По назначению и конструкции металлоискатели делятся. Принцип работы металлоискателя

Для успешного поиска металлических предметов в земле нет необходимости понимать научные принципы металлоискателя. Однако полезно знать в общих чертах, как металлоискатель работает.

Металлоискатель - это электронный прибор, который определяет присутствие металла и информирует нас об этом. Металлический предмет, скажем монета, находящийся в земле, сам по себе ничего не излучает и не выдает своего присутствия. Чтобы его обнаружить, необходимо облучить его радиоволнами и уловить вторичный сигнал. Все металлоискатели основаны на этом принципе Различие между дешевыми и дорогими моделями заключается в методах излучения этих радиоволн, в методах улавливания вторичных сигналов, а также в способах информирования вас о наличии металла.

Рис. 12. Электромагнитное поле поисковой катушки

Рис. 13. Возникновение вихревых токов на поверхности металлических предметов, оказавшихся в электромагнитном поле поисковой катушки

Когда вы включаете металлоискатель, в поисковой катушке протекает переменный электрический ток, создающий вокруг катушки электромагнитное поле. Это поле проходит в окружающую среду, будь то воздух, грунт, вода, камень, дерево и т.д. Если на пути этого поля оказывается металлический предмет, то на его поверхности возникают так называемые вихревые токи. Эти токи образуют свое электромагнитное поле, которое ослабляет поле передающей катушки. Электронная схема прибора с помощью катушки улавливает это ослабление поля, вызванное присутствием под катушкой металла, и информирует вас об этом тем или иным способом. Более сложные электронные схемы обеспечивают лучшее улавливание более слабых вторичных сигналов, более точно их обрабатывают. Поэтому такие приборы трудоемки в изготовлении и стоят дороже. Однако они, как правило, способны находить объекты набольшей глубине.

Рис. 14. Влияние минерализации грунта на глубину обнаружения

Вихревые токи образуются на поверхности любых электропроводных материалов - металлов, минералов и т.п. Цветные металлы более электропроводны, чем черные металлы и минералы. Поэтому вихревые токи на них затухают дольше. Металлоискатель чувствует, в каком случае вихревые токи затухают быстрее, и на этом основании может "сказать" вам, какой из металлов - черный или цветной - находится под катушкой.

К сожалению, в некоторых местах грунт содержит большое количество электропроводных минералов (магнетит, соли натрия и калия), которые крайне нежелательны, поскольку маскируют присутствие металла, уменьшая глубину его обнаружения. Минералы железа и соли представляют большую проблему для производителей и пользователей металлоискателей. Применяя различные фильтры, можно в значительной мере снизить влияние фунта. Некоторые приборы имеют автоматическую отстройку от грунта, в других это достигается вручную оператором, что более точно, если выполнено правильно.

В литературе различают следующие основные подходы к построению схемотехники металлоискателей:

1. Метод биений - BFO (Bcat Frequency Oscillation).

2. Метод индукционного баланса - IB/TR (Induction Balance / Transmitter-Reciver).

3. Метод индукционного баланса с использованием очень низких рабочих частот - VLF/TR (Very Low Frequency/ Transmitter- Reciver).

4. Метод индукционного баланса с разнесенными катушками - RF (Radio Frequency).

5. Импульсный метод - PI (Pulse Induction).

6. Метод срыва резонанса - OR (OfTResonance).

Метод биений - BFO

Измеряемым параметром является частота LC-генератора, включающего катушку поисковой головки. Частота сравнивается с эталонной, и полученная разностная частота биений выводится на звуковую индикацию. Схемотехника приборов достаточна проста, катушка нетребует прецизионного исполнения. Рабочая частота 40-500 кГц. Чувствительность BFO-приборов невысокая при низкой стабильности работы и слабой возможности отстраиваться от влажного и минерализированного фунта. Метод BFO применялся в миноискателях и серийных иностранных приборах в 60-70 гг. прошлого века. В настоящее время этот метод популярен у радиолюбителей и встречается в недорогих приборах российских производителей. Сюда же можно отнести приборы с прямым измерением частоты, хорошо реализуемые на микропроцессорах.

Метод индукционного баланса - IB/TR

Поисковую головку образуют две катушки, расположенные в одной плоскости и сбалансированные так, что при подаче сигнала в передающую катушку на выходах приемной присутствует минимальный сигнал. Передающая катушка часто включается в контур LC-генератора. Измеряемым параметром является амплитуда сигнала на приемной катушке и фазовый сдвиг между переданным и принятым синусоидальными сигналами. Такие металлоискатели имеют рабочую частоту 80-100 kHz. Они могут обнаруживать небольшие объекты на сравнительно большой глубине (30-35 см), однако они бесполезны при поиске на сильно минерализованных фунтах и морских пляжах.

Метод индукционного баланса с использованием очень низких рабочих частот - VLF/TR

Было обнаружено, что при снижении рабочей частоты ниже 20 kHz можно отстроиться от влияния фунта, глубина действия прибора при этом несколько снижается, зато резко возрастает стабильность работы и исчезают ложные сигналы. Такие приборы получили название VLF/TR, что расшифровывается как металлоискатель типа передатчик-приемник, работающий на очень низких частотах.

VLF - метод позволяет построить высокочувствительные приборы с хорошим различением металлов за счет анализа фазовых характеристик. Схемотехника приборов достаточно сложна, катушки требуют прецизионной балансировки. На основе этого метода сейчас строится большинство серийных приборов, в том числе и компьютеризированных. Дискриминация объектов и отстройка от грунта в таких приборах осуществляется сравнительно просто с помощью фазосдвигающих цепей.

