Металлоискатели бывают нескольких видов:
Грунтовые металлоискатели начального уровня
Стоимость таких приборов колеблется в диапазоне 100-500 $. Пользуются популярность в основном у начинающих искателей, поскольку просты в использовании, имеют минимальный набор функций для поиска. Для поиска целей используется одна, иногда две частоты. Имеют функцию дискриминации, в некоторых приборах есть определение глубины залегания объекта. Доступная глубина у металлоискателей данного вида невелика, зависит от свойств грунта: мелкие монетки 15-17 вв. («чешуйки) — 3-5 см, монеты номиналом пять копеек времен Екатерины II — 15-20 см, объекты величиной с топор — 20-30 см, крышку от люка можно найти на глубине до 70 см.
Есть мастера, которые по схемам из книг собирают металлодетекторы сами. Однако качество у таких приборов не слишком высокое. Дома самостоятельно отстроить металлоискатель от всевозможного электромагнитного влияния почти невозможно, даже имея под рукой специальное оборудование. Фон от металлических предметов, расположенных вокруг, образует множество помех. В итоге при использовании в полевых условиях, где мешающего фона нет, такой металлоискатель начинает работать некорректно.
Самостоятельно, конечно, можно смастерить самый простой металоискатель со звуковым индикатором. Однако из-за своей приборы крупный предмет из черного металла будет давать такой же сигнал, как «цветные» предметы. Отстроить прибор от этой помехи, не имея гадограф крайне сложно.
Лидером среди приборов начального уровня является , за счет демократичной цены. хорошего качества и показателей (а так же возможности модернизации катушками).
Полупрофессиональные металлоискатели
Стоят такие приборы около 500-800$. Эти металоискатели пригодятся поисковикам с опытом. В основу работы металлоискателей данного вида положено использование сразу нескольких рабочих частот. Такие аппараты выдают и звуковую, и визуальную информация. Визуальные данные показываются на дисплее, где можно посмотреть VDI найденного предмета. Если значение VDI находится в зоне положительной, то есть идет со знаком «+», то найденный прибором предмет из цветного металла, если идет значение «-», то найденный объект из черного металла. Исходя из значения VDI, с 70% вероятностью можно выяснить, какой именно предмет из цветного металла найден.
Медные, и всегда серебряные монеты создают значение VDI близкое к максимальной отметке. В металлоискателях разных фирм шкала максимальных и минимальных значений VDI разная. Есть приборы со шкалой -10 — +10, а есть со шкалой -30—+50 и пр. Благодаря этому данные приборы считаются профессиональными. Максимально возможная глубина эффективной работы таких приборов: «чешуйки» — 5-15см, пять копеек Екатерины II — 25-30см, предметов величиной с топор — 40-50 см, крышек от люка — 100-150 см.
П рофессиональные металлодетекторы
Стоить такие приборы могут от 800 $ и до нескольких тысяч. Высокая цена таких металлоискателей объясняется тем, что эти приборы многофункциональны и рассчитаны на профессиональных кладоискателей. У аппаратов данного вида многоголосая дискриминация, используется множество частот для поиска, имеется целый набор ручных, а также автоматических настроек. Профессиональные металлоискатели способны выявить под землей «цветной» предмет, расположенный рядом с «черным» с вероятностью около 80%. Это значительно упрощает поиск на территориях, сильно загрязненных металлическим мусором. При обнаружении цели профессиональные металлоискатели выдают визуальный, цифровой и звуковой сигнал. Проанализировав полученные данные опытный поисковик сразу может определить, что обнаружил прибор, на какой глубине залегает объект, его размеры.
В профессиональных металлодетекторах сигнал обрабатывается микропроцессором.
Профессиональные искатели со стажем используют сложные многофункциональные приборы, способные обнаружить все «цветные» предметы на исследуемой территории. Глубина обнаружения приборов данного вида: чешуйки — 15-25см, монеты номиналом пять копеек Екатерины II — 30-45 см, предметы величиной с топор — 50-80 см, крышки от люка можно найти на глубине 150-200 см.
