Ein sehr verlockendes Gerät. Es kann für verschiedene Zwecke verwendet werden, beispielsweise um alte Kabel, Wasserleitungen und letztendlich Schätze zu finden. Tatsächlich ist das Konzept eines Metalldetektors sehr weit gefasst und die Metalldetektoren selbst sind unterschiedlich. Das den klassischen Metalldetektoren innewohnende Prinzip der Metallsuche kommt in einer Vielzahl von Geräten zum Einsatz, vom einfachen Detektor bis zur Radarstation. Wir werden wahrscheinlich ein anderes Mal tiefer auf die Theorie eingehen. Kommen wir nun zur Sache.

In letzter Zeit erfreuen sich sogenannte Impulsmetalldetektoren großer Beliebtheit, die nur eine Spule enthalten und einen relativ einfachen Aufbau haben. Gleichzeitig bieten sie eine recht gute Empfindlichkeit und hohe Zuverlässigkeit. Ein Impulsmetalldetektor arbeitet nach dem Sende-Empfangs-Prinzip. Die Suchspule in einem solchen Metalldetektor kann in zwei Modi arbeiten: Empfangen und Senden.

Gestrahlte Spule: Das Signal erzeugt oder erregt Foucault-Wirbelströme im Metall, die von der Spule selbst aufgenommen werden.

Verschiedene Metalle haben unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten. Viele Metalldetektoren können dies erkennen und mit ziemlich hoher Genauigkeit bestimmen, welche Art von Metall sich im Boden befindet. Das angegebene Diagramm eines Metalldetektors ist sehr oft im Internet zu finden, aber es gibt nur sehr wenige Fotos von echten Designs und Testberichten, weshalb AKA KASYAN (Autor des gleichnamigen YouTube-Kanals) beschlossen hat, das Diagramm zu wiederholen, um es besser zu verstehen was ist was. Der Autor hat eine Leiterplatte erstellt und alle Komponenten verlötet.

Die Leiterplatte selbst ist recht kompakt ausgefallen. Es wurde mit der LUT-Methode erstellt (für Interessierte finden Sie in der Beschreibung unter dem Video des Autors einen Link zum Projektarchiv mit einer Leiterplattendatei sowie einem Diagramm, einer Komponentenliste und allem anderen (QUELLE). Link am Ende des Artikels)).

Das obige Schema hat viele Vorteile. Erstens ist dies das Vorhandensein nur einer Spule, zweitens handelt es sich um eine äußerst einfache und nicht kapriziöse Schaltung, die praktisch keine zusätzliche Konfiguration erfordert, und schließlich ist das Wichtigste, dass die gesamte Schaltung auf der Basis nur einer Mikroschaltung aufgebaut ist .

Nach dem Zusammenbau und dem Test zeigten sich weitere Merkmale dieser Schaltung, nämlich die geringe Empfindlichkeit gegenüber der Erde, was ein wichtiger Punkt ist. Und auf Wunsch kann der Metalldetektor so konfiguriert werden, dass er nur Nichteisenmetalle erkennt und Eisenmetalle ignoriert. Das heißt, es handelt sich um einen Anschein der Metallunterscheidungsfunktion, die bei vielen Modellen handelsüblicher Metalldetektoren verfügbar ist.

Der Nachteil ist die geringe Suchtiefe. Der Detektor erkennt große Metallgegenstände in einer Entfernung von bis zu 30 cm, mittlere Münzen bis zu 5-8 cm. Das ist nicht genug, werden viele sagen, aber es kommt auf den Zweck an. Der Autor hat beispielsweise diesen Metalldetektor zusammengebaut, um nach alten Wasserleitungen in der Wand zu suchen, und die Schaltung hat diese Aufgabe zu 100 % gemeistert.

Dieses Baby zeichnet sich durch seine Einfachheit aus und kann bei bestimmten Aufgaben zu einem unverzichtbaren Helfer werden.

Schauen wir uns das Diagramm an:

Es basiert auf der CMOS-Logik CD4011.

Die Schaltung besteht aus 4 Teilen: Referenz- und Suchoszillatoren, Mischer und Signalverstärker (in diesem Fall ist sie auf einem einzelnen Transistor aufgebaut).

Als dynamischer Kopf sollte vorzugsweise ein Kopfhörer mit einem Spulenwiderstand von 16 bis 64 Ohm verwendet werden, da die Ausgangsstufe nicht für niederohmige Lasten ausgelegt ist.

Der Metalldetektor funktioniert auf einfache Weise. Zunächst sind Such- und Referenzoszillator auf ungefähr die gleiche Frequenz abgestimmt. In diesem Fall gibt es keinen Frequenzunterschied und daher hören wir nichts vom Lautsprecher.

Die Frequenz des Referenzoszillators ist fest und kann manuell durch Drehen eines variablen Widerstands eingestellt werden.

Die Frequenz des Suchgenerators hängt jedoch stark von den Parametern der LC-Schaltung ab.

Befindet sich ein Metallgegenstand im Sichtfeld der Suchspule, wird die Frequenz des LC-Kreises gestört, d. h. die Frequenz des Suchgenerators ändert sich relativ zur Referenzfrequenz.

Die Signale beider Generatoren gelangen dann in den Mischer. Ihre Differenz wird in Form eines Audiosignals ausgegeben, gefiltert und an die Verstärkerstufe gesendet, deren Last der Kopfhörer ist.

Spule.

Je größer der Durchmesser der Spule, desto empfindlicher ist der Metalldetektor. Aber große Spulen haben ihre Nachteile, daher müssen Sie die optimalen Parameter wählen. Für diese Schaltung liegt der optimalste Durchmesser im Bereich von 15 bis 20 cm. Der Durchmesser des Wickeldrahtes beträgt 0,4 bis 0,6 mm, die Windungszahl beträgt 40-50, wenn der Durchmesser der Spule innerhalb von 20 cm liegt In diesem Fall wird die Spule kleiner, die Windungen und der Durchmesser sind kleiner als nötig, sodass die Empfindlichkeit des Stromkreises nicht so stark ansteigt.

Wenn Sie planen, einen selbstgebauten Metalldetektor bei hoher Luftfeuchtigkeit zu verwenden, muss die Spule sorgfältig abgedichtet werden.
Aufstellen. Wenn die Schaltung beim ersten Einschalten nicht auf Metall reagiert, aber alle Komponenten ordnungsgemäß funktionieren, liegt der Frequenzunterschied der Generatoren höchstwahrscheinlich außerhalb des Audiobereichs und der Ton wird vom Menschen einfach nicht wahrgenommen. In diesem Fall sollten Sie den variablen Widerstand drehen, bis ein Tonsignal ertönt, und dann denselben Widerstand langsam drehen, bis Sie ein niederfrequentes Signal aus dem Lautsprecher hören. Dann drehen wir die Variable noch ein wenig in die gleiche Richtung, bis das Signal vollständig verschwindet.

Damit ist die Einrichtung abgeschlossen. Für eine genauere Einstellung empfiehlt der Autor die Verwendung eines Multiwindungswiderstands oder zweier gewöhnlicher Variablen, von denen eine für die Grobeinstellung und die zweite für eine sanftere Einstellung gedacht ist.

Natürlich müssen alle Einstellarbeiten ohne Metall im Sichtfeld der Spule durchgeführt werden. Nun, ganz zum Schluss präsentieren wir der Spule einen Metallgegenstand und sorgen dafür, dass sich der Ton des Tonsignals ändert, das heißt, die Schaltung reagiert auf das Metall.

Das Funktionsprinzip des Metalldetektors

Das Funktionsprinzip des Metalldetektors

Wie Sie wissen, ist ein Metalldetektor in der Lage, das Vorhandensein von Metallgegenständen zu erkennen, ohne mit ihnen in Kontakt zu kommen. Der Bediener wird durch spezielle Signale über das Vorhandensein von Metall informiert: Ton, Bewegung des Pfeils, Änderungen der Anzeigewerte usw.

Je nach Funktionsprinzip lassen sich folgende Arten von Metalldetektoren unterscheiden:

1. Metalldetektor mit elektronischem Frequenzmesser

Das Funktionsprinzip eines solchen Metalldetektors basiert auf einem elektronischen Frequenzmesser, der die Frequenz des Messgenerators schätzt, wenn der Sensor selbst noch weit vom Ziel entfernt ist. Der resultierende Wert wird vom Register „gespeichert“. Anschließend misst der elektronische Frequenzmesser bei der Suche nach interessierenden Objekten kontinuierlich die Frequenz des Empfangsgenerators. Der Referenzfrequenzindikator wird von den empfangenen Daten subtrahiert und das Ergebnis wird auf dem Bildschirm angezeigt.

Schaltplan eines Metalldetektors mit elektronischem Frequenzmesser

2. Schlage den Metalldetektor

Das Funktionsprinzip eines Schwebungsmetalldetektors basiert auf der Kombination der unterschiedlichen Frequenzen, die von zwei Generatoren ausgehen. Einer dieser Generatoren hat eine stabile Frequenz und das System des zweiten enthält einen Sensor, bei dem es sich um einen Induktor handelt. Befinden sich keine Metallgegenstände in der Nähe des Metalldetektors, sind die Frequenzwerte der Generatoren im Gerät nahezu gleich. Das Vorhandensein von Metall in der Nähe des Sensors führt zu einer starken Änderung der Frequenz des Generators.

Schalten Sie den Metalldetektor-Schaltkreis aus

Die Registrierung von Frequenzunterschieden kann auf verschiedene Weise erfolgen. Am einfachsten ist es, das Signal über Kopfhörer oder Lautsprecher abzuhören. Häufig werden auch digitale Methoden zur Messung von Frequenzschwankungen eingesetzt.

3. Metalldetektoren mit dem „Senden-Empfangen“-Funktionsprinzip

Das Funktionsprinzip eines solchen Metalldetektors besteht darin, ein Signal zu registrieren, das von einem Metallgegenstand reflektiert wird. Das Auftreten eines reflektierten Signals ist das Ergebnis des Einflusses eines Magnetfelds mit wechselndem Fluss der Gerätespule auf das Ziel (Metallobjekt). Gleichzeitig umfasst die Struktur des Geräts mindestens zwei Spulen, von denen eine für die Übertragung des Signals und die andere für den Empfang „zuständig“ ist.