Принцип TR (или его разновидность VLF/TR) предусматривает анализ фазовых характеристик сигнала, поэтому эти приборы легко различают черные и цветные металлы, отстраиваются от мусора и грунта. Они имеют высокую чувствительность и разрешающую способность, которая зависит от диаметра поисковой катушки - чем она больше, тем глубже обнаружение, но тем труднее искать мелкие предметы.

Недостаток таких приборов заключался в том, что отстройку от грунта нельзя было выполнять одновременно с дискриминацией и оператор с помощью переключателя должен выбирать л ибо тот, либо другой режим. Такие приборы выпускались в США и Англии в течение 10 лет вплоть до 1980 г., когда они были заменены на так называемые динамические металлоискатели.

В конце 70-х гг. XX в. американец Дж.Пейн разработал схему, позволяющую проводить одновременно и дискриминацию и отстройку от грунта.

Первые приборы такого типа необходимо было очень быстро перемещать для достижения приемлемой глубины их действия, что было для оператора весьма утомительно. Белее поздние модели (за счет усложнения схемы) позволяли работать уже с меньшими скоростями перемещения катушки без потери глубины.

В начале 80-х гг. металлоискатели стали тяжелыми и сложными в настройке. По существу, один прибор включал в себя четыре металлоискателя различных типов. Американская фирма Fisher Researh Laboratory своевременно отреагировала на просьбы искателей сокровищ сделать более простой, но не менее чувствительный прибор и на основе последних достижений микроэлектроники разработала металлоискатель 1260-х с автоподстройкой порога, работающий на очень низкой частоте. Он имел лишь несколько органов управления и не требовал никакой ручной настройки. Это легкий, удобный в работе и чувствительный к мелким объектам прибор, успешно действующий на плохих минерализованных грунтах. Его модификация 1266-х выпускалась до 2003 г.

Этот металлоискатель стал называться "динамическим", хотя, по существу, он относится к типу VLF/TR. Предыдущие статические металлоискатели типа VLF/TR практически перестали производиться, и все ведущие фирмы быстро переключились на производство приборов, использующих указанный динамический принцип. Многочисленные мелкие компании, не успевшие это сделать, были вынуждены прекратить свое существование. С тех пор в мире осталось л ишь около десятка фирм, производящих металлоискатели.

Метод индукционного баланса с разнесенными катушками - RF

Это высокочастотный вариант TR, где передающая и приемная катушки образуют не плоский трансформатор, а разнесены в пространстве и расположены перпендикулярно друг к другу. Приемная катушка принимает отраженный от металлической поверхности сигнал, излучаемый передающей катушкой. Этот метод используется в глубинных приборах и характеризуется нечувствительностью к мелким объектам и невозможностью различать черные и цветные металлы.

Импульсный метод - IP

Впервые разработанные в США для археологов, эти приборы получили наибольшее распространение среди любителей Англии в конце 60-х гг. Как и в приборах, основанных на принципе индукционного баланса, импульсные приборы создают электромагнитное поле, воздействующее на объект, однако это поле действует не все время, а периодически - то включается, то выключается (пульсирует) многократно в течение одной секунды.

При включении поля на поверхности объекта наводятся вихревые токи. При выключении поля вихревые токи постепенно затухают, хотя и в течение очень короткого промежутка времени. В этот момент катушка действует как приемная антенна, улавливающая этот затухающий сигнал. При этом пороговый фон прибора усиливается, свидетельствуя о наличии металла в почве. Поскольку вихревые токи грунта затухают гораздо быстрее и не улавливаются прибором, импульсные металлоискатели эффектно работают на плохих минерализованных почвах и особенно на влажных соленых грунтах морских побережий.

Недостатком импульсных металлоискателей является высокая чувствительность к черным металлам и трудности с дискриминацией. Однако в ряде случаев (например, при поиске металла на дне моря) они превосходят все другие типы металлоискателей.

Метод срыва резонанса - OR

Анализируемым параметром является амплитуда сигнала на катушке колебательного контура, настроенного близко к резонансу с подаваемым на него сигналом от генератора. Появление металла в поле катушки вызывает или достижение резонанса или уход от него, в зависимости от вида металла, что приводит к увеличению или уменьшению амплитуды колебаний на катушке. Этот метод, так же как и BFO разрабатывался радиолюбителями.

1.1. Принципы работы

Металлоискатель по принципу "передача-прием"

Термины "передача-прием" и "отраженный сигнал" в различных поисковых приборах обычно ассоциируются с методами типа импульсной эхо- и радиолокации, что является источником заблуждений, когда речь заходит о ме-таллоискателях. В отличие от различного рода локаторов, в металлоискателях рассматриваемого типа как передаваемый (излучаемый), так и принимаемый (отраженный) сигналы являются непрерывными, они существуют одновременно и совпадают по частоте.

Принцип действия металлоискателей типа "передача-прием" заключается в регистрации сигнала, отраженного (или, как говорят, переизлученного) металлическим предметом (мишенью), см. , стр. 225-228. Отраженный сигнал возникает вследствие воздействия на мишень переменного магнитного поля передающей (излучающей) катушки ме-таллоискателя. Таким образом, прибор данного типа подразумевает наличие как минимум двух катушек, одна из которых является передающей, а другая, приемной.