Как следует из названия, назначение металлоискателей – искать металлические предметы; и первый металл, который многими вспоминается при упоминании металлоискателя, конечно же, золото. Поиск кладов, когда бывший уделом немногих авантюристов, сегодня, благодаря совершенствованию и удешевлению металлоискателей, превратился в целую индустрию. Но поиск закопанных сокровищ – не единственная сфера применения металлоискателей:
Все перечисленные выше приборы используют один и тот же принцип поиска – улавливание магнитного поля, возникающего вокруг металлических предметов, попадающих в магнитное поле, излучаемое прибором.
Важно понимать, что дорогой профессиональный металлоискатель отличается от дешевого любительского не столько количественными характеристиками (глубиной обнаружения, рабочей частотой и т.п.), сколько качественными. Дорогие приборы отличаются качеством дискриминатора, обеспечивают лучшее разделение различных металлов и лучшее оповещение оператора. Лучшая элементная база и развитое программное обеспечение позволяют дорогим металлоискателям получать больше информации о предмете, а многтональный звук, отображение характеристик сигнала на экране ВДИ (визуального индикатора дискриминации), подсчет рейтинга цели (чем выше рейтинг цели, тем более достоверно дискриминатор определил металл) позволяют передать эту информацию оператору.
Вид определяет область применения металлоискателя.
Максимальная глубина обнаружения – один из основных параметров металлоискателя, во многом определяющий его возможности и цену. Но чем меньше металлическая деталь, тем меньше глубина, на которой она еще может быть обнаружена. Любой металлоискатель на максимальной глубине обнаружения «увидит» только очень большие металлические предметы. Поэтому в характеристиках металлоискателя обычно приводится еще и глубина обнаружения монет , указывающая, на какой максимальной глубине может быть обнаружена небольшая металлическая деталь (размером с монету).
Следует иметь в виду, что проводимость металла вовсе не однозначно соответствует материалу находки. Мелкие, поврежденные и окислившиеся металлические предметы дадут проводимость намного меньше, чем крупный цельный кусок того же металла. Поэтому большую надпись GOLD на шкале ВДИ многих металлоискателей следует рассматривать как рекламную - проводимость окажется в этом диапазоне, только если под катушкой будет слиток золота или крупный самородок, в крайнем случае - крупное кольцо. Золотые цепочки и мелкие украшения дают низкую проводимость, сравнимую с проводимостью цветных металлов или даже железа.
Удобно, если дискриминатор выдает не только звуковой сигнал, но и выводит информацию на дисплей ВДИ или стрелочный прибор – это дает шанс не упустить ценную находку, даже если дискриминатор её «забраковал». Для этой же цели используется тональная идентификация – когда тон издаваемого прибором сигнала зависит от проводимости найденного предмета (чем выше тон, тем лучше проводимость металла, и выше вероятность, что под катушкой находится что-то ценное).
Метод обнаружения.
VLF
, VLF/TR (Very Low Frequency / Transmitter-Receiver – «Очень низкая частота /Передатчик-Приемник») - классический метод, использующийся на большинстве металлоискателей. Во времена появления первых металлоискателей, было замечено, что на низкой частоте влияние грунта меньше, чем на высокой - от этого метод и получил название.
PI (Pulse Induction – «Импульсная индукция») метод использует для поиска металлических предметов импульсный сигнал. Наведенное магнитное поле при исчезновении индуцирующего поля затихает не сразу, а через некоторое время, зависящее от размеров предмета и материала, из которого он сделан. Прибор определяет наличие металлических предметов по наличию и характеристикам магнитного «эха», улавливаемого после импульса. Этот метод показывает лучшие результаты на минерализованных грунтах и часто используется для ослабления влияния воды, в том числе, соленой. Соответственно, PI метод часто применяется на подводных металлоискателях. Недостатком этого метода является сложность дискриминации и, следовательно, худшее, чем у предыдущего метода, распознавание металлов.