Der Betrieb eines „Sende-Empfangs“-Metalldetektors basiert auf einer bestimmten gegenseitigen Anordnung der Spulen, die den gegenseitigen Einfluss eliminiert. Wenn also keine metallischen Fremdkörper vorhanden sind, induziert die Sendespule ein Nullsignal an das Empfangssystem. Das Auftauchen von Metallgegenständen in der Nähe der Spulen führt zum Erscheinen eines Sondersignals.

4. Einzelspulen-Induktionsmetalldetektor

Das Sensordesign dieses Geräts umfasst nur eine Spule, die Frequenzänderungen überwacht. Wenn ein Ziel in der Nähe des Metalldetektors erscheint, entsteht ein reflektiertes Signal. In der Spule wird es durch ein zusätzliches elektrisches Signal „geführt“. Der Bediener muss dieses Signal nur isolieren. Das reflektierte Signal kann registriert werden, indem aus dem in der Spule vorhandenen elektrischen Indikator ein Signal mit ähnlicher Phase, Frequenz und Amplitude berechnet wird, das in Abwesenheit von Metall in der Nähe beobachtet wurde.

Im Allgemeinen kombiniert ein Einspulen-Induktionsmetalldetektor die Eigenschaften von Geräten, die im Takt arbeiten, mit Geräten des „Sende-Empfangs“-Prinzips. Somit zeichnet sich ein Single-Coil-Metalldetektor durch hohe Empfindlichkeit und einfache Konstruktion aus.

5. Impulsmetalldetektor

Ein Impulsmetalldetektor zeichnet sich durch eine hohe Empfindlichkeit aus und kann zur Suche nach verschiedenen Objekten auch in großen Tiefen eingesetzt werden. Der Betrieb eines solchen Metalldetektors basiert auf der Zeitmethode zur Trennung von Emissions- und Reflexionssignalen. Dieses Verfahren wird sehr häufig bei Echo- und Impulsradaren eingesetzt.

Der Impulsgenerator erzeugt kurzzeitige Stromimpulse, die anschließend in die Sendespule gelangen. Hier werden sie bereits in magnetische Induktionsimpulse umgewandelt. Da der Impulsgeber, d.h. Die Sendespule ist induktiver Natur; an Impulsfronten treten „Überlastungen“ in Form von Spannungsabfällen auf. Diese Stöße können Amplituden von mehreren zehn oder sogar hunderten Volt erreichen. Es ist jedoch immer noch besser, keine Schutzbegrenzer zu verwenden, weil Die Vorderseite des Impulsstroms und der magnetischen Induktion können verzögert sein. Dadurch wird der Prozess der Trennung eines Reflexionssignals schwieriger.

Impulsmetalldetektorschaltung

Es ist zu beachten, dass die Sende- und Empfangsspulen in völlig beliebiger Reihenfolge angeordnet sein können. Dies liegt daran, dass das Eindringen des ausgesendeten Signals und der Einfluss des reflektierten Signals auf die Spule über bestimmte Zeitintervalle liegen. Darüber hinaus kann dieselbe Spule jede dieser Rollen übernehmen: Sie empfängt ein Signal und reflektiert es.

6. Magnetometer

Magnetometer sind Geräte, deren Zweck es ist, das Magnetfeld zu verändern. Gleichzeitig können Magnetometer auch als Metalldetektoren eingesetzt werden. Dies ist möglich, weil das Erdmagnetfeld durch verschiedene Materialien mit ferromagnetischen Eigenschaften, wie zum Beispiel Eisen, verzerrt werden kann. Die Erkennung solcher Objekte erfolgt durch die Erfassung von Abweichungen vom anfänglichen Magnetfeldmodul für einen bestimmten Bereich. Infolgedessen können Sie einige magnetische Inhomogenitäten (Anomalien) beobachten, die durch Metallgegenstände verursacht werden können.

Im Gegensatz zu den oben besprochenen Metalldetektoren decken Magnetometer einen größeren Detektionsbereich von Eisenobjekten ab. Wahrscheinlich haben viele davon gehört, ein Magnetometer zu verwenden, um beispielsweise ein Auto zu lokalisieren, das sich in einer Entfernung von 10 Metern vom Bediener befindet. Gleichzeitig besteht der Hauptnachteil von Magnetometern darin, dass sie Objekte aus Nichteisenmetallen nicht erkennen können. Darüber hinaus kann das Magnetometer nicht nur auf Eisen, sondern auch auf sogenannte natürliche magnetische Anomalien reagieren. Dabei kann es sich beispielsweise um Mineralvorkommen oder einzelne Mineralien etc. handeln.

Magnetometerschaltung

7. Radargeräte

Das Funktionsprinzip jedes Radars basiert auf der Methode zur Untersuchung elektromagnetischer Energie, ihrer Reflexion und ihres Empfangs von verschiedenen Objekten in der Luft, auf dem Meer oder am Boden. Das reflektierte Signal wird zur weiteren Verarbeitung und Analyse empfangen. Dadurch können Sie den Standort des interessierenden Objekts, seine Geschwindigkeit und Flugbahn genau bestimmen.

Radargeräte haben eine Reihe unbestreitbarer Vorteile. Sie ermöglichen Ihnen also das Arbeiten über relativ große Entfernungen. Das reflektierte Signal kann so betrachtet werden, dass es den Gesetzen der geometrischen Optik vollständig gehorcht und seine Dämpfung nur der zweiten Potenz der Entfernung proportional ist. Gleichzeitig besteht ein gravierender Nachteil des Radars darin, dass es durch die Aussendung elektromagnetischer Wellen die Ortung Ihres Standorts ermöglicht. Derzeit wird jedoch intensiv nach Methoden gesucht, mit denen Radarsignaturen ausgeblendet werden können, und es ist durchaus möglich, dass dieser Nachteil bald behoben werden kann.

3.1 METALLDETEKTOR NACH DEM „SENDEN-EMPFANGEN“-PRINZIP

Die Begriffe „Senden-Empfangen“ und „reflektiertes Signal“ werden in verschiedenen Detektorgeräten normalerweise mit Methoden wie Impulsecho und Radar in Verbindung gebracht, was bei Metalldetektoren für Verwirrung sorgt. Im Gegensatz zu verschiedenen Arten von Ortungsgeräten sind bei Metalldetektoren dieser Art sowohl das gesendete Signal (ausgesandt) als auch das empfangene Signal (reflektiert) kontinuierlich, sie existieren gleichzeitig und stimmen in der Frequenz überein.

3.1.1. Funktionsprinzip

Das Funktionsprinzip von Metalldetektoren vom Typ „Sende-Empfang“ besteht darin, ein von einem Metallgegenstand (Ziel) reflektiertes (oder, wie man so sagt, erneut ausgesendetes) Signal zu registrieren, siehe S. 225-228. Das reflektierte Signal entsteht durch den Einfluss des magnetischen Wechselfeldes der Sendespule des Metalldetektors auf das Ziel. Somit erfordert ein Gerät dieser Art das Vorhandensein von mindestens zwei Spulen, von denen eine sendet und die andere empfängt.

Das wichtigste grundlegende Problem, das bei Metalldetektoren dieser Art gelöst wird, ist die Wahl der relativen Anordnung der Spulen, bei der das Magnetfeld der Sendespule in Abwesenheit von metallischen Fremdkörpern ein Nullsignal induziert Aufwickelspule (oder Aufwickelspulensystem). Daher ist es notwendig, einen direkten Aufprall der Sendespule auf die Empfangsspule zu verhindern. Das Erscheinen eines Metallziels in der Nähe der Spulen führt zum Erscheinen eines Signals in Form einer variablen EMK. in der Empfangsspule.

3.1.2. Sensorkreise

Auf den ersten Blick mag es scheinen, dass es in der Natur nur zwei Möglichkeiten für die relative Anordnung von Spulen gibt, bei denen keine direkte Signalübertragung von einer Spule zur anderen erfolgt (siehe Abb. 1 a und 16) – Spulen mit senkrechten und sich kreuzenden Achsen.

Reis. 1. Optionen für die relative Anordnung der Dakspulen des Metalldetektors nach dem „Sende-Empfangs“-Prinzip.

Eine gründlichere Untersuchung des Problems zeigt, dass es beliebig viele dieser unterschiedlichen Metalldetektor-Sensorsysteme geben kann, sie enthalten jedoch komplexere Systeme mit mehr als zwei Spulen, die entsprechend elektrisch verbunden sind. Beispielsweise zeigt Abb. 1c ein System aus einer Sendespule (in der Mitte) und zwei Empfangsspulen, die entsprechend dem von der Sendespule induzierten Signal im Gegenstrom geschaltet sind. Somit ist das Signal am Ausgang des Empfangsspulensystems idealerweise gleich Null, da die in den Spulen induzierte EMK. gegenseitig kompensiert.

Von besonderem Interesse sind Sensorsysteme mit koplanaren Spulen (d. h. in derselben Ebene angeordnet). Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass Metalldetektoren normalerweise zur Suche nach im Boden befindlichen Objekten verwendet werden und eine Annäherung des Sensors an den Mindestabstand zur Erdoberfläche nur möglich ist, wenn seine Spulen koplanar sind. Darüber hinaus sind solche Sensoren meist kompakt und passen gut in Schutzgehäuse wie „Pancake“ oder „Fliegende Untertasse“.

Die wichtigsten Möglichkeiten für die relative Anordnung koplanarer Spulen sind in Abb. 2a und 26 dargestellt. In der Schaltung in Abb. 2a ist die relative Anordnung der Spulen so gewählt, dass der Gesamtfluss des magnetischen Induktionsvektors durch die Oberfläche begrenzt ist Die Empfangsspule ist gleich Null. In der Schaltung von Abb. 26 ist eine der Spulen (Empfangsspule) in Form einer Acht verdreht, so dass die gesamte EMK auf die Windungshälften der Empfangsspule induziert wird, die sich in einem Flügel der Figur befinden von acht, gleicht eine ähnliche Gesamt-EMK aus, die in den anderen Flügel des G8 geleitet wird.

