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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Verschiedene Arten von Metalldetektoren und ihr Funktionsprinzip. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Metalldetektoren Um erfolgreich nach Metallgegenständen im Boden zu suchen, ist es nicht erforderlich, die wissenschaftlichen Prinzipien eines Metalldetektors zu verstehen. Es ist jedoch hilfreich, allgemein zu wissen, wie ein Metalldetektor funktioniert. Metalldetektor ist ein elektronisches Gerät, das das Vorhandensein von Metall erkennt und uns darüber informiert. Ein im Boden befindlicher Metallgegenstand, beispielsweise eine Münze, strahlt selbst nichts aus und verrät seine Anwesenheit nicht. Um es zu erkennen, ist es notwendig, es mit Radiowellen zu bestrahlen und ein Sekundärsignal zu erkennen. Alle Metalldetektoren basieren auf diesem Prinzip. Der Unterschied zwischen billigen und teuren Modellen liegt in den Methoden zur Aussendung dieser Radiowellen, den Methoden zur Erfassung sekundärer Signale und den Methoden zur Benachrichtigung über das Vorhandensein von Metall.
Reis. 13. Das Auftreten von Wirbelströmen auf der Oberfläche von Metallgegenständen, die im elektromagnetischen Feld der Suchspule gefangen sind Wenn Sie den Metalldetektor einschalten, fließt ein elektrischer Wechselstrom durch die Suchspule und erzeugt ein elektromagnetisches Feld um die Suchspule. Dieses Feld gelangt in die Umwelt, sei es Luft, Boden, Wasser, Stein, Holz usw. Kommt ein Metallgegenstand diesem Feld in die Quere, entstehen auf seiner Oberfläche sogenannte Wirbelströme. Diese Ströme bilden ein eigenes elektromagnetisches Feld, das das Feld der Sendespule schwächt. Die elektronische Schaltung des Geräts erkennt mithilfe einer Spule diese Feldschwächung, die durch das Vorhandensein von Metall unter der Spule verursacht wird, und informiert Sie auf die eine oder andere Weise darüber. Komplexere elektronische Schaltkreise ermöglichen eine bessere Erfassung schwächerer Sekundärsignale und eine genauere Verarbeitung dieser Signale. Daher sind solche Geräte arbeitsintensiv in der Herstellung und teurer. Allerdings sind sie meist in der Lage, Objekte in größeren Tiefen zu finden.
Wirbelströme bilden sich auf der Oberfläche aller elektrisch leitenden Materialien – Metalle, Mineralien usw. Nichteisenmetalle sind elektrisch leitfähiger als Eisenmetalle und Mineralien. Daher dauert es länger, bis die Wirbelströme auf ihnen abklingen. Der Metalldetektor erkennt, in welchem Fall die Wirbelströme schneller abklingen, und kann Ihnen auf dieser Grundlage „sagen“, welches Metall – Eisen oder Nichteisen – sich unter der Spule befindet. Leider enthält der Boden an manchen Stellen eine große Menge elektrisch leitender Mineralien (Magnetit, Natrium- und Kaliumsalze), die äußerst unerwünscht sind, da sie das Vorhandensein von Metall maskieren und so die Nachweistiefe verringern. Eisen- und Salzmineralien sind für Hersteller und Benutzer von Metalldetektoren ein großes Problem. Durch den Einsatz verschiedener Filter kann der Einfluss des Pfunds deutlich reduziert werden. Einige Geräte verfügen über einen automatischen Bodenausgleich, bei anderen erfolgt dies manuell durch den Bediener, was bei korrekter Ausführung genauer ist. In der Literatur folgendes Hauptansätze zum Aufbau der Metalldetektorschaltung: 1. Beat-Methode - BFO (Bcat Frequency Oscillation). 2. Methode der Induktionswaage – IB/TR (Induction Balance / Transmitter-Receiver). 3. Induktionsausgleichsmethode mit sehr niedrigen Betriebsfrequenzen – VLF/TR (Very Low Frequency/Transmitter-Reciver). 4. Methode der Induktionsbalance mit beabstandeten Spulen - RF (Radio Frequency). 5. Pulsmethode - PI (Pulsinduktion). 