RF (Radio Frequency – «Радиочастота») метод использует для поиска предметов две катушки, расположенные в перпендикулярных плоскостях и разнесенные друг от друга на некоторое расстояние. RF-металлоискатель - узкоспециализированный прибор, предназначенный для поиска крупных металлических предметов на больших глубинах. Работая на высоких частотах, он подвержен влиянию грунта, особенно минерализованного. Нечувствителен к мелким предметам.
VFLEX – развитие метода VLF, разработанное компанией Minelab. VFLEX подразумевает цифровую генерацию излучаемого сигнала и цифровую же обработку полученного сигнала. Цифровой генератор импульсов встроен в катушку и (в многочастотных металлоискателях) может быть сменен вместе с катушкой.
Конкретная частота обнаружения
(рабочая частота) металлоискателя может облегчить поиск тех или иных предметов. Чем ниже частота, тем меньше влияние грунта и, соответственно, больше глубина обнаружения. Но в то же время, чем меньше частота, тем хуже прибор определяет мелкие предметы. Так, низкие частоты (3-5 кГц) хорошо подходят для поиска достаточно крупных металлических деталей на средней и большой глубине, но мелкие монеты прибор на такой частоте уже может не заметить.
Средние частоты (6-8 кГц) являются "золотой серединой" и наиболее универсальны для поиска большинства предметов.
Высокие частоты (14-20 кГц) обеспечивают высокую чувствительность и хорошо подходят для поиска мелких металлических предметов на небольших глубинах.
Для увеличения универсальности, у некоторых приборов количество рабочих частот больше 1. Такие приборы могут вести поиск на нескольких частотах, давая пользователю максимум шансов на обнаружение чего-нибудь ценного. Единственный (кроме высокой цены) минус многочастотных металлоискателей - для работы на разных частотах может потребоваться набор сменных катушек.
Конструкция катушки определяет форму зоны обнаружения.
От величины электрического сопротивления катушки с проводом зависит время затухания этого электрического импульса. Полное отсутствие сопротивления, или напротив очень высокая его величина заставит импульс колебаться. Это похоже на бросание резинового мячика на очень твердую поверхность, на которой он отскакивает многократно, прежде чем успокоится окончательно. При достаточном электрическом сопротивлении время затухания импульса укорачивается и отраженный импульс «сглаживается». Это аналогично бросанию резинового мячика в подушку. Про катушку детектора с импульсной индукцией говорят, что она критично заглушена, когда отраженный импульс быстро затухает до нуля без колебаний. Чрезмерное или недостаточное подавление будет вносить нестабильность в работу и маскировать сигналы от хорошо проводящих металлов таких, как золото и уменьшать глубину обнаружения. Когда металлический предмет находится поблизости от поисковой катушки, он запасает в себе некоторую часть энергии импульса, что приводит к затягиванию процесса затухания этого импульса до нуля. Изменение в ширине отраженного импульса измеряется и сигнализирует о присутствии металлического объекта. Для того чтобы выделить сигнал такого объекта, мы должны измерить ту часть импульса, где он спадает к нулю (хвост). На входе приемника катушки стоит резистор и ограничивающий диодная схема, которые обрезают напряжение входного импульса до величины 1 вольт, чтобы не перегружать вход схемы. Сигнал в приемнике состоит из импульса от передатчика и отраженного импульса. Обычно усиление приемника составляет 60 децибел. Это означает, что область, где отраженный сигнал спадает до нуля можно увеличить в 1000 раз.
Схема стробирования.
Усиленный сигнал от приемника поступает в схему, измеряющую время падения напряжения до нуля. Отраженный импульс преобразуется в последовательность импульсов. Когда металлический предмет приближается к катушке, форма импульса передатчика не изменится, а вот отраженный импульс станет немного длиннее. Увеличение длительности «хвоста» импульса всего на несколько миллионных долей секунды (микросекунды) достаточно для того, чтобы определить наличие металла под катушкой. На этот отраженный импульс накладываются импульсы (стробы), синхронизованные с началом импульса передатчика, и на выходе электронной схемы получается серия стробов, количество которых пропорционально длине «хвоста» импульса. Наиболее чувствительный импульс расположен максимально близко к концу хвоста там, где напряжение совсем близко к нулю. Обычно это временная область около 20-ти микросекунд после выключения передатчика и начала отраженного импульса. К сожалению, это так же область где работа металлодетектора с импульсной индукцией становится неустойчивой. По этой причине большинство моделей металлодетекторов с импульсной индукцией продолжают вырабатывать стробирующие импульсы еще 30-40 микросекунд после полного затухания отраженного импульса.