Reis. 2. Koplanare Möglichkeiten der relativen Anordnung von Metalldetektorspulen nach dem „Sende-Empfangs“-Prinzip.

Verschiedene andere Bauformen von Sensoren mit koplanaren Spulen sind ebenfalls möglich, beispielsweise Abb. 2c. Die Empfangsspule befindet sich innerhalb der Sendespule. Die in der Empfangsspule induzierte EMK. wird durch ein spezielles Transformatorgerät kompensiert, das einen Teil des Signals von der Sendespule auswählt.

3.1.3.1. Spulensystem mit senkrechten Achsen

Betrachten wir die Wechselwirkung eines Metalldetektorsensors mit einem Metallziel am Beispiel eines Spulensystems mit genauer senkrechte Achsen, Abb.1 a. Der Einfachheit halber betrachten wir ein System mit Spulen, deren Längsabmessungen vernachlässigt werden können. Wir werden weiter darüber nachdenkenEs ist klar, dass die Sende- und Empfangsspule runde, unendlich dünne Rahmen sind (siehe Abb. 3). Für einen solchen Rahmen hat der Vektor des magnetischen Moments, wenn der Strom I fließt, die Form:

Abb. 3. Modell der Sendespule.

Die Induktion des von diesem Rahmen erzeugten Magnetfeldes in einem großen Abstand r von seinem Mittelpunkt (siehe Abb. 4) beträgt:

Reis. 4. Komponenten des Magnetfeldinduktionsvektors der Sendespule.

unter der Annahme, dass r>>T S und die Indizes „n“ und „t“ jeweils die Normal- und Tangentialkomponenten des magnetischen Induktionsvektors bezeichnen.

Betrachten wir das Zusammenspiel von Senderahmen, Empfangsrahmen und Objekt bei Spulen mit senkrechten Achsen (siehe Abb. 5).

Reis. 5. Die relative Position der Sensorspulen des Metalldetektors und des Objekts (Ziels).

Der Winkel zwischen der Symmetrieachse des Spulensystems und dem Feldinduktionsvektor B der strahlenden Spule beträgt 2ð, da die Feldlinien aufgrund der Beziehungen (1.2) Kreise sind und aufgrund der Annahme kleiner Spulengrößen:

wobei L die sogenannte Basis des Metalldetektorsensors ist (siehe Abb. 5).

3.1.3.2. Signalreflexion aufgrund der Leitfähigkeit des Objekts

Als Äquivalent kann ein leitendes Metallobjekt dargestellt werden, dessen Abmessungen vorerst ebenfalls als klein angesehen werden und zumindest r und r" nicht überschreiten (siehe Abb. 5). Rahmen mit Strom I* , der Vektor des magnetischen Moments, dessen Рm* praktisch parallel zum Induktionsvektor der strahlenden Spule B ist.

Der Wert von Pm* hängt von der Größe des leitenden Objekts, seiner Leitfähigkeit, der Feldinduktion am Standort des Objekts und der Frequenz des emittierten Felds ab. Die Induktion des Rückstrahlungsfeldes hat eine von Null verschiedene Komponente B0 in Richtung des Normalenvektors im Zentrum der Empfangsspule , was dazu führt, dass in dieser Spule eine EMK auftritt, die proportional zur angegebenen Komponente ist:

Reis. 6. Das magnetische Moment einer äquivalenten Kugel berechnen.

Um das magnetische Moment des äquivalenten Rahmens Рm* zu berechnen , Es ist notwendig, das Integral über das gesamte Volumen des leitenden Objekts zu bilden, um die Beiträge aller durch das Feld der Strahlungsspule induzierten Elementarringströme zum Endwert Pm* zu summieren. Der Einfachheit halber gehen wir davon aus, dass das Magnetfeld im gesamten Volumen des leitenden Objekts gleichmäßig ist, sich also in beträchtlicher Entfernung von der Sendespule befindet. Um Probleme mit der Orientierung des Objekts zu vermeiden, gehen wir zunächst davon aus, dass es die Form einer homogenen Kugel hat (siehe Abb.b). Unter der Annahme, dass sich das leitende Objekt in beträchtlicher Entfernung von der Empfangsspule befindet, können wir schreiben:

Unter Vernachlässigung des Phänomens der Selbstinduktion, auf dessen Einfluss weiter unten eingegangen wird, erhalten wir:

Um das Phänomen der Selbstinduktion zu berücksichtigen, gehen wir der Einfachheit halber davon aus, dass das reemittierte Feld innerhalb des Zielobjekts gleichmäßig ist und basierend auf der Größe des magnetischen Moments (1.7) beträgt:

Wenn wir B -B"in anstelle von B in Ausdruck (1.7) einsetzen, erhalten wir immer noch die proportionale Abhängigkeit Рm* vonV , aber mit einem etwas anderen Koeffizienten K1:

Die Induktionskomponente im Zentrum der Empfangsspule:

In einem kartesischen Koordinatensystem mit dem Ursprung in der Mitte der Basis des Spulensystems (siehe Abb. 7) hat der letzte Ausdruck die Form:

Lassen Sie uns normalisierte Koordinaten einführen:

Bestimmen wir vorzeichengenau die in der Empfangsspule induzierte EMK:

wobei So die Querschnittsfläche der Empfangsspule ist und N die Anzahl ihrer Windungen ist.

Wo S ist die Querschnittsfläche der Sendespule, I ist der Gesamtstrom aller Spulen wendet sich.

Wenn im dreidimensionalen Raum die XOY-Ebene nicht senkrecht zur Ebene des Empfangsrahmens steht,

Reis. 7. Koordinatensystem.

Abb.8. Rollenausrichtung des Objekts.

3.1.3.3. Signalreflexion aufgrund der ferromagnetischen Eigenschaften des Objekts

Ein ferromagnetisches Objekt, dessen Abmessungen im Hinblick auf die Magnetfeldkrümmung ebenfalls als klein angesehen werden und zumindest r und rў (siehe Abb. 5) nicht überschreiten, kann als äquivalenter Rahmen mit dem Strom I* dargestellt werden. dessen magnetischer Momentvektor Рm* nahezu parallel zum Induktionsvektor der strahlenden Spule B ist.

Der Wert von Pm* hängt davon ab Das t die Größe des ferromagnetischen Objekts, seine magnetische Permeabilität und die Feldinduktion am Standort des Objekts. Um das magnetische Moment des äquivalenten Rahmens Рm* zu berechnen, ist es notwendig, das Integral über das gesamte Volumen des ferromagnetischen Objekts zu bilden, um die Beiträge aller Ampere-Ströme zu summieren, die im Ferromagneten unter dem Einfluss von außen entstehen Felder der Sendespule.Für ein kugelförmiges homogenes Objekt erhalten wir:

wobei B die Magnetfeldinduktion ist, M - magnetische Permeabilität des Materials Objekt, R ist der Radius des Objekts – der Kugel.

Alle oben erhaltenen Ausdrücke für ein leitendes Objekt behalten ihre Gültigkeit, wenn wir sie für diesen Fall einsetzen:

3.1.3.4. Überlagerung von leitfähigen und ferromagnetischen Eigenschaften eines Objekts

Die gleichzeitige Berücksichtigung der elektrisch leitenden und ferromagnetischen Eigenschaften eines kugelförmigen Objekts führt zu folgendem Wert des Koeffizienten K1:

Der im Ausdruck für die Spannung in der Empfangsspule enthaltene Normierungskoeffizient K4 ist:

Die numerische Bewertung (1.23) zeigt beispielsweise, dass die Module der Terme im Ausdruck bei einer typischen Frequenz des abgestrahlten Feldes von 10 (kHz) einem Radius eines kugelförmigen Objekts in der Größenordnung von 1 (cm) und entsprechen vorausgesetzt, dass der Gegenstand ferromagnetische Eigenschaften hat. Darüber hinaus zeigt die Abhängigkeit des ersten Termes vom Laplace-Operator, dass sich die Phase des reflektierten Signals abhängig vom Verhältnis der elektrisch leitenden und ferromagnetischen Eigenschaften des Zielobjekts sowie von der Leitfähigkeit des Materials und der Größe des Zielobjekts ändert das Objekt. Das Funktionsprinzip basiert auf diesem Phänomen Diskriminatoren Moderne Metalldetektoren, also elektronische Geräte, die es ermöglichen, anhand der Phasenverschiebung des von einem Objekt reflektierten Signals die Eigenschaften des Objekts (mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit sogar die Art des Metalls) auszuwerten.

3.1.3.5. Berücksichtigung der Form des Objekts

Die zuvor erhaltenen Ausdrücke galten, wie angegeben, nur für die Form des Zielobjekts in Form einer homogenen Kugel. Es ist offensichtlich, dass der Aufprall von Objekten mit komplexerer Form auf den Aufprall einer äquivalenten Kugel mit dem Radius Req reduziert werden kann.

Die in der Empfangsspule induzierte Spannung ist bei einem kugelförmigen Objekt aufgrund der Manifestation ausschließlich ferromagnetischer Eigenschaften proportional zu seinem Volumen (siehe Ausdruck (1.22)). Daher gilt für nicht zu ausgedehnte Objekte mit komplexerer Form in erster Näherung: Eine Kugel, deren Volumen mit dem Volumen eines Ferromagneten in einem Objekt mit komplexer Form übereinstimmt, kann als äquivalent angesehen werden. Ad hoc:

Dabei ist V das Volumen des Ferromagneten.