Основная принципиальная проблема, которая решается в металлоискателях данного типа, заключается в таком выборе взаимного расположения катушек, при котором магнитное поле излучающей катушки в отсутствие посторонних металлических предметов наводит нулевой сигнал в приемной катушке (или в системе приемных катушек). Таким образом, необходимо предотвратить непосредственное воздействие излучающей катушки на приемную. Появление же вблизи катушек металлической мишени приведет к появлению сигнала в виде переменной электродвижущей силы (э.д.с.) в приемной катушке.

Поначалу может показаться, что в природе существуют всего два варианта взаимного расположения катушек, при котором не происходит непосредственной передачи сигнала из одной катушки в другую (см. рис. 1, а и б) - катушки с перпендикулярными и со скрещивающимися осями.

Рис. 1. Варианты взаимного расположения катушек датчика металлоискателя по принципу "передача-прием"

Более тщательное изучение проблемы показывает, что подобных различных систем датчиков металлоискате-лей может быть сколь угодно много. Но это - более сложные системы с количеством катушек больше двух, соответствующим образом включенных электрически. Например, на рис. 1, в изображена система из одной излучающей (в центре) и двух приемных катушек, включенных встречно по сигналу, наводимому излучающей катушкой. Таким образом, сигнал на выходе системы приемных катушек в идеале равен нулю, так как наводимые в катушках э.д.с. взаимно компенсируются.

Особый интерес представляют системы датчиков с компланарными катушками (т.е. расположенными в одной плоскости). Это объясняется тем, что с помощью металлоискателей обычно проводят поиск предметов, находящихся в земле, а приблизить датчик на минимальное расстояние к поверхности земли возможно только в том случае, если его катушки компланарны. Кроме того, такие датчики обычно компактны и хорошо вписываются в защитные корпуса типа "блина" или "летающей тарелки".

Основные варианты взаимного расположения компланарных катушек приведены на рис. 2, а и б. В схеме на рис. 2, а взаимное расположение катушек выбрано таким, чтобы суммарный поток вектора магнитной индукции через поверхность, ограниченную приемной катушкой, равнялся нулю. В схеме рис. 2, б одна из катушек (приемная) скручена в виде "восьмерки", так что суммарная э.д.с, наводимая на половинки витков приемной катушки, расположенные в одном крыле "восьмерки", компенсирует аналогичную суммарную э.д.с, наводимую в другом крыле "восьмерки". Возможны и другие разнообразные конструкции датчиков с компланарными катушками, например рис. 2, е.

Рис. 2. Компланарные варианты взаимного расположения катушек металлоискателя по принципу "передача-прием"

Приемная катушка расположена внутри излучающей. Наводимая в приемной катушке э.д.с. компенсируется специальным трансформаторным устройством, отбирающим часть сигнала излучающей катушки.

Металлоискатель на биениях

Название "металлоискатель на биениях" является отголоском терминологии, принятой в радиотехнике еще со времен первых супергетеродинных приемников. Биениями называется явление, наиболее заметно проявляющееся при сложении двух периодических сигналов с близкими частотами и приблизительно одинаковыми амплитудами и заключающееся в пульсации амплитуды суммарного сигнала. Частота пульсации равна разности частот двух складываемых сигналов. Пропустив такой пульсирующий сигнал через выпрямитель (детектор), можно выделить сигнал разностной частоты. Такая схемотехника долгое время была традиционной, однако в настоящее время она уже не используется ни в радиотехнике, ни в металлоискателях. И там, и там - на смену амплитудным детекторам пришли синхронные детекторы, но термин "на биениях" остался до сих пор.

Принцип действия металлоискателя на биениях очень прост и заключается в регистрации разности частот от двух генераторов, один из которых является стабильным по частоте, а другой содержит датчик - катушку индуктивности в своей частотозадающей цепи. Прибор настраивается таким образом, чтобы в отсутствие металла вблизи датчика частоты двух генераторов совпадали или были очень близки по значению. Наличие металла вблизи датчика приводит к изменению его параметров и, как следствие, к изменению частоты соответствующего генератора. Это изменение, как правило, очень мало, однако изменение разности частот двух генераторов уже существенно и может быть легко зарегистрировано.

Разность частот может регистрироваться самыми различными путями, начиная от простейшего, когда сигнал разностной частоты прослушивается на головные телефоны или через громкоговоритель, и кончая цифровыми способами измерения частоты. Чувствительность металлоискателя на биениях зависит, кроме всего прочего, от параметров преобразования изменения полного сопротивления датчика в частоту.

Обычно преобразование заключается в получении разностной частоты стабильного генератора и генератора с катушкой датчика в частотозадающей цепи. Поэтому, чем выше будут частоты этих генераторов, тем больше будет разность частот в отклик на появление металлической мишени вблизи датчика Регистрация небольших отклонений частоты представляет определенную сложность. Так, на слух можно уверенно зарегистрировать уход частоты тонального сигнала не менее 10 Гц. Визуально, по миганию светодио-да, можно зарегистрировать уход частоты не менее 1 Гц. Другими способами можно добиться регистрации и меньшей разности частот, однако, эта регистрация потребует значительного времени, что неприемлемо для металлоис-кателей, которые всегда работают в реальном масштабе времени.