Интегратор.
Далее стробированный сигнал должен быть преобразован в напряжение постоянного тока. Это выполнятся схемой – интегратором, который усредняет последовательность импульсов и преобразует их в соответствующее напряжение, которое возрастает, когда объект близко от рамки и уменьшается, когда объект удаляется. Напряжение дополнительно усиливается и управляет схемой звукового контроля.
Период времени, в течение которого интегратор собирает входящие стробы, называется постоянной времени интегратора - (ПВИ). Она определяет то, насколько быстро металлодетектор реагирует на металлический объект. Длительная ПВИ (порядка секунд) имеет преимущество в уменьшении шума и упрощении настройки детектора, но при этом требует очень медленного перемещения поисковой катушки, поскольку объект может быть пропущен при быстром движении. Короткая ПВИ (порядка десятых долей секунды) быстрее реагирует на цель, что позволяет быстрее перемещать катушку, но помехоустойчивость и стабильности работы ухудшаются.
ДИСКРИМИНАЦИЯ (распознавание).
Металлодетектор с импульсной индукцией не способны к такой же степени дискриминации как СНЧ приборы. За счет измерения увеличивающегося периода времени между окончанием импульса передатчика и точкой, в которой отраженный импульс рассасывается до нуля (время задержки), можно отфильтровать объекты, состоящие из определенных металлов. На первом месте по этой характеристике стоит алюминиевая фольга, затем мелкие никелевые монетки, пуговицы и золото. Некоторые монеты могут быть вычислены по очень длинному хвосту импульса, однако железо, таким образом, НЕ определяется.
Было сделано много попыток создать металлодетектор с импульсной индукцией, способный определять железо, однако все эти попытки имели очень ограниченный успех. Хотя железо и дает длинный «хвост», серебро и медь имеют такие же характеристики. Столь длительная задержка плохо влияет на определение глубины залегания. Содержание минералов в почве также будет удлинять отраженный импульс, изменяя точку, в которой объект определяется или отвергается. Если постоянная времени интегратора настроена так, что золотое кольцо не определяется в воздухе, это же кольцо может «засветиться» в грунте, насыщенном солями. Таким образом, почва, насыщенная солями, изменяет всё, что относится к времени задержки и избирательной способности металлодетектора с импульсной индукцией.
ОТСТРОЙКА ОТ ЗЕМЛИ.
Отстройка от земли является очень критичной для СНЧ приборов, но не для металлодетекторов с импульсной индукцией. В среднем почва не запасает какого-либо значительного количества энергии от поисковой катушки и обычно сама не даёт никакого сигнала. Почва не будет маскировать сигнал от объекта и даже напротив, минерализация почвы слегка удлиняет сигнал пропорционально увеличению глубины залегания предмета. По отношению к МД с импульсной индукцией часто применяется термин «автоматическая отстройка от земли» (automatic ground balance) они обычно не реагируют на избыточную минерализацию почвы, не требуют внешней подстройки для разных типов почвы. Исключением является один из наиболее неприятных компонентов грунта - магнетит (Fe3O4), или магнитный оксид железа. Он вызывает перегрузку входных катушек детекторов СНЧ типа, сильно уменьшая их чувствительность, металлодетекторы с импульсной индукцией будут работать, но могут показывать ложные цели, если поднести катушку слишком близко к земле. Можно свести до минимума этот вредный эффект, удлинив время задержки между окончанием импульса передатчика и началом стробирования. Настраивая эту постоянную времени можно отстроиться от помех, вызванных минерализацией грунта.