Bei der Spannung, die in der Empfangsspule aufgrund der erneuten Emission von einem leitenden Objekt induziert wird, ist die Situation komplizierter. Im Fall von große Objekte mit guter elektrischer Leitfähigkeit Ausdruck (1.9) und dementsprechend ist die in der Empfangsspule induzierte Spannung auch proportional zum Volumen des Objekts (d. h. R^3). ) und der Radius der äquivalenten Kugel wird ebenfalls mit der Formel (1.25) berechnet. Im Fall von kleine Objekte mit schlechter elektrischer Leitfähigkeit Der Ansatz ist anders. In diesem Fall degeneriert der allgemeine Ausdruck (1.9) zum Spezialfall (1.8). Betrachten wir zunächst den Einfluss eines kugelförmigen Hohlraums mit dem Radius Rp im Inneren eines kugelförmigen Objekts auf Req. Unter Verwendung des Superpositionsprinzips stellen wir uns das Ergebnis des Aufpralls eines kugelförmigen Objekts auf einen Hohlraum als Differenz zwischen den Ergebnissen des Aufpralls einer festen Kugel und einer Kugel mit dem Radius Rp vor. Gemäß (1.8) gilt folgender Zusammenhang:

Abbildung 9 zeigt Diagramme der Abhängigkeit von R/Req von R/D R für eine hohle, schwach elektrisch leitende Kugel und für eine hohle ferromagnetische Kugel. Aus der Grafik geht hervor, dass dies nicht der Fall ist

Abb.9. Der Einfluss der Wandstärke einer Hohlkugel auf den Ersatzradius.

zu dünnwandige Kugeln aus schwach leitendem Material Req» R. Folglich macht es im Gegensatz zu einer ferromagnetischen Kugel und einer Kugel mit hoher Leitfähigkeit bei einer schwach leitenden Kugel in erster Näherung keinen Unterschied, ob sie massiv oder hohl ist. Sein Einfluss auf den Reemissionsprozess wird hauptsächlich durch die lineare Größe, also R, bestimmt. Daher handelt es sich bei nicht zu ausgedehnten schlecht leitenden Objekten komplexerer Form, einschließlich hohler, in erster Näherung um eine Kugel dessen Radius R gleich der Hälfte ist, kann als äquivalent zur durchschnittlichen charakteristischen Größe eines Objekts angesehen werden.

Die obige Schlussfolgerung wird in der Praxis gut bestätigt in Form einer signifikanten Reaktion eines Metalldetektors auf unbedeutende Metallreste aus Aluminiumfolie, die praktisch überall dort zu finden sind, wo die moderne Zivilisation ihre Spuren hinterlassen hat.

3.1.3.6. Querachsenspulensystem

Reis. 10. Ausrichtung des Rollsensors.

Die Ansicht entlang der Achse des Metalldetektorsensors mit dieser Spulenanordnung ist in Abb. 10 dargestellt. Um eine solche Schaltung zu berechnen, ist es zweckmäßig, das Superpositionsprinzip zu verwenden und den Vektor des magnetischen Moments der Sendespule und der Fläche der Empfangsspule in vertikale und horizontale Komponenten zu zerlegen (Projektionen, siehe Abb. 11).

Für die horizontale Komponente wird die Projektion der Feldinduktion in der Empfangsspule weiterhin durch die Beziehung (1.4) bestimmt. Eine andere Orientierung des magnetischen Moments ergibt jedoch (bis auf das Vorzeichen) das Ergebnis:

wo K 2 wird durch Formel (1.11) bestimmt.

Die vertikale Komponente der Feldinduktion in der Empfangsspule Bov steht senkrecht auf den Vektoren r und r“ und hängt nicht explizit von den Winkeln g und b ab:

Abb. 11. Zerlegung des magnetischen Moments und der Fläche der Empfangsspule in Komponenten.

Die EMK in der Empfangsspule Uo beträgt vorzeichengenau:

Von hier aus erhalten wir:

Im kartesischen Koordinatensystem mit dem Ursprung in der Mitte der Basis des Spulensystems (siehe Abb. 5) erhalten wir:

Durch Einführung normalisierter Koordinaten (1.14) erhalten wir:

wo K 4 wird mit der Formel (1.19) oder (1.24) berechnet.

3.1.4. Praktische Überlegungen

Empfindlichkeit Ein Metalldetektor hängt in erster Linie von seinem Sensor ab. Für die betrachteten Sensoroptionen wird die Empfindlichkeit durch die Formeln (1.20) und (1.33) bestimmt. Da die Ausrichtung des Sensors zum Objekt im Rollwinkel y jeweils optimal ist, wird sie durch den gleichen Koeffizienten K4 und die Funktionen der normierten Koordinaten F(X,Y) und G(X,Y) bestimmt. Zum Vergleich sind im Quadrat XO [-4,4], YO [-4,4] die Module dieser Funktionen in Form eines axonometrischen Abschnittssatzes im logarithmischen Maßstab in Abb. 12 und Abb. 13 dargestellt .

Das erste, was ins Auge fällt, sind die ausgeprägten Maxima in der Nähe der Positionen der Sensorspulen (0,+1) und (0,-1). Die Maxima der Funktionen F(X,Y) und G(X,Y) sind für die Praxis nicht von Interesse und werden zur Vereinfachung des Funktionsvergleichs auf dem 0(dB)-Pegel abgeschnitten. Aus den Abbildungen und aus der Analyse der Funktionen F(X,Y) und G(X,Y) geht auch hervor, dass im angegebenen Quadrat der Modul der Funktion F fast überall den Modul der Funktion G geringfügig übersteigt, mit mit Ausnahme der am weitesten entfernten Punkte an den Ecken des Quadrats und mit Ausnahme eines schmalen Bereichs in der Nähe von X=0, wo die Funktion F eine „Schlucht“ hat.

Das asymptotische Verhalten dieser Funktionen fernab des Ursprungs lässt sich bei Y=0 veranschaulichen. Es stellt sich heraus, dass der Modul der Funktion F mit der Entfernung proportional zu x^(-7) abnimmt und der Modul der Funktion G proportional zu x^(-6) abnimmt. Leider zeigt sich der Empfindlichkeitsvorteil der G-Funktion erst bei großen Entfernungen, die über den praktischen Bereich hinausgehen

Reis. 12. Graph der Funktion F(X,Y).

Abb. 13. Graph der Funktion G(X,Y).

Metalldetektor. Die gleichen Werte der Module F und G ergeben sich bei X" 4,25.

Die „Schlucht“-Funktion F hat eine sehr wichtige praktische Bedeutung. Erstens weist es darauf hin, dass der Sensor eines Spulensystems mit senkrechten Achsen eine minimale (theoretisch null) Empfindlichkeit gegenüber Metallobjekten aufweist, die sich auf seiner Längsachse befinden. Zu diesen Elementen zählen selbstverständlich auch viele Elemente des Sensordesigns selbst. Folglich ist das von ihnen reflektierte nutzlose Signal viel geringer als das eines Sensors mit Kreuzspulensystem. Letzteres ist sehr wichtig, da das reflektierte Signal der Metallelemente des Sensors selbst das Nutzsignal um mehrere Größenordnungen übertreffen kann (aufgrund der Nähe dieser Elemente zu den Sensorspulen). Es ist nicht so, dass das nutzlose Signal der Metallelemente der Sensorstruktur schwer zu kompensieren wäre. Die Hauptschwierigkeit liegt in kleinsten Veränderungen dieser Signale, die meist durch thermische und insbesondere mechanische Verformungen dieser Elemente verursacht werden. Diese kleinsten Änderungen können bereits mit dem Nutzsignal vergleichbar sein, was zu falschen Messwerten oder Fehlalarmen des Geräts führen wird. Zweitens, wenn mit einem Metalldetektor eines Spulensystems mit senkrechten Achsen bereits ein kleines Objekt erkannt wurde, dann die Richtung Seine genaue Lage lässt sich anhand des Nullwerts des Metalldetektorsignals mit der genauen Ausrichtung seiner Längsachse zum Objekt (für jede Rollenausrichtung) leicht „peilen“. Wenn man bedenkt, dass der „Erfassungsbereich“ des Sensors bei der Suche mehrere Quadratmeter betragen kann, ist dies die neueste Qualität des SystemsDas Thema Spulen mit senkrechten Achsen ist in der Praxis sehr nützlich (weniger nutzlose Ausgrabungen).

Das nächste Merkmal der Diagramme der Funktionen F(X,Y) und G(X,Y) ist das Vorhandensein eines ringförmigen „Kraters“ mit einer Empfindlichkeit von Null, der durch die Mittelpunkte der Spulen verläuft (ein Kreis mit einem Einheitsradius in der Mitte). am Punkt (0,0)). In der Praxis können Sie mit dieser Funktion den Abstand zu kleinen Objekten bestimmen. Wenn festgestellt wird, dass das reflektierte Signal bei einer bestimmten endlichen Entfernung verschwindet (bei optimaler Rollausrichtung), bedeutet dies, dass die Entfernung zum Objekt die Hälfte der Gerätebasis beträgt, also den Wert L/2.

Es ist auch zu beachten, dass sich auch die Richtungsmuster entlang des Rollwinkels y für Metalldetektorsensoren mit unterschiedlichen relativen Positionen der Spulen unterscheiden. Abb. 14b zeigt das Strahlungsmuster des Geräts mit senkrechten Achsen an den Spulen und Abb. 14a – mit gekreuzten Achsen. Offensichtlich ist das zweite Diagramm vorzuziehen, da es weniger Rolltotzonen und weniger Keulen aufweist.

Um die Abhängigkeit der in der Empfangsspule induzierten Spannung von den Parametern des Metalldetektors und des Objekts zu beurteilen, ist es notwendig, den Ausdruck (1.19) für den Koeffizienten K4 zu analysieren. Die in der Empfangsspule induzierte Spannung ist proportional zu (L/2)^6. Die Argumente der Funktionen F und G werden ebenfalls auf den Wert L/2 normiert und nehmen mit dem 6. bis 7. Grad der Distanz ab. Daher hängt die Empfindlichkeit eines Metalldetektors in erster Näherung bei sonst gleichen Bedingungen nicht von seiner Basis ab.

Abb. 14. Richtungsmuster für Rollsensoren von Spulensystemen:

Mit sich kreuzenden Achsen (a)

Mit senkrechten Achsen (b).