Селективность по металлам на таких частотах, весьма далеких от оптимальной, проявляется очень слабо. Кроме того, по сдвигу частоты генератора определить фазу отраженного сигнала практически невозможно. Поэтому селективность у металлоискателя на биениях отсутствует.

Металлоискатель по принципу электронного частотомера

Положительной для практики стороной является простота конструкции датчика и электронной части металлоис-кателей на биениях и по принципу частотомера. Такой прибор может быть очень компактным. Им удобно пользоваться, когда что-либо уже обнаружено более чувствительным прибором. Если обнаруженный предмет небольшой и находится достаточно глубоко в земле, то он может "затеряться", переместиться в ходе раскопок. Чтобы по многу раз не "просматривать" громоздким чувствительным металлоискателем место раскопок, желательно на завершающей стадии контролировать их ход компактным прибором малого радиуса действия, которым можно более точно узнать местонахождение предмета.

Однокатушечный металлоискатель индукционного типа

Слово "индукционный" в названии металлоискателей данного типа полностью раскрывает принцип их работы, если вспомнить смысл слова "inductio" (лат.) - наведение. Прибор данного типа имеет в составе датчика одну катушку любой удобной формы, возбуждаемую переменным сигналом. Появление вблизи датчика металлического предмета вызывает появление отраженного (переизлученного сигнала), который "наводит" в катушке дополнительный сигнал -электрический. Остается этот дополнительный сигнал только выделить.

Металлоискатель индукционного типа получил право на жизнь, главным образом, из-за основного недостатка приборов по принципу "передача-прием" - сложности конструкции датчиков. Эта сложность приводит либо к высокой стоимости и трудоемкости изготовления датчика, либо к его недостаточной механической жесткости, что обусловливает появление ложных сигналов при движении и снижает чувствительность прибора.

Рис. 3. Структурная схема входного узла индукционного металлоискателя

Если задаться целью исключить у приборов по принципу "передача-прием" этот недостаток путем устранения самой его причины, то можно прийти к необычному выводу - излучающая и приемная катушки у металлоискателя должны быть объединены в одну! В самом деле, весьма нежелательные перемещения и изгибы одной катушки относительно другой в данном случае отсутствуют, так как катушка только одна и она одновременно и излучающая, и приемная. Налицо также предельная простота датчика. Платой за эти преимущества является необходимость выделения полезного отраженного сигнала на фоне значительно большего сигнала возбуждения излучающей/приемной катушки.

Выделить отраженный сигнал можно, если вычесть из электрического сигнала, присутствующего в катушке датчика, сигнал той же формы, частоты, фазы и амплитуды, что и сигнал в катушке при отсутствии металла вблизи. *Как это можно реализовать одним из способов, показано на рис. 3.

Генератор вырабатывает переменное напряжение синусоидальной формы с постоянной амплитудой и частотой. Преобразователь "напряжение-ток" (ПНТ) преобразует напряжение генератора Ur в ток Iг, который задается в колебательный контур датчика. Колебательный контур состоит из конденсатора С и катушки L датчика. Его резонансная частота равна частоте генератора. Коэффициент преобразования ПНТ выбирается таким, чтобы напряжение колебательного контура ид равнялось напряжению генератора Ur (в отсутствие металла вблизи датчика). Таким образом, на сумматоре происходит вычитание двух сигналов одинаковой амплитуды, а выходной сигнал - результат вычитания -равен нулю. При появлении металла вблизи датчика возникает отраженный сигнал (иными словами, меняются параметры катушки датчика), и это приводит к изменению напряжения колебательного контура 11д. На выходе появляется сигнал, отличный от нуля.

На рис. 3 приведен лишь простейший вариант одной из схем входной части металлоискателей рассматриваемого типа. Вместо ПНТ в данной схеме в принципе возможно использование токозадающего резистора. Могут быть использованы различные мостовые схемы для включения катушки датчика, сумматоры с различными коэффициентами передачи по инвертирующему и неинвертирующему входам, частичное включение колебательного контура и т.д.

В схеме на рис. 3 в качестве датчика используется колебательный контур. Это сделано для простоты, чтобы получить нулевой сдвиг фаз между сигналами Ur и 11д (контур настроен на резонанс). Можно отказаться от колебательного контура с необходимостью точной настройки его на резонанс и использовать в качестве нагрузки ПНТ только катушку датчика. Однако коэффициент передачи ПНТ для этого случая должен быть комплексным, чтобы скорректировать сдвиг фазы на 90°, возникающий из-за индуктивного характера нагрузки ПНТ.

Импульсный металлоискатель

В рассмотренных ранее типах электронных металлоискателей отраженный сигнал отделяется от излучаемого либо геометрически - за счет взаимного расположения приемной и излучающей катушки, либо с помощью специальных схем компенсации. Очевидно, что может существовать и временной способ разделения излучаемого и отраженного сигналов. Такой способ широко используется, например, в импульсной эхо- и радиолокации. При локации механизм задержки отраженного сигнала обусловлен значительным временем распространения сигнала до объекта и обратно.

Применительно к металлоискателям, таким механизмом может быть и явление самоиндукции в проводящем объекте. Как использовать это на практике? После воздействия импульса магнитной индукции в проводящем объекте возникает и некоторое время поддерживается (вследствие явления самоиндукции) затухающий импульс тока, обусловливающий задержанный по времени отраженный сигнал. Он и несет полезную информацию, его и надо регистрировать.