6. Resonanzstörungsverfahren - OR (OfTResonance). Beat-Methode - BFO Der gemessene Parameter ist die Frequenz des LC-Generators, zu dem auch die Suchkopfspule gehört. Die Frequenz wird mit der Referenzfrequenz verglichen und die resultierende Differenzschwebungsfrequenz wird auf einem Audiodisplay angezeigt. Die Schaltung der Geräte ist recht einfach, die Spule erfordert keine präzise Ausführung. Betriebsfrequenz 40-500 kHz. Die Empfindlichkeit von BFO-Geräten ist gering, die Stabilität gering und die Fähigkeit, nassen und mineralisierten Boden auszublenden, schlecht. Die BFO-Methode wurde in den 60er und 70er Jahren in Minensuchgeräten und seriellen Fremdgeräten eingesetzt. letztes Jahrhundert. Derzeit ist diese Methode bei Funkamateuren beliebt und findet sich in preiswerten Geräten russischer Hersteller. Dazu gehören auch Geräte mit direkter Frequenzmessung, die gut auf Mikroprozessoren implementiert sind. Induktionswaagenmethode - IB/TR Der Suchkopf besteht aus zwei Spulen, die in derselben Ebene liegen und so ausbalanciert sind, dass beim Anlegen eines Signals an die Sendespule ein minimales Signal an den Empfangsausgängen anliegt. Die Sendespule ist häufig im LC-Oszillatorkreis enthalten. Der gemessene Parameter ist die Amplitude des Signals an der Empfangsspule und die Phasenverschiebung zwischen gesendetem und empfangenem Sinussignal. Solche Metalldetektoren haben eine Betriebsfrequenz von 80–100 kHz. Sie können kleine Objekte in relativ großen Tiefen (30-35 cm) erkennen, sind jedoch bei der Suche an stark mineralisierten Sandsteinen und Meeresstränden nutzlos. Induktionsausgleichsverfahren mit sehr niedrigen Betriebsfrequenzen - VLF/TR Es wurde festgestellt, dass bei einer Reduzierung der Betriebsfrequenz unter 20 kHz eine Verstimmung vom Einfluss des Pfunds möglich ist; die Wirkungstiefe des Geräts wird etwas verringert, aber die Betriebsstabilität nimmt stark zu und falsche Signale verschwinden. Solche Geräte werden VLF/TR genannt, was für einen Metalldetektor vom Sender-Empfänger-Typ steht, der bei sehr niedrigen Frequenzen arbeitet. Mit der VLF-Methode können Sie hochempfindliche Geräte mit guter Metallunterscheidung durch Analyse der Phaseneigenschaften bauen. Die Schaltung der Geräte ist recht komplex, die Spulen erfordern ein präzises Auswuchten. Die meisten seriellen Geräte, auch computerisierte, werden mittlerweile auf Basis dieser Methode gebaut. Die Unterscheidung von Objekten und die Verstimmung vom Boden erfolgt bei solchen Geräten relativ einfach über Phasenschieberschaltungen. Das TR-Prinzip (oder seine Version VLF/TR) ermöglicht die Analyse der Phaseneigenschaften des Signals, sodass diese Geräte leicht zwischen Eisen- und Nichteisenmetallen unterscheiden und von Schutt und Erde ausgeschlossen werden können. Sie verfügen über eine hohe Empfindlichkeit und Auflösung, die vom Durchmesser der Suchspule abhängt – je größer sie ist, desto tiefer ist die Erkennung, aber desto schwieriger ist die Suche nach kleinen Objekten. Der Nachteil solcher Geräte bestand darin, dass der Bodenausgleich nicht gleichzeitig mit der Diskriminierung durchgeführt werden konnte und der Bediener einen Schalter verwenden musste, um entweder den einen oder den anderen Modus auszuwählen. Solche Geräte wurden 10 Jahre lang in den USA und England hergestellt, bis sie 1980 durch sogenannte dynamische Metalldetektoren ersetzt wurden. Ende der 70er Jahre. XNUMX. Jahrhundert Der Amerikaner J. Payne hat ein Schema entwickelt, das gleichzeitige Diskriminierung und Bodenanpassung ermöglicht. Die ersten Geräte dieser Art mussten sehr schnell bewegt werden, um eine akzeptable Wirktiefe zu erreichen, was für den Bediener sehr ermüdend war. Spätere Modelle ermöglichten (aufgrund der Komplexität der Schaltung) das Arbeiten mit geringeren Bewegungsgeschwindigkeiten der Spule ohne Tiefenverlust. In den frühen 80ern. Metalldetektoren