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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Das Funktionsprinzip des Metalldetektors. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Metalldetektoren Nützliche Definitionen Dynamischer Betriebsmodus sorgt für eine kontinuierliche Bewegung des Suchkopfes (Spule). Die Reaktion des Geräts wird nur beobachtet, wenn der Kopf über das Metall geführt wird. Wenn der Kopf über einem Gegenstand angehalten wird, verschwindet die Reaktion. Statischer Betrieb - ein Modus, bei dem die Reaktion des Geräts aufrechterhalten wird, während sich der Kopf über dem Objekt befindet. Es spielt keine Rolle, ob es sich bewegt oder nicht. Pseudostatische Arbeitsweise - dynamischer Modus mit sehr langsamer Schwellenwertanpassung. Das heißt, wenn der Kopf längere Zeit über einen Gegenstand gehalten wird, passt sich das Gerät an diesen Gegenstand an und die Reaktion verschwindet. Wenn sich der Kopf vom Objekt entfernt, beginnt eine umgekehrte Anpassung von gleicher Dauer. Bei computergestützten Geräten werden die Schwellenwertanpassungsvorgänge von einem Mikroprozessor gesteuert, sodass die Anpassungsgeschwindigkeiten beim Annähern und Entfernen vom Objekt unterschiedlich sein können. Bei herkömmlichen Geräten mit Pseudostatik wird die RETUNE-Taste verwendet, um den Schwellenwert schnell wiederherzustellen, wenn sich die Spule vom Objekt entfernt. VCO-Modus - die Abhängigkeit nicht nur der Lautstärke, sondern auch seines Tons (Frequenz) von der Größe und Tiefe des Objekts. Verschärft die Reaktion des menschlichen Ohrs auf geringfügige Änderungen des vom Objekt empfangenen Signals. Schwelle (Schwellenton) - Ein schwacher Ton ist im Lautsprecher des Geräts oder im Kopfhörer zu hören, wenn sich keine Metallgegenstände in der Nähe des Kopfes befinden. Der Schwellenwertton ist sowohl für Geräte verfügbar, die über einen Suchmodus für alle Metalle verfügen, als auch für Geräte mit statischen Suchmodi. Anhand dieses Tons kann man die Leistung des Metalldetektors und die Veränderung der Mineralisierung des Bodens beurteilen. Bei den meisten Geräten ist der Schwellenton einstellbar. Ablehnung - das Fehlen eines Tonsignals (Ignorieren) für eine bestimmte Art von Objekten. Grundprinzipien zum Bau eines Metalldetektors: Vor- und Nachteile Es gibt mehrere Prinzipien, nach denen Metalldetektoren gebaut sind. Hier sind die drei wichtigsten. BFO (Beat Frequency Oscillator - Schwebungsgenerator, abhängiger Oszillator) - Addition der Schwingungen zweier Hochfrequenzgeneratoren und Auswahl der Differenz zwischen ihren Frequenzen, die im Schallbereich liegt. Taucht ein Metallgegenstand in der Nähe der Suchspule auf, ändert sich die Frequenz des Signals eines der Generatoren und damit auch die Tonhöhe des hörbaren Tons. Das heißt, sie basieren auf der Bestimmung kleiner Änderungen der Induktivität der Suchspule unter dem Einfluss von Eisengegenständen. Sie zeichnen sich durch eine geringe Empfindlichkeit aus. TR / IB (Transmit-Receive / Induction Balance - Sende-, Empfangs- und Induktionsbalance) - Im Sensor sind zwei Spulen verbaut, die senden und empfangen. Das Vorhandensein von Metall verändert die induktive Kopplung zwischen ihnen, was sich auf das empfangene Signal auswirkt. PI (Impulsinduktion) - Die Übertragung erfolgt durch Impulse. Form und Amplitude der empfangenen Signale hängen vom Vorhandensein von Metallgegenständen in der Nähe der Detektorspulen ab. Im Gegenteil, Pulsmelder haben viele Vorteile:
Bei ihrer Arbeit werden magnetische Impulse verwendet, die in allen Metallgegenständen, die in ein Magnetfeld fallen, Strom induzieren können. Zwischen den Impulsen empfängt der Empfänger eine Antwort, die von der Elektronik verstärkt und verarbeitet wird. Neben ihren unbestreitbaren Vorteilen haben sie auch Nachteile:
Seit Mitte der 90er Jahre sind viele gepulste Metalldetektoren mit einem Diskriminator ausgestattet. Symmetrische Induktions-Metalldetektoren wurden zu Standarddetektoren für den allgemeinen Gebrauch. Sie verfügen über zwei Spulen im Suchkopf, von denen eine ein magnetisches Wechselfeld induziert. Die andere Spule ist so positioniert, dass das Feld um sie herum normalerweise ausgeglichen ist und an ihrem Ausgang kein elektrisches Signal anliegt. Tatsächlich gibt es in der Empfangsspule ein sogenanntes Restsignal, was nicht auf die ideale Bauweise zurückzuführen ist. Metallgegenstände, die sich den Spulen nähern, verändern die Konfiguration dieses Feldes und bringen das System aus dem Gleichgewicht. Dadurch erscheint am Ausgang der Empfangsspule ein Signal. Dieses Signal kann verstärkt werden und den Bediener über den Fund informieren. Moderne Metalldetektoren nach diesem Prinzip verfügen über eine leistungsstarke Elektronik, die das Signal verarbeitet und dem Bediener viele Zusatzinformationen liefert, zum Beispiel:
Jedes Prinzip hat spezifische Vor- und Nachteile. Daher werden in teuren und komplexen Detektoren, die nicht nur das Vorhandensein, sondern auch die Art des Metalls bestimmen können, alle drei kombiniert. Funktionsweise des Metalldetektors Beim Einschalten des Metalldetektors entsteht in der Suchspule ein elektromagnetisches Feld, das sich in die Umgebung ausbreitet:
Auf der Oberfläche von Metallen, die unter dem Einfluss eines elektromagnetischen Feldes in den Wirkungsbereich der Suchspule geraten sind, entstehen Wirbelströme. Diese Wirbelströme erzeugen ihre eigenen elektromagnetischen Gegenfelder, was zu einer Verringerung der Leistung des von der Suchspule erzeugten elektromagnetischen Feldes führt. Dies wird durch die elektronische Schaltung des Gerätes behoben. Darüber hinaus verfälscht das Nebenfeld die Konfiguration des Hauptfeldes, die ebenfalls vom Gerät erfasst wird. Die elektronische Schaltung des Metalldetektors verarbeitet die empfangenen Informationen und signalisiert die Erkennung von Metall. Auf der Oberfläche metallischer Gegenstände oder elektrisch leitender Mineralien bilden sich Wirbelströme. Die Bestimmung des Metalls in einem Objekt basiert auf der Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Objekts. Frequenzbereiche von Metalldetektoren In der Fachliteratur zu Metalldetektoren werden viele Fachbegriffe verwendet. Die Bezeichnung VLF (Very Low Frequency) bedeutet also eine sehr niedrige Betriebsfrequenz des Metalldetektors. Die Fähigkeit eines Metalldetektors, die Art des Fundes zu unterscheiden (zu erkennen), hängt von der Betriebsfrequenz des Geräts ab. Bei hohen Frequenzen verstärkt sich der Skin-Effekt und die Qualität der Unterscheidung verschlechtert sich erheblich. Daher verwendeten die Hersteller von Metalldetektoren zunächst (70er, frühe 80er Jahre) sehr niedrige Frequenzen von etwa 2 kHz. Dies führte zu konkreten Problemen:
Moderne Metalldetektoren haben eine große Bandbreite an Betriebsfrequenzen, was auf die Besonderheiten ihrer Anwendung sowie auf technische und gestalterische Überlegungen zurückzuführen ist. Am häufigsten reicht der Frequenzbereich von 6 bis 20 kHz, manchmal jedoch auch darunter. In diesem Frequenzbereich unterscheiden die Geräte Ziele gut und es gibt keine ernsthaften Probleme mit der Gestaltung der Spulen. Geräte zur Goldsuche verwenden höhere Frequenzen – bis zu 15-20 kHz und mehr. Das liegt auch daran, dass sich bei diesen Frequenzen die Empfindlichkeit gegenüber sehr kleinen Objekten verbessert, beispielsweise gegenüber Goldnuggets, die oft nur eine geringe Größe und ein geringes Gewicht haben. Um die Tiefe und Qualität der Diskriminierung zu verbessern, wurde in den letzten Jahren die Mehrfrequenzsuche eingesetzt, die unter bestimmten Bedingungen Vorteile bietet. Mit dem Aufkommen billiger Mikroprozessoren erhielt diese Methode einen starken Entwicklungsschub. Ich möchte jedoch zwei wichtige Anmerkungen zur Mehrfrequenzsuche machen:
Bei der Suche nach großen Objekten von der Größe eines Litergefäßes oder mehr in leicht mineralisierten und leicht verunreinigten Böden sind diese Metalldetektoren sehr praktisch. Seit Mitte der 70er Jahre sind sie praktisch außer Gebrauch geraten. Ein typischer Vertreter dieser Art von Metalldetektoren ist heute Fishers Gemini-XNUMX. Einige Hersteller von Metalldetektoren verwendeten diese Bezeichnung als Zusatz zum Begriff VLF, offenbar um noch einmal zu betonen, dass das Gerät auf dem Prinzip der Induktionswaage basiert. Einstellung des Erdungskompensationssystems Bodenmineralisierung – das Vorhandensein von elektrisch leitfähigen Salzen und Mineralien sowie eisenhaltigen Mineralien und Gesteinen im Boden. Dies führt zu einer Verletzung der ordnungsgemäßen Funktion der Geräte. Es wird durch die Einführung zusätzlicher Schaltungslösungen und -modi beseitigt. Bei der Bodenbearbeitung kann sich die Beschaffenheit des Bodens und damit auch seine Mineralisierung verändern. Dies erfordert eine Anpassung des Erdausgleichssystems. Dies erfolgt sowohl manuell als auch automatisch, sofern der Melder über eine solche Betriebsart verfügt. Es erhielt die Bezeichnung Ground Track. Dieser Modus wird für hohe Empfindlichkeitseinstellungen nicht empfohlen. Unter dem Begriff VCO versteht man den Schallmodus des Metalldetektors, bei dem sich je nach Größe und Tiefe des Objekts nicht nur die Lautstärke des Schalls, sondern auch dessen Ton ändert. Dadurch wird die Hörwahrnehmung kleinster Veränderungen im Schallsignal geschärft. Moderne High-End-Metalldetektoren verfügen über einen umfangreichen Service, der es einem erfahrenen Bediener ermöglicht, in kürzester Zeit eine erfolgreiche Suche durchzuführen. Wenn die Suchmaschine zusätzlich eine Vorstellung vom Funktionsprinzip des Metalldetektors und seinen tatsächlichen Fähigkeiten hat, bringt dies zusätzliche Vorteile. Über die Empfindlichkeit von Metalldetektoren Um eine hohe Empfindlichkeit zu erreichen, kann die Gesamtverstärkung des gesamten Empfangspfads des Metalldetektors mehrere zehn Dezibel betragen. Eine rücksichtslose Erhöhung der Empfindlichkeit führt zu einer Verschlechterung des stabilen Betriebs des Geräts und macht den Metalldetektor somit zu einem nutzlosen Suchwerkzeug. Die Empfindlichkeit ist der wichtigste, aber nicht der Hauptvorteil eines modernen Metalldetektors. Das Verständnis für diese Tatsache kommt mit der Erfahrung und wird deutlich, wenn der Suchende in die Gegend gelangt, die stark mit Metallschrott übersät ist. Hier ist schon Hochsensibilität keine Freude! Manchmal degeneriert das Streben nach Überempfindlichkeit bei manchen Menschen zu einer Krankheit, wenn man sich auf jeden zusätzlichen Zentimeter Tiefe konzentriert, der in den Broschüren angegeben ist. Firmen-Verkäufer machen sich diese Tatsache geschickt zunutze! Und schließlich wird die Erkennungstiefe in der Regel in der Luft angegeben, also für idealisierte Bedingungen, aber im Boden wird das angegebene Objekt in der angegebenen Tiefe höchstwahrscheinlich nicht erkannt werden können. Autor: Dubrovsky S.L.
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