Um zu analysieren Selektivität Metalldetektor, also seine Fähigkeit, Objekte aus verschiedenen Metallen oder Legierungen zu unterscheiden, muss auf den Ausdruck (1.23) verwiesen werden. Der Metalldetektor kann Objekte anhand der Phase des reflektierten Signals unterscheiden. Damit die Auflösung des Gerätes stimmtIst die Höhe maximal, muss die Signalfrequenz der Sendespule entsprechend gewählt werden, sodass die Phase des von den Objekten reflektierten Signals etwa 45° beträgt. Dies ist die Mitte des Bereichs möglicher Phasenänderungen des ersten Termes des Ausdrucks (1.23), und dort ist die Steigung der Phasen-Frequenz-Kennlinie maximal. Wir betrachten den zweiten Term des Ausdrucks (1.23) als Null, da wir bei der Suche hauptsächlich an der Selektivität für nichtferromagnetische Metalle interessiert sind. Die optimale Wahl der Signalfrequenz setzt natürlich die Kenntnis der typischen Größe der beabsichtigten Objekte voraus. Fast alle ausländischen industriellen Metalldetektoren verwenden die Münzgröße als diese Größe. Die optimale Frequenz ist:

Bei einem typischen Münzdurchmesser von 25 (mm) beträgt ihr Volumen etwa 10^(-6) (m^3), was nach Formel (1.25) einem äquivalenten Radius von etwa 0,6 (cm) entspricht. Daraus ergibt sich ein optimaler Frequenzwert von etwa 1 (kHz) bei einer Leitfähigkeit des Münzmaterials von 20 (n0mH·m). Bei Industriegeräten liegt die Frequenz (technologisch bedingt) meist um eine Größenordnung höher.

3.1.5. Schlussfolgerungen

1. Nach Ansicht des Autors ist ein Spulensystem mit senkrechten Achsen für die Suche nach Schätzen und Relikten besser geeignet als ein Spulensystem mit sich kreuzenden Achsen. Unter sonst gleichen Bedingungen weist das erste System eine etwas höhere Empfindlichkeit auf. Darüber hinaus ist es mit seiner Hilfe viel einfacher, die genaue Richtung zu bestimmen („Peilung“), in der nach einem erkannten Objekt gesucht werden soll.

2. Die betrachteten Spulensysteme haben eine wichtige Eigenschaft, die es ermöglicht, die Entfernung zu kleinen Objekten abzuschätzen, indem das reflektierte Signal bei einer Entfernung zum Objekt gleich der halben Basis auf Null gesetzt wird.

3. Unter sonst gleichen Bedingungen (Abmessungen und Anzahl der Spulenwindungen, Empfindlichkeit des Empfangspfads, Stromstärke und Frequenz in der Sendespule) hängt die Empfindlichkeit des Metalldetektors nach dem „Sende-Empfangs“-Prinzip praktisch nicht davon ab seine Basis, also vom Abstand zwischen den Spulen.

3.2 ANSCHLAG-METALLDETEKTOR

Der Begriff „Beat Metal Detector“ ist eine Anlehnung an die Terminologie, die in der Funktechnik seit den Tagen der ersten Superheterodyn-Empfänger verwendet wird. Schwebungen sind ein Phänomen, das sich am deutlichsten äußert, wenn zwei periodische Signale mit ähnlichen Frequenzen und annähernd gleichen Amplituden addiert werden und in einer Pulsation der Amplitude des Gesamtsignals bestehen. Die Welligkeitsfrequenz ist gleich der Frequenzdifferenz der beiden addierten Signale. Indem ein solches pulsierendes Signal durch einen Gleichrichter (Detektor) geleitet wird, ist es möglich, das Differenzfrequenzsignal zu isolieren. Diese Art von Schaltung war lange Zeit traditionell, wird aber heutzutage aufgrund der Entwicklung synchroner Detektoren weder in der Funktechnik noch bei Metalldetektoren üblicherweise verwendet, obwohl der Begriff „schwebungsbasiert“ immer noch verwendet wird.

3.2.1. Funktionsprinzip

Das Funktionsprinzip eines Beat-Metalldetektors ist sehr einfach und besteht darin, die Frequenzdifferenz zweier Generatoren aufzuzeichnen – von denen einer frequenzstabil ist und der andere einen Sensor enthält – eine Induktivität in seinem Frequenzeinstellkreis. Das Gerät ist so eingestellt, dass bei Abwesenheit von Metall in der Nähe des Sensors die Frequenzen der beiden Generatoren übereinstimmen oder sehr nahe beieinander liegen. Das Vorhandensein von Metall in der Nähe des Sensors führt zu einer Änderung seiner Parameter und infolgedessen zu einer Änderung der Frequenz des entsprechenden Generators. Diese Änderung ist normalerweise sehr gering, aber die Änderung des Frequenzunterschieds zwischen den beiden Generatoren ist bereits erheblich und kann leicht erfasst werden.

Die Aufzeichnung der Frequenzdifferenz kann auf verschiedene Arten erfolgen, von der einfachsten, wenn das Differenzfrequenzsignal über Kopfhörer oder über einen Lautsprecher gehört wird, bis hin zu digitalen Methoden der Frequenzmessung.

3.2.2. Theoretische Überlegungen

Schauen wir uns den schlagenden Metalldetektorsensor genauer an, der aus einer Spule besteht (siehe Abb. 15).

Reis. 15. Interaktion eines Single-Coil-Metalldetektorsensors mit einem Objekt.

Die Magnetfeldinduktion im Zentrum der Spule beträgt:

wo Pm - magnetisches Moment, das durch den Spulenstrom I, R0 erzeugt wird - Radius der Spule, S - Fläche der Spule.

Durch die Wechselwirkung mit einem leitfähigen und/oder ferromagnetischen Gegenstand entsteht ein zusätzlicher Induktionsanteil. Da der Mechanismus seines Auftretens genau der gleiche ist wie im zuvor betrachteten Fall eines Metalldetektors, der auf dem „Sende-Empfangs“-Prinzip basiert, können Sie die Ergebnisse des vorherigen Abschnitts verwenden und für die zusätzliche Induktionskomponente schreiben:

wo K 1 - Koeffizient berechnet nach Formel (1.8), (1.9) oder (1.23).

Da der Koeffizient K1 eine komplexe Funktion ist, kann die relative Induktionsänderung als Funktion des Laplace-Operators dargestellt werden:

Somit kann der Gesamtwiderstand der Sensorspule des Metalldetektors (ohne Berücksichtigung des ohmschen Widerstands des Drahtes und der Windungskapazität) wie folgt dargestellt werden:

Dabei ist L die Induktivität der Spule ohne Einfluss des Objekts.

Wenn die Spule einem Objekt ausgesetzt wird, ändert sich die Impedanz. Bei schlagenden Metalldetektoren wird diese Änderung anhand der Änderung der Resonanzfrequenz des aus Sensorspule und Kondensator gebildeten oszillierenden LC-Kreises beurteilt.

3.2.3. Praktische Überlegungen

Empfindlichkeit Die Einschaltdauer eines Metalldetektors wird durch die Ausdrücke (1.36)-(1.38) bestimmt und hängt außerdem von den Parametern zur Umwandlung von Änderungen der Sensorimpedanz in Frequenz ab. Wie bereits erwähnt, besteht die Umrechnung üblicherweise darin, die Differenzfrequenz eines stabilen Generators und eines Generators mit einer Sensorspule im Frequenzeinstellkreis zu ermitteln. Je höher die Frequenzen dieser Generatoren sind, desto größer ist daher der Frequenzunterschied als Reaktion auf das Erscheinen eines Metallziels in der Nähe des Sensors. Die Registrierung kleiner Frequenzabweichungen ist etwas schwierig. So kann man mit dem Gehör sicher eine Frequenzverschiebung des Tonsignals von mindestens 10 (Hz) wahrnehmen. Optisch können Sie durch Blinken der LED eine Frequenzverschiebung von mindestens 1 (Hz) registrieren. Auf andere WeiseEs ist möglich, eine Registrierung einer kleineren Frequenzdifferenz zu erreichen, diese Registrierung erfordert jedoch viel Zeit, was für Metalldetektoren, die immer in Echtzeit arbeiten, nicht akzeptabel ist.

Die Selektivität für Metalle ist bei solchen Frequenzen, die alles andere als optimal sind (1,34), sehr schwach. Bestimmen Sie außerdem anhand der Generatorfrequenzverschiebung die Phase reflektiertes Signal ist nahezu unmöglich. Deshalb Selektivität Der Metalldetektor hat keine Schläge.

Ein positiver Aspekt für die Praxis ist die Einfachheit des Designs des Sensors und des elektronischen Teils des Beat-Metalldetektors. Ein solches Gerät kann sehr kompakt sein. Dies ist praktisch, wenn bereits etwas von einem empfindlicheren Gerät erkannt wurde. Wenn das entdeckte Objekt klein ist und tief genug im Boden liegt, kann es „verloren gehen“ und während der Ausgrabung verschoben werden. Um die Ausgrabungsstelle nicht mehrfach mit einem sperrigen, empfindlichen Metalldetektor „durchzublicken“, empfiehlt es sich, den Fortschritt im Endstadium mit einem kompakten Gerät mit geringer Reichweite zu kontrollieren, mit dem sich der Standort genauer bestimmen lässt des Objekts.

3.2.4. Schlussfolgerungen

1 . Beat-Metalldetektoren haben eine geringere Empfindlichkeit als Sende-Empfangs-Metalldetektoren.

2. Es gibt keine Selektivität für Metallarten.

3.3. EINZELSPULEN-INDUKTIONS-METALLDETEKTOR

3.3.1. Funktionsprinzip

Das Wort „Induktion“ im Namen von Metalldetektoren dieser Art offenbart das Funktionsprinzip vollständig, wenn Sie sich an die Bedeutung des Wortes „inductio“ (lateinisch) erinnern – Führung. Ein Gerät dieser Art enthält einen Sensor aus einer Spule beliebiger Form, die durch ein Wechselsignal angeregt wird. Das Erscheinen eines Metallgegenstandes in der Nähe des Sensors führt zum Auftreten eines reflektierten (wiederemittierten) Signals, das ein zusätzliches elektrisches Signal in der Spule „induziert“. Es bleibt nur noch, dieses zusätzliche Signal hervorzuheben.