АВТОМАТИЧЕСКАЯ И РУЧНАЯ НАСТРОЙКА.
Большинство металлодетекторов с импульсной индукцией имеют ручную настройку. Это означает, что оператор должен крутить настройку до тех пор, пока не послышится щелкающий или зудящий звук в наушниках. Если почва в районе поиска изменяется от и до нейтрального песка или от сухой почвы до морской воды, в этом случае подстройка необходима. Если этого не делать, можно потерять в глубине обнаружения и пропустить некоторые объекты. Ручная настройка очень затруднительна при использовании короткой постоянной времени интегратора (ПВИ). Поэтому многие приборы с ручной настройкой имеют длинную ПВИ и требуют медленного перемещения поисковой катушки.
Нет проблем с использованием МД с импульсной индукцией для подводного поиска, поскольку при этом поисковую катушку не перемещают быстро. При использовании в полосе прибоя, катушка будет, находится то в воде, то под водой, и при таких условиях использование приборов с ручной настройкой может вас сильно разочаровать, поскольку придется непрерывно подстраивать порог срабатывания. Некоторые операторы в таком случае сразу настраивают прибор чуть ниже порога срабатывания. Но это может привести к уменьшению глубины обнаружения, при изменении характеристик почвы.
Автоматическая настройка (SAT- self adjusting Threshold) дает значительное преимущество при поиске в и над соленой водой или на почве с высоким содержанием солей. Она позволяет использовать детектор на максимальной чувствительности без постоянной подстройки. Это улучшает стабильность работы, помехозащищенность и позволяет использовать больший коэффициент усиления. МД с импульсной индукцией не излучают сильные отрицательные сигналы как СНЧ приборы. Поэтому они не зашкаливают на ямах с минералами. Необходимо непрерывно перемещать катушку металлоискателя оснащенного системой автоподстройки, если вы останавливаете катушку, настройка сбивается или прибор перестает реагировать.
Аудио контроль.
Схемы звуковой сигнализации МД с импульсной индукцией распадаются на две категории: с изменяющейся частотой и изменяющейся громкостью. Схемы с изменяющейся частотой, построенные на основе генератора управляемого напряжением, хороши для регистрации небольших предметов, поскольку изменение в частоте легче уловить на слух, чем изменение в громкости, особенно при небольшом уровне громкости, особенно для приборов с ручной подстройкой порога. Однако звук похожий на пожарную сирену быстро утомляет, а некоторые люди не способны различать высокие тона. Один из хороших вариантов - это механическая вибрация, которая первоначально использовалось для подводных аппаратов. Такой прибор издает звуки и вибрацию, которая нарастает до жужжания при обнаружении объекта. Сигналы такого механического прибора легко распознать и они не заглушаются системой подачи воздуха.
Многие люди предпочитают более традиционный звуковой тон с нарастанием громкости, а не частоты. Такие системы звукового контроля работают хорошо в приборах, с быстрым перемещением рамки, те в приборах с автоматической подстройкой, при этом они звучат аналогично приборам с СНЧ.
Выводы по МД с импульсной индукцией.
Это специализированные инструменты. Они мало пригодны для поиска монет в городских условиях, поскольку не могут отфильтровать железный и ферросодержащий мусор. Они могут быть использованы для археологических поисков в сельской местности, где нет железного мусора в больших количествах, поиска золотых самородков и для поиска на максимальной глубине в экстремальных условиях, таких как побережья морей или места, где земля сильно минерализирована. Такие металлодетекторы показывают отличные результаты в подобных условиях и в целом сравнимы с СНЧ приборами, особенно по их способностям отстраиваться от таких грунтов и «пробивать» их на максимальную глубину.
1.1. Принципы работы
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.
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.
Приемная катушка расположена внутри излучающей. Наводимая в приемной катушке э.д.с. компенсируется специальным трансформаторным устройством, отбирающим часть сигнала излучающей катушки.
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.
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.
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.
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.
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.
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!
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