Таким образом, может быть предложена другая схема построения металлоискателя, принципиально отличающаяся от рассмотренных ранее по способу разделения сигналов. Такой металлоискатель получил название импульсного. Он состоит из генератора импульсов тока, приемной и излучающей катушек, которые могут быть совмещены в одну, устройства коммутации и блока обработки сигнала.

Генератор импульсов тока формирует короткие импульсы тока миллисекундного диапазона, поступающие в излучающую катушку, где они преобразуются в импульсы магнитной индукции. Так как излучающая катушка - нагрузка генератора импульсов - имеет ярко выраженный индуктивный характер, на фронтах импульсов у генератора возникают перегрузки в виде всплесков напряжения. Такие всплески могут достигать по амплитуде десятков-сотен (!) вольт, однако использование защитных ограничителей недопустимо, так как оно привело бы к затягиванию фронта импульса тока и магнитной индукции и, в конечном счете, к усложнению отделения отраженного сигнала.

Приемная и излучающая катушки могут располагаться друг относительно друга достаточно произвольно, так как прямое проникновение излучаемого сигнала в приемную катушку и действие на нее отраженного сигнала разнесены по времени. В принципе, одна катушка может выполнять роль как приемной, так и излучающей, однако в этом случае гораздо сложнее будет развязать высоковольтные выходные цепи генератора импульсов тока и чувствительные входные цепи.

Устройство коммутации призвано произвести упомянутое выше разделение излучаемого и отраженного сигналов. Оно блокирует входные цепи прибора на определенное время, которое определяется временем действия импульса тока в излучающей катушке, временем разрядки катушки и временем, в течение которого возможно появление коротких откликов прибора от массивных слабопрово-дящих объектов типа грунта. По истечении же этого времени устройство коммутации должно обеспечить передачу сигнала с приемной катушки на блок обработки сигнала.

Блок обработки сигнала предназначен для преобразования входного электрического сигнала в удобную для восприятия человеком форму. Он может быть сконструирован на основе решений, используемых в металлоискателях других типов. К недостаткам импульсных металлоискателей следует отнести сложность реализации на практике дискриминации объектов по типу металла, сложность аппаратуры генерации и коммутации импульсов тока и напряжения большой амплитуды, высокий уровень радиопомех.

Магнитометры

Магнитометрами называется обширная группа приборов, предназначенных для изменения параметров магнитного поля (например, модуля или составляющих вектора магнитной индукции). Использование магнитометров в качестве металлоискателей основано на явлении локального искажения естественного магнитного поля Земли ферромагнитными материалами, например железом. Обнаружив с помощью магнитометра отклонение от обычного для данной местности модуля или направления вектора магнитной индукции поля Земли, можно с уверенностью говорить о наличии некоторой магнитной неоднородности (аномалии), которая может быть вызвана железным предметом.

По сравнению с рассмотренными ранее металлоискателями, магнитометры имеют гораздо большую дальность обнаружения железных предметов. Очень впечатляет информация о том, что с помощью магнитометра можно зарегистрировать мелкие обувные гвозди от ботинка на расстоянии 1 м, а легковой автомобиль - на расстоянии 10 м! Такая большая дальность обнаружения объясняется следующим. Аналогом излучаемого поля обычных металлоискателей для магнитометров является однородное (в масштабах поиска) магнитное поле Земли. Поэтому отклик прибора на железный предмет обратно пропорционален не шестой, а всего лишь третьей степени расстояния.

Принципиальным недостатком магнитометров является невозможность обнаружения с их помощью предметов из цветных металлов. Кроме того, даже если нас интересует только железо, применение магнитометров для поиска затруднительно - в природе существует большое разнообразие естественных магнитных аномалий самого различного масштаба (отдельные минералы, залежи минералов и т.п.). Однако при поиске затонувших танков и кораблей такие приборы вне конкуренции!

Радиолокаторы

Общеизвестен факт, что с помощью современных радиолокаторов можно обнаружить самолет на расстоянии нескольких сотен километров. Возникает вопрос: неужели современная электроника не позволяет создать компактное устройство, позволяющее обнаруживать интересующее нас предметы хотя бы на расстоянии нескольких метров9 Ответом является ряд публикаций, в которых такие устройства описаны.

Типичным для них является применение достижений современной микроэлектроники СВЧ, компьютерной обработки полученного сигнала. Использование современных высоких технологий практически делает невозможным самостоятельное изготовление этих устройств. Кроме того, большие габаритные размеры пока не позволяют их широко применять в полевых условиях.

К преимуществам радиолокаторов следует отнести принципиально более высокую дальность обнаружения -отраженный сигнал в грубом приближении можно считать подчиняющимся законам геометрической оптики и его ослабление пропорционально не шестой и даже не третьей, а лишь второй степени расстояния.

Металлоискатели давно нашли широкое применение в различных областях жизни и деятельности людей. Все больше этих приборов используется в бытовых условиях, и для того, чтобы правильно выбрать необходимую модель, нужно знать принцип действия металлоискателя. Затем, останется только следовать прилагаемой инструкции.

Основные принципы работы прибора

Действие металлоискателей основано на физических принципах, позволяющих обнаруживать объекты. Этим объясняется довольно ограниченная область их действия. Каждый тип маталлоискателя обладает разной чувствительностью, пропорциональной его стоимости. Немаловажную роль играет возможность эффективно определять различные металлы.