Der Metalldetektor vom Induktionstyp hat das Recht auf Leben erlangt, hauptsächlich aufgrund des Hauptnachteils von Geräten, die auf dem „Sende-Empfangs“-Prinzip basieren – der Komplexität des Sensordesigns. Diese Komplexität führt entweder zu hohen Kosten und Komplexität bei der Herstellung des Sensors oder zu seiner unzureichenden mechanischen Steifigkeit, was dazu führt, dass beim Bewegen falsche Signale auftreten und die Empfindlichkeit des Geräts verringert wird. Wenn Sie sich zum Ziel setzen, diesen Nachteil bei Geräten zu beseitigen, die auf dem „Sende-Empfangs“-Prinzip basieren, können Sie zu einem ungewöhnlichen Ergebnis kommen: Die Sende- und Empfangsspule des Metalldetektors müssen zu einer Einheit zusammengefasst werden! Tatsächlich gibt es in diesem Fall keine sehr unerwünschten Bewegungen und Biegungen einer Spule relativ zur anderen, da nur eine Spule vorhanden ist und diese sowohl sendet als auch empfängt. Auch der Sensor ist äußerst einfach. Der Preis für diese Vorteile ist die Notwendigkeit, das nutzbare reflektierte Signal vom Hintergrund eines viel größeren Anregungssignals der Sende-/Empfangsspule zu isolieren.

Schematische Darstellung des Eingabeteils

Das reflektierte Signal kann isoliert werden, indem von dem in der Sensorspule vorhandenen elektrischen Signal ein Signal mit derselben Form, Frequenz, Phase und Amplitude wie das Signal in der Spule subtrahiert wird, wenn sich kein Metall in der Nähe befindet. Wie dies auf eine der Arten umgesetzt werden kann, ist in Form eines Blockdiagramms in Abb. dargestellt. 16.

Abb. 16. Blockschaltbild der Eingabeeinheit eines Induktionsmetalldetektors

Der Generator erzeugt eine sinusförmige Wechselspannung mit konstanter Amplitude und Frequenz. Der Spannungs-Strom-Wandler (PNT) wandelt die Generatorspannung Ug in den Strom Ig um , welches in den Schwingkreis des Sensors eingebunden wird. Der Schwingkreis besteht aus einem Kondensator C und einer Sensorspule L. Seine Resonanzfrequenz ist gleich der Frequenz des Generators. Der PNT-Umwandlungskoeffizient wird so gewählt, dass die Spannung des Schwingkreises Ud gleich der Generatorspannung Ug ist (sofern sich kein Metall in der Nähe des Sensors befindet). Somit subtrahiert der Addierer zwei Signale gleicher Amplitude und das Ausgangssignal – das Ergebnis der Subtraktion – ist gleich Null. Wenn Metall in der Nähe des Sensors erscheint, entsteht ein reflektiertes Signal (d. h. die Parameter der Sensorspule ändern sich) und dies führt zu einer Änderung der Spannung des Schwingkreises Ud. Am Ausgang erscheint ein Signal ungleich Null.

Abbildung 16 zeigt nur die einfachste Version einer der Schaltungen des Eingangsteils von Metalldetektoren des betrachteten Typs als einfachste. Anstelle eines PNT ist es in dieser Schaltung grundsätzlich möglich, einen Stromeinstellwiderstand zu verwenden. Zum Einschalten der Sensorspule können verschiedene Brückenschaltungen, Addierer mit unterschiedlichen Übertragungskoeffizienten für invertierende und nicht invertierende Eingänge, teilweiser Anschluss eines Schwingkreises usw. verwendet werden. usw.

Im Diagramm in Abb. 16 Als Sensor wird ein Schwingkreis verwendet. Dies geschieht der Einfachheit halber, um eine Phasenverschiebung von Null zwischen den Signalen Ug und Ud zu erreichen (die Schaltung ist auf Resonanz abgestimmt). Sie können auf den Schwingkreis mit der Notwendigkeit einer Feinabstimmung auf Resonanz verzichten und nur die Sensorspule als PNT-Last verwenden. Allerdings muss die PNT-Verstärkung in diesem Fall komplex sein, um die etwa 90°-Phasenverschiebung zu korrigieren, die sich aus der induktiven Natur der PNT-Last ergibt.

3.3.2. Theoretische Überlegungen

Wie bereits erwähnt, kann ein Metalldetektor vom Induktionstyp als ein bestimmter Grenzfall eines Metalldetektors dargestellt werden, der auf dem „Sende-Empfangs“-Prinzip basiert, wenn die Sende- und Empfangsspule zusammenfallen. Daher können viele der Ergebnisse aus Abschnitt 1.1 für einen Metalldetektor vom Induktionstyp verwendet werden. Darüber hinaus unterscheidet sich ein Induktionsmetalldetektor von einem schlagenden Metalldetektor nur durch die Methode zur Aufzeichnung des reflektierten Signals, daher gelten einige der Ergebnisse von Abschnitt 1.2 auch für ein Gerät vom Induktionstyp.

Die Wechselwirkung einer Induktions-Metalldetektorspule mit einem Metallgegenstand kann in Abb. 15 dargestellt werden. Das reflektierte Signal kann anhand der Größe der Magnetfeldinduktion (1.36) abgeschätzt werden. Im Gegensatz zu Geräten, die auf dem „Sende-Empfangs“-Prinzip basieren, hängt die Größe des reflektierten Signals unter Annahme (1.3) nur von der Entfernung zwischen Objekt und Sensor und nicht von der Ausrichtung des Sensors zum Objekt ab.

Die durch das reflektierte Signal in der Sensorspule induzierte zusätzliche Spannung wird nach Formel (1.17) berechnet, wobei die Induktion des reflektierten Signals gleich (1.36) ist. Ohne Berücksichtigung des Vorzeichens beträgt diese Spannung:

wobei p der Laplace-Operator ist, I - Strom in der Spule, r – Abstand zwischen Sensor und Objekt, S – Fläche der Spule, N – Anzahl ihrer Windungen, R – äquivalenter Radius des Objekts, KS - Koeffizient berechnet nach Formel (1.23).

3.3.3. Praktische Überlegungen

Die Spannungsreaktion des Geräts auf einen Metallgegenstand ist gemäß Formel (1.39) umgekehrt proportional zur sechsten Potenz des Abstands. Das heißt, es ist praktisch dasselbe wie bei Metalldetektoren, die auf dem „Sende-Empfangs“-Prinzip basieren. Das Prinzip der Aufzeichnung des reflektierten Signals ist ähnlich. Daher theoretisch Empfindlichkeit Der Einsatz eines Induktions-Metalldetektors ist derselbe wie bei Geräten, die auf dem „Sende-Empfangs“-Prinzip basieren.

Theoretische Überlegungen zu Selektivität, Die in Abschnitt 1.1 für einen Metalldetektor nach dem „Sende-Empfangs“-Prinzip angegebenen Werte gelten auch für einen Induktionsmetalldetektor. Die Selektivität wird durch den in Formel (1.39) enthaltenen Koeffizienten (1.23) für die Spannung des reflektierten Nutzsignals bestimmt.

Unter den Designmerkmalen ist darauf hinzuweisen Einfachheit des Designs Metalldetektorsensor. Der Preis für die Einfachheit ist, wie oben erwähnt, die Notwendigkeit, ein kleines Nutzsignal vom Hintergrund eines großen elektrischen Signals zu isolieren, um die Sensorspule des Metalldetektors anzuregen. Wenn wir berücksichtigen, dass das Verhältnis der Amplituden dieser Signale 105...106 erreichen kann, dann ist klar, dass für Praxis ist keine einfache, wenn auch durchaus lösbare Aufgabe. Komplexität Die Lösung dieses Problems besteht darin, dass die Sensorspule des Metalldetektors nicht nur auf das reflektierte Nutzsignal, sondern auch auf jede Änderung seiner Parameter reagiert. Glücklicherweise ist die Empfindlichkeit gegenüber mechanischer Verformung des Induktionsmetalldetektorsensors viel geringer als bei Geräten, die auf dem „Sende-Empfangs“-Prinzip basieren. Es entsteht jedoch das Problem der Temperaturempfindlichkeit des Sensors, das für einen Induktionsmetalldetektor spezifisch ist. Tatsache ist, dass der ohmsche Widerstand des Drahtes (meist Kupfer), mit dem die Sensorspule umwickelt ist, mit zunehmender Temperatur nahezu linear ansteigt. Aufgrund unvermeidlicher Temperaturschwankungen sind diese relativ langsamen Änderungen der Sensorimpedanz und -spannung an sich sehr gering, aber vergleichbar mit oder sogar größer als die durch das gewünschte Signal verursachten Änderungen. Daher wird die Aufgabe, die Temperaturdrift der Impedanz der Metalldetektor-Sensorspule zu kompensieren, relevant.

3.4. ANDERE ARTEN VON METALLDETEKTOREN

Die erste Frage, die sich einer Person stellt, nachdem sie sich mit den Mängeln und Einschränkungen bestimmter Metalldetektoren vertraut gemacht hat, klingt etwa so: „Welche anderen Prinzipien und darauf basierenden Geräte gibt es für die Fernerkennung von Metallobjekten?“ Die Frage ist logisch, aber die unten gegebene Antwort wird dem neugierigen Leser wahrscheinlich nicht sonderlich gefallen.

