Принципы работы металлоискателей.

 

Индуктивный баланс. (балансники)

 

Наиболее обширная группа металлоискателей. Современные монетники почти все работают по этому принципу.

Перечислять их нет смысла. Это всем известные модели с определением металла черный – цветной (магнитный-немагнитный). Катушка представляет из себя сбалансированный объёмный трансформатор. Передающая катушка излучает в пространство магнитное поле. Трансформатор сбалансирован, по этому в приёмной катушке в отсутсвии рядом металла ничего не наводится и напряжение на ней близко к нулю. При появлении металла в приёмной катушке появляется сигнал амплитуда и фаза которого зависит от размера объекта, его формы и рассстояния до катушки. Если брать одинаковые по форме объёкты, на одном и том же расстоянии от катушки, фаза наводимого сигнала будет смещаться в положительную сторону и отрицательную на определённую величину (амплитуда тоже). По этому сдвигу фазы и определяют черный металл или цветной. Ситуация меняется когда объект плоской формы, например плоская железная жесть. Любой монетник покажет её как цветной металл. Для этого стали применять годографы и др. средства отображения сдвига фазы. По числу определяют примерно что за объект под катушкой. Например водочные пробки будут в основном одним числом показаны. Медные монетки другим. Во всяком случае гвозди и всякие железные предметы копать уже не придётся, если в этом нет необходимости. В любом случае решает оператор копать ему или пропустить. Индуктивный баланс отличается высокой чуствительностью к мелким предметам и возможностью дискриминации металлов. Трудности это сложный датчик, необходимость борьбы с влиянием грунта и сложные способы обработки информации, для более точной идентификации объектов.

 

Принцип импульсной индукции. (имульсники)

 

Тоже обширная группа приборов. Популярность этого метода заключается в простоте изготовления датчика.

Датчик содержит всего несколько витков провода. Любого, хоть сетевого от домашнего пылесоса. Принцип следующий: Катушка подключается к источнику напряжения с помощью полупроводникового ключа. В катушке начинает расти ток по экспоненте, при этом магнитное поле так же по экспоненте излучается в пространство. Через какое то время ключ разрывается. Катушка обесточивается. А от источника катушка подключается к приёмному усилителю. Если рядом находился металлический объект, при резком изменении магнитного поля (при снятии напряжения), объект будет препятствовать этому изменению. На практике это проявляется в затягивании хвоста снятого  сигнала. Вот этот хвост и выхватывает усилитель и усиливает его. Плюсы: простой датчик, достаточно хорошая чуствительность, слабое влияние грунта, лучшее определение черных и хорошо проводящих ток металлов. Минусы: большое потребление и самый главный недостаток невозможность дискриминации. (хотя некоторые работы и ведутся в этом направлении, но пока результаты не очень радуют)

На основе импульсника достаточно просто сделать глубинный прибор. Достаточно намотать пару витков любого провода по периметру пусть 5х5 метров и пустить по проводу достаточно мощный импульс. Вопрос лишь в энергопотреблении и в мощности ключа.

 

 

Принцип передача-приём. (приемник-передатчик)

 

 

Тоже сбалансированный датчик, только не учитывается фаза отражённого сигнала. Регистрируется только его уровень. На этом принципе построен известный глубинник Джемини. Передающая катушка излучает в пространство магнитное поле частотой 90 кгц. Приемник в приемной катушке и сама катушка настраиваются (винтом) по минимуму сигнала. Попадание металла вызывает разбаланс сбалансированной системы катушек и в приёмнике появляется сигнал.

Плюсы – схема попроще чем в балансниках (нет необходимости в регистрации фазы). Минусы: нет дискриминации, сильное влияние грунта и невозможность от него избавиться.

 

 

Гибридные приборы. (импульсники и балансники одновременно)

Балансник излучает поле и регистрирует его одновременно. Импульсник сначала излучает потом регистрирует, с разделением во времени. Но есть класс приборов которые работают как импульсник, сохраняя все его достоинства и как балансник. Т.е. обрабатывают сигнал не только после снятия поля, но и во время излучения, проявляя свойства балансников. Работы в этом направлении особо не афишируются фирмами, но есть болшие подозрения и не только у меня, что данным способом работают приборы Минилаба. А как известно у этих приборов самый четкий пока дискрим.О достоинствах и недостатках не стОит говорить, они описаны выше.

Ещё есть класс это гибрид магнитометра и импульсника. Магнитометр не видит цветные металлы, а импульсник видит все подряд, вот вам и дискриминация, причём 100% -ая. И никаких плоских железок! Следует отметить что у магнитометра глубина обнаружения (точнее здесь дальность) ещё больше.

 

Магнитометры.