Чаще всего используется разница частоты образцового и поискового генератора, которая сравнивается между собой. В качестве измеряемого параметра выступает катушка поисковой головки. В зависимости от вида металла, происходит повышение или понижение частоты поискового контура. Затем происходит ее сравнение с эталоном частоты в опорном генераторе. Полученная разница отображается с помощью визуального или звукового индикатора.

В другом варианте анализируется в приемной катушке и сдвиг фазы сигналов приемной и передающей катушки. Если поблизости не наблюдается каких-либо металлических предметов или объектов, то сигнал в приемной катушке будет иметь минимальную амплитуду, а сдвиг фазы составит 0 или 900. Когда поисковая головка приближается к металлу, начинается увеличение амплитуды сигнала в ее приемной катушке. Изменение сдвига фазы в этом случае связано с проводимостью металла. С помощью данного метода удается различать черные и цветные металлы, выявлять пустоты и отстраиваться от грунтов.

Существуют и другие принципы работы металлоискателей, успешно применяемые в различных конструкциях этих приборов.

Простейшие конструкции металлоискателей

Данные приборы предназначены для начинающих пользователей, применяемые для выполнения простейших поисковых работ. Как правило, их конструкция представляет собой динамический вариант, при котором поисковая головка находится в непрерывном движении.Только в этом случае возможно появление сигнала. Сигнал сразу же исчезает, если головка останавливается.

Главными преимуществами динамического принципа действия считается возможность автоматически отстраиваться от средних грунтов, а также простота настройки прибора. Металлоискатель обладает простейшей дешевой схемой в сочетании с высокой надежностью. В качестве недостатков следует отметить слабую чувствительность в сравнении с металлоискателями других типов. Локализация объектов неточная, из-за низкой чувствительности возможны ложные срабатывания, особенно на сложных грунтах.

Управление металлоискателем очень простое, включающее от 1-й до 3-х ручек настройки громкости, уровня дискриминации, чувствительности. При отсутствии одной из них, тот или иной параметр сразу же устанавливается на максимальное значение. Скорость непрерывного сканирования составляет примерно 30 см/с.

Средний класс металлоискателей

Приборы такого класса характеризуются высокой чувствительностью и хорошей разрешающей способностью. В их комплект входит несколько заменяемых поисковых головок с разными диаметрами круглой или овальной формы. Управление может включать в себя до 8-ми органов с различными функциями. Настройка происходит в течение нескольких минут при наличии определенных навыков.

В процессе ручной отстройки от грунта осуществляется вращение необходимого регулятора до тех пор, пока в головке, поднятой и опущенной к земле, не появится одинаковый начальный сигнал. Данные приборы обладают многоступенчатой дискриминацией, позволяющей вести поиск любых металлов. В управлении может быть дополнительная кнопка, обеспечивающая быструю подстройку. Большое количество органов управления связано с отсутствием микропроцессоров в конструкциях металлоискателей этого типа.

Металлоискатели компьютеризированные

Приборы под управлением компьютеров могут принимать самостоятельные решения о каждой конкретной находке. Определяющую роль в схеме играет микропроцессор. Металлоискатели оборудованы жидкокристаллическим экраном или стрелочным индикатором. Ввод программ осуществляется сенсорными клавишами.

Память металлоискателя загружена несколькими программами, позволяющими выполнять поиск в самых разных условиях. Классификация каждой находки производится путем измерения амплитудно-фазовых характеристик, с выводом результатов на экран. Градации измеряемого параметра находятся в пределах 8-190 единиц. На основании оптимальными данных возможна подборка и ввод собственной программы в память металлоискателя для конкретных условий. Таким же путем устанавливается любая схема, отличающая нежелательные находки.

Приборы для золотоискателей

Многие люди увлекаются поисками самородного золота. Для этих целей становятся просто незаменимыми специальные приборы. Главная сложность заключается в ложной идентификации мелких частиц благородного металла. Прибор считает их крупинками черных металлов и отказывается обнаруживать. Дополнительные трудности возникают, когда золото сопровождает так называемый черный песок, с содержанием магнетита. Отрицательное влияние оказывает сильная минерализация грунта.

Эти препятствия успешно преодолеваются путем значительного увеличения рабочей частоты. У обычных приборов этот показатель составляет 2-7 кГц, а у специальных металлоискателей, настроенный на золото - 18-70 кГц. Кроме того, приборы оборудуются эллиптическими поисковыми головками.

Практикуется использование модифицированных импульсных приборов, показывающих высокие результаты при поиске утерянных мелких золотых изделий.

Глубинные металлоискатели

Данные приборы предназначены для поиска предметов, расположенных на большой глубине. Принцип действия металлоискателей этого типа основан на разнесении в пространстве приемной и передающей плоских катушек. Они оформлены в виде двух поисковых головок, жестко соединенных между собой штангой. Рабочее положение одной катушки - параллельно с земной поверхностью. Другая катушка располагается перпендикулярно. Одна из них осуществляет излучение электромагнитных колебаний, а другая - выполняет их прием. В процессе сканирования перекрывается полоса, равная ширине катушки.

Таким образом,в отличие от обычных грунтовых металлоискателей, рассчитанных на максимальную глубину до 3-х метров, глубинные приборы позволяют обнаруживать крупные предметы, глубина расположения которых достигает от 3 до 6 метров. Они определяют не только металлы, но и возможные внутренние изменения грунтов, например, пустоты или фундаменты зданий.