Impulsmetalldetektoren

Bei den drei zuvor besprochenen Arten elektronischer Metalldetektoren wird das reflektierte Signal vom emittierten Signal getrennt. entweder geometrisch - aufgrund der relativen Position der Empfangs- und Sendespulen oder unter Verwendung spezieller Kompensationsschaltungen. Natürlich kann es auch eine vorübergehende Methode zur Trennung der emittierten und reflektierten Signale geben. Dieses Verfahren wird beispielsweise häufig im Pulsecho und Radar eingesetzt. Der Verzögerungsmechanismus des reflektierten Signals während der Ortung beruht auf der erheblichen Zeit, die das Signal benötigt, um sich zum Objekt und zurück auszubreiten. In Bezug auf Metalldetektoren kann ein solcher Mechanismus jedoch auch das Phänomen der Selbstinduktion in einem leitfähigen Objekt sein. Nach der Einwirkung eines magnetischen Induktionsimpulses erscheint in einem leitfähigen Objekt ein abklingender Stromimpuls, der aufgrund des Phänomens der Selbstinduktion für einige Zeit aufrechterhalten wird und ein zeitverzögertes reflektiertes Signal verursacht. Somit kann eine andere Metalldetektorschaltung vorgeschlagen werden, die sich grundlegend von den zuvor im Methodenabschnitt besprochenen unterscheidetSignale. Diese Art von Metalldetektor wird als Impulsdetektor bezeichnet. Es besteht aus einem Stromimpulsgenerator, Empfangs- und Sendespulen, einem Schaltgerät und einer Signalverarbeitungseinheit.

Der Stromimpulsgenerator erzeugt kurze Stromimpulse im Millisekundenbereich, die in die Sendespule gelangen und dort in magnetische Induktionsimpulse umgewandelt werden. Da die Sendespule, die Last des Impulsgenerators, einen ausgeprägten induktiven Charakter hat, kommt es an den Impulsfronten des Generators zu Überlastungen in Form von Spannungsstößen. Solche Impulse können eine Amplitude von Hunderten (!) Volt erreichen. Der Einsatz von Schutzbegrenzern ist jedoch nicht akzeptabel, da dies zu einer Verzögerung an der Spitze des Stromimpulses und der magnetischen Induktion führen und letztendlich die Trennung erschweren würde reflektiertes Signal.

Die Positionierung der Empfangs- und Sendespulen zueinander ist völlig beliebig, da das direkte Eindringen des Sendesignals in die Empfangsspule und die Wirkung des reflektierten Signals auf diese zeitlich getrennt sind. Grundsätzlich kann eine Spule sowohl als Empfangs- als auch als Sendespule dienen, allerdings wird es in diesem Fall deutlich schwieriger, die Hochspannungs-Ausgangskreise des Stromimpulsgenerators von den empfindlichen Eingangskreisen zu entkoppeln.

Das Schaltgerät ist dazu ausgelegt, die oben erwähnte Trennung der ausgesendeten und reflektierten Signale durchzuführen. Es blockiert die Eingangskreise des Geräts für eine bestimmte Zeit, die durch die Dauer des Stromimpulses in der Sendespule, die Entladezeit der Spule und die Zeit, in der Kurzschlüsse auftreten können, bestimmt wird.hohe Reaktionen des Geräts auf massive, schlecht leitende Objekte wie Erde. Nach dieser Zeit muss das Schaltgerät eine ungehinderte Übertragung des Signals von der Empfangsspule zur Verarbeitungseinheit gewährleisten Signal.

Die Signalverarbeitungseinheit ist so konzipiert, dass sie das eingegebene elektrische Signal in eine für die menschliche Wahrnehmung geeignete Form umwandelt. Es kann auf der Grundlage von Lösungen entwickelt werden, die in anderen Arten von Metalldetektoren verwendet werden.

Zu den Nachteilen von Impulsmetalldetektoren gehören die Schwierigkeit, die Unterscheidung von Objekten nach Metallart in die Praxis umzusetzen, die Komplexität der Ausrüstung zum Erzeugen und Schalten von Strom- und Spannungsimpulsen großer Amplitude sowie die hohe Funkstörung.

Magnetometer

Magnetometer sind eine breite Gruppe von Instrumenten zur Messung von Magnetfeldparametern (z. B. des Moduls oder der Komponenten des magnetischen Induktionsvektors). Der Einsatz von Magnetometern als Metalldetektoren basiert auf dem Phänomen der lokalen Verzerrung des natürlichen Erdmagnetfeldes durch ferromagnetische Materialien wie Eisen. Nachdem wir mit Hilfe eines Magnetometers eine Abweichung vom Modul oder der Richtung des magnetischen Induktionsvektors des Erdfeldes festgestellt haben, die für ein bestimmtes Gebiet üblich ist, können wir mit Sicherheit das Vorhandensein einer magnetischen Inhomogenität (Anomalie) feststellen, die dadurch verursacht werden kann ein Eisengegenstand.

Im Vergleich zu zuvor diskutierten Metalldetektoren haben Magnetometer eine viel größere Reichweite Erkennung von Eisengegenständen. Es ist sehr beeindruckend zu wissen, dass man mit einem Magnetometer kleine Schuhnägel von einem Schuh aus einer Entfernung von 1 m und von einem Pkw aus einer Entfernung von 10 m registrieren kann! Ein so großer Erfassungsbereich erklärt sich aus der Tatsache, dass das Analogon des emittierten Feldes herkömmlicher Metalldetektoren für Magnetometer das gleichmäßige Magnetfeld der Erde ist, sodass die Reaktion des Geräts auf einen Eisengegenstand umgekehrt proportional und nicht zur sechsten Potenz ist , sondern in der dritten Potenz der Entfernung.

Der grundlegende Nachteil von Magnetometern besteht darin, dass sie mit ihrer Hilfe keine Objekte aus Nichteisenmetallen erkennen können. Darüber hinaus ist es schwierig, Magnetometer für die Suche zu verwenden, selbst wenn wir nur an Eisen interessiert sind. Erstens gibt es in der Natur eine Vielzahl natürlicher magnetischer Anomalien unterschiedlicher Größenordnung (einzelne Mineralien, Mineralvorkommen usw.). Zweitens sind Magnetometer normalerweise sperrig und nicht für den Betrieb in Bewegung ausgelegt.

Um die Nutzlosigkeit von Magnetometern bei der Suche nach Schätzen und Reliquien zu veranschaulichen, kann das folgende Beispiel angeführt werden. Mit einem gewöhnlichen Kompass, der im Wesentlichen ein einfaches Magnetometer ist, können Sie einen gewöhnlichen Eiseneimer in einer Entfernung von etwa 0,5 (m) registrieren, was an sich schon ein gutes Ergebnis ist. Versuchen Sie jedoch (!) mit einem Kompass, denselben unter der Erde versteckten Eimer unter realen Bedingungen zu finden!

Radargeräte

Es ist bekannt, dass es mit Hilfe moderner Radargeräte möglich ist, ein Objekt wie ein Flugzeug in einer Entfernung von mehreren hundert Kilometern zu erkennen. Es stellt sich die Frage: Erlaubt uns die moderne Elektronik wirklich nicht, ein kompaktes Gerät zu entwickeln, das zwar in der Erfassungsreichweite modernen stationären Radargeräten weit unterlegen ist, uns aber die Erkennung von für uns interessanten Objekten ermöglicht (siehe Titel des Buches)? Die Antwort liegt in einer Reihe von Veröffentlichungen, in denen solche Geräte beschrieben werden.

Typisch für sie ist die Nutzung der Errungenschaften der modernen Mikrowellen-Mikroelektronik und der Computerverarbeitung des empfangenen Signals. Der Einsatz moderner Hochtechnologien macht eine eigenständige Herstellung dieser Geräte nahezu unmöglich. Darüber hinaus erlauben ihre großen Abmessungen noch keinen breiten Einsatz unter Feldbedingungen.

Zu den Vorteilen von Radargeräten gehört eine grundsätzlich höhere Erfassungsreichweite; das reflektierte Signal gehorcht in grober Näherung den Gesetzen der geometrischen Optik und seine Dämpfung ist nicht proportional zur sechsten oder gar dritten Potenz, sondern nur zur zweiten Potenz der Entfernung.

3.3.4. Schlussfolgerungen

1. Induktionsmetalldetektoren kombinieren die hohe Empfindlichkeit und Selektivität von Metalldetektoren, die auf dem „Sende-Empfangs“-Prinzip basieren, und die Einfachheit des Sensordesigns von taktbasierten Metalldetektoren.

2. Die Aufgabe, die Temperaturdrift der Parameter der Sensorspule des Metalldetektors zu kompensieren, wird dringender.

Ein Metalldetektor ist ein sehr verlockendes Gerät, er kann für verschiedene Zwecke eingesetzt werden, beispielsweise zum Auffinden alter Kabel, Wasserleitungen und letztendlich auch von Schätzen. Das Konzept eines Metalldetektors ist sehr weit gefasst, die Metalldetektoren selbst sind unterschiedlich, das den klassischen Metalldetektoren innewohnende Prinzip der Metallsuche kommt in einer Vielzahl von Geräten zum Einsatz, vom einfachen Detektor bis zur Radarstation.

In letzter Zeit erfreuen sich sogenannte Impulsmetalldetektoren großer Beliebtheit, die nur eine Spule enthalten und einen relativ einfachen Aufbau haben und gleichzeitig eine recht gute Empfindlichkeit und hohe Zuverlässigkeit bieten. Ein Impulsmetalldetektor arbeitet nach dem Empfangs- und Sendeprinzip; die Suchspule in einem solchen Metalldetektor kann in zwei Modi arbeiten – Empfang und Übertragung. Das von der Spule ausgesendete Signal erzeugt oder regt Foucaultsche Wirbelströme im Metall an, die von der Spule selbst erfasst werden.

Verschiedene Metalle haben unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten, und viele Metalldetektoren sind in der Lage, dies mit ziemlich hoher Genauigkeit zu erkennen und festzustellen, welche Art von Metall sich im Boden befindet.

Das angegebene Diagramm eines Metalldetektors ist sehr häufig im Internet zu finden, aber es gibt nur sehr wenige Fotos von echten Designs und Testberichten, daher wurde beschlossen, das Diagramm zu wiederholen und in der Praxis auszuprobieren.

Die Leiterplatte fiel recht kompakt aus, sie wurde im Loot-Verfahren hergestellt.

Das Schema hat viele Vorteile:

• das Vorhandensein nur einer Spule;
• ein äußerst einfaches und nicht kapriziöses Schema, das praktisch keine zusätzliche Konfiguration erfordert;
• die gesamte Schaltung ist auf nur einem Chip aufgebaut;
• geringe Bodenempfindlichkeit;
• Auf Wunsch kann der Metalldetektor so konfiguriert werden, dass er nur Nichteisenmetalle erkennt und Eisenmetalle ignoriert, d. h. ein gewisser Anschein einer Metallunterscheidungsfunktion.