Измеряют магнитное поле обычно в числовой величине. У земли оно в данной местности одинаковое и более-менее однородное. Любой магнитный объект или пустота под землёй изменят это поле. Серьёзный поиск с магнитометром представляет из себя прочёсывание выбранного квадрата местности два или несколько раз, с нанесением на карту магнитной составляющей в определённых точках. И анализом полученной информации и составлением графиков. Данный метод применяется в геологоразведке полезных ископаемых. Чувствительность зависит от модели аппарата и его разрешающей способности. Старый добрый ММП-203 (по словам поисковиков) ловит легковой автомобиль 2108 примерно с 12-ти метров. Естественно никаких карт не составляется, просто свободное брожение с включенным прибором. Минусы: не определяет цв. металлы и необходимость периодической заправки рабочим веществом.

По просьбам пару слов о феррозондах. Это тоже разновидность магнитометра. Параметры те же – регистрация магнитного поля, но не в каких то единицах, а обычно вариаций поля. Т.е. изменений. Любой железный гвоздь при достаточном токе возбуждения становится феррозондом. Но что бы не тратить за зря ток, который в переносных аппаратах дефицитен, вместо гвоздя применяется более правильный сердечник. Например феррит или чаще пермалоевая проволока. Такой сердечник возбуждается переменным током определённой частоты. Намагничивается сердечник нелинейно. Пока ток растёт магнитная проницаемость сердечника максимальна, по мере роста тока, проницаемость снижается, когда ток опять идёт на убыль, проницаемость опять повышается. Тоже самое для отрицательной полуволны и так далее. Поверх обмотки возбуждения намотана приёмная обмотка. Если в приемной обмотке убить сигнал возбуждения, то останется сигнал, вызванный нелинейностью сердечника. Обычно удвоенной частоты возбуждения. Вот этот сигнал и является информативным и зависит от внешнего магнитного поля. Магнитометры чаще всего строят по типу градиометра. Это когда используется два идентичных  феррозонда в одной плоскости, в вертикальной или горизонтальной. Включены так, что при равномерном магнитном поле один датчик компенсирует другой и сигнала на выходе схемы не наблюдается. Но если около одного датчика магнитное поле изменилось больше (или меньше) чем у второго, то возникает сигнал рассогласования. При всей кажущейся простоте феррозонда изготовителя приборов поджидают неприятности, связанные с идентичностью датчиков и с юстировкой уже собранного устройства. По этому отношение к градиометрам должно быть максимально бережное, несмотря на кажущуюся простоту конструкции. Иначе при незначительных деформациях может упасть чувствительность или вообще прибор разбалансируется и не установится на ноль. Чувствительность может достигать больших значений, почти как у протонников, но на цветные металлы не реагирует. Ещё один плюс что работает непрерывно и регистрирует сразу же как и большинство металлоисателей.

 

Ещё один метод – срыва генерации.


 Берётся LC генератор в режиме, близком к срыву генерации. Режим этот стабилизируется. И как только на катушку оказывается воздействие генерация срывается. Этот момент можно регистрировать. Прибор обладает лучшей чуствительностью чем простые приборы описанные ниже,  а так же мало потребляет энергии от питания, потому что энергия тратится только на работу самого генератора. Излучать в пространство ничего не надо. Поле от его катушки минимальное, следовательно влияние грунта тоже минимально. Но конечно с импульсником или балансником ему не потягаться, а вот в различных досмотровых детекторах такой метод с успехом используется. Такой прибор выпускает один инженер из Петрозаводска, называется прибор РМ-детектор.



Q-метры.

 Измеряется добротность контура, образованного поисковой катушкой и постоянным конденсатором. Тоже используется в основном в ручных досмотровых приборах.

  А начиналось всё…

А начиналось всё  с L-метров. Регистрировалось изменение индуктивности катушки при приближении её к металлическому объекту. Из радитехники известно что магнитные материалы (железо, ферриты) увеличивают индуктивность, а немагнитные (латунь, медь, алюминий…) понижают. На этом методе строились первые металлоискатели. Делалось два генератора один постоянный, второй перестраиваемый. Перестраивался генератор резонансным контуром, в котоый входила поисковая катушка и переменный конденсатор. Частоты генераторов были близки. После генераторов стоял смеситель и усилитель НЧ или наушники. Переменным конденсатором  выбиралась такая частота переменного генератора, что бы в наушниках прослушивался определённый тон, получившийся от смешения частот, разностный сигнал. Любое воздействие на индуктивность катушки вызывало перестройку частоты генератора, а следовательно и разностного тона. Причем воздействие магнитной мишени вызывало уменьшение тона, а немагнитной увеличение. Хотя можно настроить и наоборот. Недостатки очевидны: низкая чуствительность, нестабильность генераторов. Но зато уже был дискрим!  (Однажды был найден немецкий миноискатель. На двух лампах-триодах, с поисковой квадратной катушкой на толстом гетинаксе.) Дальнейшие усовершенствования данного метода делались путём например умножения частоты перестраиваемого генератора в несколько раз, тогда изменение тона было более заметнее, но вместе с тем возрастала нестабильность самой катушки и всего связанного с нею (помехи, грунт…). Ещё делали принцип частотомера. Вместо сложения частот просто измеряли частоту или период генератора. (Такой метод используется в Тракере_ФМ.) Но как известно этого мало что бы равняться например с индуктивным балансом.