Стационарные металлодетекторы

Эти приборы предназначены для использования в основном на контрольно-пропускных пунктах. Как правило, они изготавливаются в виде арочных или П-образных ворот. В современных многозоновых металлодетекторах имеется возможность обнаруживать металлические объекты, расположенные на различной высоте. Они включают в себя несколько составных частей, контролирующих свои зоны и управляемые компьютером.

Существуют модели с небольшими размерами и массой, применяемые на временных контрольных постах.

Металлоискатели и их виды — об этом пойдет речь в нашей познавательной статье. До некоторых пор в нашей стране они были известны населению только по военным фильмам, где с этими приборами работали саперы. Прошли войны, экономики срывались в прах, люди разорялись, зато росли как грибы всякого рода мифы о кладах , начиная с сокровищ Чингисхана до кассы Колчака, а затем уж и до партийного золота КПСС. Буквально на днях снова всплыла тема об Янтарной комнате, стоимость которой оценивается постфактум как 300 млн. евро. Впрочем, металлоискателем янтарь не найти.

Принцип работы металлоискателя

Проще говоря – это специальный электронный прибор. Рамка металлоискателя представляет собой контур, испускающий электрические поля. Поле проходит сквозь грунт и «спотыкается» о любой, например, железный предмет. На поверхности предмета возникают вихревые электрические токи с обратным вектором, которые ослабляют общую мощность поля и улавливаются датчиками. Таким образом, большая часть схемы прибора состоит из катушек индуктивности, а также микроконтроллера, выполняющего сервисную работу. В частности, при обнаружении металла продвинутый металлоискатель способен:

• Отличить наличие черного и цветного металла;
• Ориентировочно определить форму и массу предмета;
• Заранее сообщить глубину залегания предмета;
• Подать сигнальный, звуковой и визуальный материал на дисплей;
• Особо дорогие модели могут и вовсе сообщить о найденной монете и ее характеристиках на глубине до трети метра.

Нужно заметить, что разработать хороший прибор в домашних условиях практически невозможно даже специалисту: настроить его не удастся из-за наличия многочисленных магнитных полей. К счастью, самые дешевые приборы сегодня можно купить по цене от 100 долларов.

Для чего нужны металлоискатели

Кто-то думает, что приборами пользуются только черные археологи и любители поискать утерянное золото на пляжах. На самом деле металлоискатели до сих пор используются для разминирования местности со времен войны, для поиска точной закладки инженерных коммуникаций, для поиска обычного цветного металла в металлолом, для поиска потерянных вещей в снегу и т.д. В любой семье такой прибор будет не лишним, особенно в сельской местности, а такой подарок будет уместен на любой праздник.

Виды

Виды напрямую зависят от их схемотехники. В разных моделях используются различные подходы к образованию электромагнитного поля. Желающие могут самостоятельно почитать, что такое метод биений BFO, приемопередатчик сверхмалой частоты TR/VLF, высокочастотный метод RF, метод пульсационной индукции PI и т.д. Собственно, уже становится понятной разница в цене простых и элитных приборов: многое зависит от количества дублирующих схем в конструкции металлоискателя, в оборудовании для фильтрации ложного срабатывания, для точного программного моделирования результатов находок.

В двух словах, современные модели металлоискателей могут работать даже под водой, искать монеты на глубине до 35-40 см, а крупные металлические предметы на глубине до метра и более. Кроме того, приборы можно разделить по группам:

• Универсальные. Используются для любых целей, «всеядные», но и самые простые и дешевые;
• Старательские. Приборы с поисковой частотой, подстроенной под обнаружение исключительно самородков из золота;
• Строительные. Обычно нужны для поиска труб, проводов. Такие металлоискатели организованы несколько иначе, чем остальные индукционные приборы;
• Охранные. Охранные рамки и ручные детекторы видели и чувствовали на себе все. Бывают стационарными, носимыми, почтовыми и т.п;
• Подводные. Используются для поиска различных предметов на дне водоемов. Герметично закрытые, приборы почти не требую настройки в работе;
• Глубинные. Могут искать только крупные предметы, зато на глубинах до 6 метров под землей.

Все приборы делятся на следующие виды:

• Приборы начального уровня;
• Полупрофессиональные;
• Профессиональные;
• Специальные. Они же старательские;
• Подводные. О них мы уже писали выше. Впрочем, как и глубинных, досмотровых, рамочных и т.д.

Таким образом, виды и типы несколько смешались при различном подходе, и правильнее было бы делить приборы на простые виды – начального уровня, полупрофессионального, профессионального. Все остальное можно включать в виды по сложности конструкции, возможностям и цене. Простые приборы Позволяют искать металлические предметы на глубинах до 10-20 (монеты) или 60-70 см (крупные предметы). Металлы не различают, выводят один вид сигнала. С ними чаще всего можно найти ролики в Youtube. Для новичков вполне хватит, так как даже такой прибор стоит до 200 долларов. Характерный пример – Garrett Ace 250.

Полупрофессиональные приборы

Цена сразу начинается от 500-1000 долларов. За эти деньги аппарат использует несколько рабочих частот, различные типы вывода сигналов на монитор, определяет разницу между черными и цветными металлами. При работе исключительно с серебром и медью прибор очень четко дифференцирует их, поэтому для данных материалов металлоискатель можно назвать профессиональным. Монеты он находит на глубине до 30 см, более крупные предметы – от 0,5 до 1,5 м.