sind schwer und schwierig einzurichten. Im Wesentlichen umfasste ein Gerät vier verschiedene Arten von Metalldetektoren. Das amerikanische Unternehmen Fisher Research Laboratory reagierte umgehend auf die Bitte von Schatzsuchern, ein einfacheres, aber nicht weniger empfindliches Gerät zu entwickeln, und entwickelte auf der Grundlage der neuesten Fortschritte in der Mikroelektronik den Metalldetektor 1260s mit automatischer Schwellenwertanpassung, der mit einer sehr niedrigen Frequenz arbeitet. Es hatte nur wenige Bedienelemente und erforderte keine manuelle Einstellung. Dabei handelt es sich um ein leichtes, benutzerfreundliches und empfindlich auf kleine Gegenstände reagierendes Gerät, das erfolgreich auf schlecht mineralisierten Böden funktioniert. Seine Modifikation, die 1266er, wurde bis 2003 produziert. Dieser Metalldetektor wurde als „dynamisch“ bezeichnet, obwohl er im Wesentlichen zum Typ VLF/TR gehört. Bisherige statische Metalldetektoren vom Typ VLF/TR wurden praktisch nicht mehr hergestellt und alle führenden Unternehmen stellten schnell auf die Produktion von Geräten um, die dieses dynamische Prinzip nutzen. Zahlreiche kleine Unternehmen, denen dies nicht gelang, mussten aufgeben. Seitdem gibt es weltweit nur noch etwa ein Dutzend Unternehmen, die Metalldetektoren herstellen. Coil Spaced Induction Balance Method - RF Dies ist eine Hochfrequenzversion von TR, bei der die Sende- und Empfangsspulen keinen flachen Transformator bilden, sondern voneinander beabstandet und senkrecht zueinander angeordnet sind. Die Empfangsspule empfängt das von der Metalloberfläche reflektierte und von der Sendespule ausgesendete Signal. Diese Methode wird in Tiefeninstrumenten eingesetzt und zeichnet sich durch Unempfindlichkeit gegenüber kleinen Objekten und die Unfähigkeit aus, zwischen Eisen- und Nichteisenmetallen zu unterscheiden. Impulsmethode - IP Ursprünglich in den USA für Archäologen entwickelt, erlangten diese Geräte Ende der 60er Jahre in England unter Amateuren ihre größte Verbreitung. Wie bei Geräten, die auf dem Prinzip des Induktionsgleichgewichts basieren, erzeugen gepulste Geräte ein elektromagnetisches Feld, das auf ein Objekt einwirkt. Dieses Feld wirkt jedoch nicht ständig, sondern periodisch – es schaltet sich innerhalb einer Sekunde viele Male ein und aus (pulsiert). Wenn das Feld eingeschaltet ist, werden Wirbelströme auf der Oberfläche des Objekts induziert. Wenn das Feld ausgeschaltet wird, klingen die Wirbelströme allmählich ab, wenn auch innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne. Zu diesem Zeitpunkt fungiert die Spule als Empfangsantenne und empfängt dieses schwindende Signal. Gleichzeitig erhöht sich der Schwellenhintergrund des Geräts, was auf das Vorhandensein von Metall im Boden hinweist. Da Bodenwirbelströme viel schneller abklingen und vom Gerät nicht erkannt werden, arbeiten Impulsmetalldetektoren effektiv auf schlecht mineralisierten Böden und insbesondere auf feuchten Salzböden an Meeresküsten. Der Nachteil von Impulsmetalldetektoren ist ihre hohe Empfindlichkeit gegenüber Eisenmetallen und Schwierigkeiten bei der Unterscheidung. In manchen Fällen (z. B. bei der Suche nach Metall am Meeresgrund) sind sie jedoch allen anderen Arten von Metalldetektoren überlegen. Resonanzbruchmethode - ODER Der analysierte Parameter ist die Amplitude des Signals an der Spule des Schwingkreises, die nahe an der Resonanz mit dem ihr vom Generator zugeführten Signal abgestimmt ist. Das Auftreten von Metall im Feld der Spule führt je nach Metallart entweder zum Erreichen oder Verlassen der Resonanz, was zu einer Zunahme oder Abnahme der Schwingungsamplitude an der Spule führt. Diese Methode wurde wie BFO von Funkamateuren entwickelt. Autor: Bulgak L.V.
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