頼んだらB版が届いた。
まぁ中国のお姉さんなので仕方ない。相手がオジサンならば怒るところである。
まぁ大勢に影響ない。僕にはヒマがつぶれて面白ければ良いのだから。

金属探知機の種類であるが、色々と有る。
ネットで調べると次の3種類が見つかる。
１．磁気誘導方式…永久磁石による静磁界を利用
　　服飾品店で針を探したりする場合によく使われるらしい。
　　磁性体に対しては感度が高いが非磁性体には使えない。
　　棒状の物が良くネットでも売られている。
２．電磁誘導方式…平衡誘導型・パルスインダクション型
　　キットで売られたり、YOUTUBEでオジサンが自作しているのはたいていこれである。
　　コイルによる磁界（又は電界）の中を金属が移動する際に生じる磁界や電界の変化を
　　検出してブザーを鳴らしたりLEDを光らせるものである。
３．MIセンサー方式…微弱磁界を感知するセンサーを利用
　　MRI専用として開発されたマグネティックインピーダンス(MI）素子という半導体を
　　用いた磁性体探知機で、まぁ僕等にはあまり縁が無い。
また電磁誘導方式と簡単に言っても、電界の発生方式や配置により色々と種類がある。
（そもそも電波ではなくＸ線を使った物さえもある。）
例えばキットで売られているものは構造上電波の発生用コイルと検出コイルは近い所にあり、
工場で使われる大型機器では電波発生コイルと検出コイルは検出対象を挟んで分かれている。
つまりキットの場合は電波の強度を上げると（発生コイルと検出コイルが近いので）
感度が落ちてしまうが、
工場の方は電波を大きくして感度を上げることができる。

僕等が使うのは下のタイプなので感度を上げるのは難しい。

で、何にしてもやってみるのが一番なので愛天堂のキットを作ってみた。
結論から言うと動作はする。でも感度が低い。2ｃｍくらいに近づけないとならない。
でも、確実に動くので色々と試したくなる。
回路図を見てみた。

何となく、コレクター同調形の反結合型発振回路（Q1）の出力をQ2とQ3で増幅して、
スピーカー（実際はブザー）を鳴らしているようである。
発振回路にはハートレー回路やコルピッツ回路など色々とあるが、回路図はこんな感じ。

愛天堂のキットはL1とL2をプリント基板の銅箔で作っている。
愛天堂のHPの写真は分かりにくいのでAMAZONの写真を拝借してコイルを見てみる。


赤い部分がＬ
Ｌ１（トランジスターＱ１のベース側）で表側の1周（1回巻き）だけ。
黄色い部分がＬ１で表側20周で真ん中で裏側に抜け、裏側20周有って中央下の裏側が終端。
つまり約40回巻きのコイルＬ2（トランジスターＱ１のコレクター側）となっている。
つまり発振回路はL1の１／４０がL2に正帰還して発振している。
とすると、感度を上げるには、最初に思いつくのは電波の出力を上げること。
どうすれば良いのかを考えて最初に思いついたのが、
電源電圧を上げると発振回路の電圧出力が上がりコイルから出る電波が強くなって、
結果的に検出感度が上がるのでは？
やってみた。元々は3~5Ｖ位が電源電圧として適当みたいなんだけど、
ＡＭＡＺＯＮで売っていたリチウム電池（18650）と充電回路及び昇圧回路を使い、
電源回路電圧を4.5Ｖから12Ｖまで上げてみた。
昇圧回路は28Vまで昇圧が可能なようだがトランジスターのコレクター電流が増えるので、
トランジスターとブザーが壊れる心配があるので12Vまでにした。
まずは4.51V。


オシロで電圧を見ると約0.6Vｐ-ｐである。
周波数は、


367ｋHzである。何でこの周波数なんだろう？
鉄がこの周波数に反応しやすいのだろうか？
でもYOU TUBEでは1000KHzや50ｋHzなんていう周波数の金属探知機が有った。
あるいはプリント基板をコイルにしているので、そこからコイル定数が決まり、
その状態で最も強い電波が出る周波数にしたのかも？

この状態で金属を近づけてみた。


ブザーが鳴り、オシロの周波数が劇的に変化している。と言うか発振が止まっている。
オシロに0.101ｋHzと表示されているのは0.101KHｚで発振しているのではなく、
発振が止まる過渡現象中で数値が残っているだけで、別の場合には0ｋHzだった。
つまりこの金属探知機は、トランジスターQ1の発振回路のコイルに金属が近づくと、
コレクター側の並列同調回路の共振周波数とベース側の直列共振周波数が合わなくなり、
2つのコイルの間の帰還量が減って発振が止まり、
その結果Q2がそれを感知してQ3がONになりブザーが鳴るようである。

期待を込めて12Vで実験してみた。


テスターを見ると12.02Vを指しているがオシロの表示は0.6Vｐ-ｐで4.5Ｖの時と同じ。
えー？変わらないじゃん。
つまり発振出力は電源電圧を変えてもほとんど変わらないみたいである。
周波数は同調周波数が変わったと言えるほど変わらなかった。
感度調整用の半固定抵抗をいじくって変わった（367.189KHz→366.823KHｚ）程度。
ただ、ブザーの音は大きくなった。（当たり前かな？）
なので耳が悪い僕には電源電圧を上げた方が良いかも？

電源電圧を上げてもダメならばどうしたら良いのだろう？
YOUTUBEを見て他人の作った物をみてみた。
外人さんの作ったのはこんな回路が多い。


これは多分愛天堂の金属探知機のコレクター同調形の反結合型発振回路がハートレー回路に
変わっただけだと思う。
現にYOUTUBEで見ていてもせいぜい3ｃｍ位の感度しかない。
そう思って見ていたら、15ｃｍ位の感度のものを発見した。
NE555等を使って発振回路を2つ作り、2つのコイルの差額を検出しているようである。
その検出の仕方は周波数のズレにより生じる「うなり」を音として検出する方法や、
周波数をカウントしてPICやコンパレーターで検出する方法があるみたいだけど、
要は2つのコイルで2つの同調回路を作り、
片方の同調回路が金属により周波数が変わるのをもう一つの同調回路を基準として検出し、
ブザーを鳴らしたりLEDを光らせるのである。
なるほど、この方法ならば
発信コイルと受信コイルを使う方法（電波が強くなると逆に感度が落ちる）とは違い、
電波を強くしても感度が落ちない。

こんど「その２」として作ってブログに書いてみよう。