Профессиональные приборы

Цены начинаются от 1000 долларов и до бесконечности. В приборах используются поличастотные генераторы электромагнитных полей. Настройки прибора позволяют обнаружить отдельно медную монету среди ведра серебряных на глубине до полуметра, а крупные предметы определяются на глубине до двух метров. Сложные модели могут еще до копания прорисовать контур найденного предмета, оценить его вес, химический состав с помощью точно определяемых таблиц электромагнитной проницаемости.

Post Views: 4 872

Обновлено 23.10.2018

Существует несколько основных типов металлоискателей (types of metal detectors – англ.). Некоторые из них уже не актуальны и не производятся, но до сих пор еще применяются.

По характеру работы металлоискатели разделяются на динамические и статические, а по характеру электронных устройств, которые используются в их конструкции на аналоговые и микропроцессорные. Знание оборудования, которое используется в любом хобби, является основой успеха...

(Beat Frequency Oscillation – англ.). Это один из первых типов металлоискателей. Принцип работы прибора основан на сравнении частоты эталона и частоты LC – генератора, который включает катушку поисковой головки. Если в зону поисковой головки попадает объект из черного или цветного металла, то частота LC – генератора понижается или повышается. Разница частоты LC – генератора и эталона выводится на звуковую (визуальную) индикацию. Рабочая частота 40-500 кГц. В наиболее простых приборах используется только звуковая индикация.

BFO металлоискатель имеет малую глубину обнаружения, низкую чувствительность и стабильность работы, невысокие результаты при поиске на соленом, влажном и минерализованном грунте. BFO металлоискатель - один из устаревших типов металлоискателей. Профессиональные производители металлоискателей не применяют технологию BFO, но произведенные ранее приборы еще применяются поисковиками.

(Transmitter – Reciver – англ.). Один из самых ранних типов металлоискателей. Работа прибора основана на принципе индукционного баланса. Прибор имеет разнесенные, ортогонально расположенные катушки или две сбалансированные катушки, расположенные в одной плоскости (поисковая головка). Главными характеристиками TR металлоискателя являются большая глубина обнаружения (в слабоминерализованном и не очень замусоренном грунте), возможность различать черный и цветной металл. Рабочая частота 50-100 кГц.

Прибор является бесполезным при поиске на соленом и сильноминерализованном грунте. Технология TR применяется в сочетании с другой технологией – VLF. TR металлоискатель - один из устаревших типов металлоискателей.

(Very Low Frequency – англ.). Один из наиболее распространенных и совершенных типов металлоискателей в настоящее время. Рабочая частота менее 20 кГц. Работа прибора основана на принципе индукционного баланса с использованием очень низких рабочих частот и анализе фазового сдвига между сигналом в передающей и приемной катушке. Фазовый сдвиг изменяется в зависимости от проводимости металла. Это позволяет легко отличать черный металл от цветного, а также цветные металлы между собой (серебро, медь, бронза, свинец).

Возможности прибора позволяют производить выборочную дискриминацию металлов и отстройку от влияния грунта. Специализированные metal detectors для поиска золота имеют диапазон рабочей частоты 20-70 кГц.

(Very Low Frequency/ Transmitter – Reciver – англ.). Один из типов металлоискателей, который сочетает технологию VLF и TR. Прибор этого типа предусматривает анализ фазовых характеристик сигнала, поэтому он легко различает черные и цветные металлы, имеет высокую чувствительность и разрешающую способность, которая зависит от диаметра поисковой катушки.

С увеличением диаметра катушки увеличивается глубина обнаружения. Но при этом труднее находить мелкие объекты. Функциональность металлоискателя позволяет одновременно отстроиться от металлического мусора и влияния грунта.

(Pulse Induction – англ.). Работа прибора основана на принципе индукционного баланса с использованием пульсирующего электромагнитного поля и анализа затухающих вихревых токов от цели. Вихревые токи от минералов грунта затухают гораздо быстрее, чем токи от металлической цели. Именно поэтому PI металлоискатель наименее подвержен влиянию минерализованного грунта и соленой среды, является самым чувствительным из всех типов металлоискателей.

Глубина обнаружения PI металлоискателя при поиске в мокром грунте и соленой среде больше, чем у более распространенных VLF металлоискателей. Твердый и сухой грунт уменьшает глубину обнаружения. К недостаткам можно отнести высокую чувствительность к черным металлам и определенные трудности с дискриминацией. Однако в некоторых случаях PI металлоискатель превосходит все другие типы (например, поиск на дне моря).

(Radio Frequency – англ. или RF two-box ). Это высокочастотный вариант TR металлоискателя. Работа прибора основана на принципе индукционного баланса с разнесением приемной и передающей катушки в пространстве. Приемная катушка принимает отраженный от металлической поверхности сигнал, излучаемый передающей катушкой.

Этот специализированный тип металлоискателей применяется для поиска крупных предметов и месторождений полезных ископаемых на большой глубине. Превосходит все типы металлоискателей по глубине обнаружения, но не может различать черные и цветные металлы, не чувствует мелкие цели (монеты и другие цели подобного размера). Глубина обнаружения крупных объектов в зависимости от типа грунта от 1 до 9м. RF two-box используется в различных отраслях промышленности, и в тоже время является очень полезным и порой незаменимым инструментом для многих охотников за сокровищами и тайниками.

Related tags : типы металлоискателей, виды металлодетекторов, классификация металлоискателей по принципу действия, принцип работы металлоискателя, металлодетектор принцип работы