Nachteile:

• geringe Suchtiefe – der Detektor erkennt große Metallobjekte in einer Entfernung von bis zu 30 cm, mittlere Münzen bis zu 5 und 8 cm.

Das reicht nicht aus, aber je nach Zweck... Die Suche nach alten Wasserleitungen in der Wand meistert das Schema beispielsweise zu 100 %.

Die Schaltung ist auf einem CMOS-Chip CD4011 aufgebaut, der 4 2I-NOT-Logikelemente enthält. Es besteht aus 4 Teilen, einem Referenz- und Suchoszillator, einem Mischer und einem Signalverstärker, der auf einem einzigen Transistor aufgebaut ist. Als dynamischer Kopf ist es vorzuziehen, Kopfhörer mit einer Impedanz von 16 bis 64 Ohm zu verwenden, denn Die Endstufe ist nicht für niederohmige Lasten ausgelegt.

Der Metalldetektor funktioniert wie folgt. Zunächst sind Such- und Referenzoszillator auf die gleiche Frequenz abgestimmt, sodass wir vom Lautsprecher nichts hören. Die Referenzoszillatorfrequenz ist fest eingestellt und kann manuell durch Drehen eines variablen Widerstands eingestellt werden. Die Frequenz des Suchgenerators hängt stark von den Parametern der LC-Schaltung ab. Wenn ein Metallgegenstand im Sichtfeld der Suchspule erscheint, wird die Frequenz des LC-Kreises gestört, wodurch sich die Frequenz des Suchgenerators relativ zur Referenzfrequenz ändert. Der Mischer hebt den Frequenzunterschied dieser Generatoren hervor, der in Form eines Audiosignals gefiltert und an die Verstärkerstufe gesendet wird, deren Last der Kopfhörer ist.

Spule

Je größer der Durchmesser der Spule, desto empfindlicher ist der Metalldetektor, aber große Spulen haben ihre Nachteile, daher müssen Sie die optimalen Parameter wählen. Für diese Schaltung liegt der optimalste Durchmesser im Bereich von 15 bis 20 cm, Drahtdurchmesser 0,4-0,6 mm, Windungszahl 40-50, wenn der Spulendurchmesser innerhalb von 20 cm liegt. In meinem Fall wurde die Spule abgeschnitten, Die Windungen und der Durchmesser sind kleiner als nötig, sodass die Empfindlichkeit der Schaltung nicht so groß ist. Wenn Sie den Metalldetektor bei hoher Luftfeuchtigkeit verwenden möchten, muss die Spule versiegelt werden.

Einstellungen

Alle Einstellarbeiten werden ohne Metall im Sichtfeld der Spule durchgeführt!

Wenn der Stromkreis beim ersten Anschließen nicht auf Metall reagiert, aber alle Komponenten ordnungsgemäß funktionieren, liegt der Frequenzunterschied der Generatoren höchstwahrscheinlich außerhalb des Audiobereichs und der Ton wird vom Menschen einfach nicht wahrgenommen. In diesem Fall sollten Sie den variablen Widerstand verdrehen, bis ein Tonsignal ertönt. Als nächstes drehen wir denselben Widerstand langsam, bis wir ein niederfrequentes Signal aus dem Lautsprecher hören, dann drehen wir ihn noch etwas weiter in die gleiche Richtung, bis das Signal vollständig verschwindet. Damit ist die Einrichtung abgeschlossen.

Für eine genauere Abstimmung empfehle ich Ihnen, einen Widerstand mit mehreren Windungen oder zwei gewöhnliche Variablen zu verwenden, von denen eine für die grobe Abstimmung und die zweite für eine sanftere Abstimmung gedacht ist. Nach dem Einrichten überprüfen wir den Metalldetektor, indem wir einen Metallgegenstand an seine Spule bringen und sicherstellen, dass sich der Ton des Tonsignals ändert, d. h. die Schaltung auf Metall reagiert.

Der Effekt der Metallunterscheidung wird beobachtet, wenn beide Generatoren mit einer Frequenz von etwa 130–135 kHz betrieben werden, während die Empfindlichkeit gegenüber Eisenmetallen nahezu fehlt.

Der Stromkreis kann von einer konstanten Quelle mit einer Spannung von 3 bis 15 Volt gespeist werden, am besten ist die Verwendung einer 9-Volt-6F22-Batterie, der Stromverbrauch des Stromkreises liegt in diesem Fall im Bereich von 15 bis 30 mA , abhängig vom Lastwiderstand.

Das Funktionsprinzip derartiger Metalldetektoren basiert auf dem Einfluss des magnetischen Wechselfeldes einer Sendespule auf das Untersuchungsobjekt und der Registrierung des Signals, das durch die Induktion von Wirbelströmen im Ziel entsteht. Sie gehören somit zu den Ortungsgeräten und müssen über mindestens 2 Spulen verfügen – Sende- und Empfangsspule.

Sowohl das ausgesendete als auch das empfangene Signal sind kontinuierlich und stimmen in der Frequenz überein.

Ein grundlegender Punkt bei Metalldetektoren dieser Art ist die Wahl des Spulenstandorts. Sie müssen so angeordnet sein, dass das Magnetfeld der Sendespule in Abwesenheit von metallischen Fremdkörpern in der Empfangsspule ein Nullsignal induziert.

Die Spulen, die Strahlung erzeugen oder ein Signal empfangen, bestehen aus einer Struktur, die als Suchrahmen bezeichnet wird. Die parallele Anordnung der Spulen nennt man koplanar.

Typischerweise wird bei Metalldetektoren dieses Typs der Suchrahmen durch zwei Spulen gebildet, die in derselben Ebene liegen und so ausbalanciert sind, dass die Ausgabe der Empfangsspule minimal ist, wenn ein Signal an die vorherige Spule angelegt wird. Die Betriebsfrequenz der Strahlung liegt zwischen einem und mehreren zehn kHz.

Metalldetektoren auf Beats

Schwebungen sind ein Phänomen, das auftritt, wenn zwei periodische Signale mit ähnlichen Frequenzen und Amplituden multipliziert werden. Das resultierende Signal wird mit einer Frequenz wellen, die der Frequenzdifferenz entspricht. Wenn ein niederfrequentes Signal an den Lautsprecher angelegt wird, hören wir ein charakteristisches „gurgelndes“ Geräusch.

Der Metalldetektor enthält zwei Generatoren: Referenz und Messung. Der erste hat eine stabile Frequenz, während der zweite die Frequenz ändern kann, wenn er sich einem Metallobjekt nähert. Sein empfindliches Element ist eine Induktionsspule in Form eines Suchrahmens.

Signale von den Generatoren werden an einen Detektor gesendet, an dessen Ausgang eine Wechselspannung mit einer Frequenz abgegeben wird, die der Differenz zwischen den Frequenzen des Referenz- und Messgenerators entspricht. Als nächstes erhöht sich die Amplitude dieses Signals und es wird an eine Licht- und Tonanzeige gesendet.

Das Vorhandensein von Metall in der Nähe des Messrahmens führt zu einer Änderung der Parameter des umgebenden Magnetfelds und zu einer Änderung der Frequenz des entsprechenden Generators. Es entsteht eine Frequenzdifferenz, die isoliert und zur Signalerzeugung genutzt wird.

Je größer die Masse des Metalls und je näher das Metallobjekt ist, desto stärker unterscheiden sich die Frequenzen der Generatoren und desto höher ist die Frequenz der Generatorausgangsspannung.

Kann als eine Modifikation von schlagbasierten Metalldetektoren betrachtet werden Metalldetektoren - Frequenzmesser . Sie verfügen nur über einen Messgenerator. Nähert sich der Messrahmen des Metalldetektors einem Metallgegenstand, ändert sich die Frequenz des Generators. Dann wird die Länge des Zeitraums in Abwesenheit von Metall davon abgezogen.

Einspulen-Induktionsmetalldetektoren

Dieser Metalldetektor verfügt über eine Spule, die sowohl sendet als auch empfängt.

Um die Spule herum wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das beim Erreichen eines Metallgegenstandes darin Wirbelströme erzeugt, die Änderungen in der magnetischen Induktion des Feldes um die Spule bewirken.

Die im Objekt entstehenden Ströme verändern die Größe der magnetischen Induktion des elektromagnetischen Feldes um die Spule. Die Kompensationseinrichtung hält einen konstanten Strom durch die Spule aufrecht. Daher funktioniert der Indikator, wenn sich die Induktivität ändert.

Impulsmetalldetektoren

Ein Impulsmetalldetektor besteht aus einem Stromimpulsgenerator, Empfangs- und Sendespulen, einem Schaltgerät und einer Signalverarbeitungseinheit. Aufgrund des Funktionsprinzips handelt es sich um einen ortsbezogenen Metalldetektor.

Mithilfe einer Schalteinheit erzeugt der Stromgenerator periodisch kurze Stromimpulse, die in die Sendespule gelangen und so Impulse elektromagnetischer Strahlung erzeugen. Wenn diese Strahlung einem Metallgegenstand ausgesetzt wird, entsteht in diesem ein gedämpfter Stromimpuls, der einige Zeit anhält. Dieser Strom erzeugt Strahlung vom Metallgegenstand, die Strom in der Spule des Messrahmens induziert. Anhand der Größe des induzierten Signals kann man das Vorhandensein oder Fehlen leitfähiger Objekte in der Nähe des Messrahmens beurteilen.

Das Hauptproblem bei dieser Art von Metalldetektoren besteht darin, die schwache Sekundärstrahlung von der viel stärkeren Strahlung zu trennen.

Die meisten Metalldetektoren vom Impulstyp haben eine niedrige Wiederholungsrate der Stromimpulse, die der Sendespule zugeführt werden.

Magnetometer

Bei magnetisch empfindlichen Metalldetektoren wird die Empfindlichkeit normalerweise durch die Stärke der Magnetfeldinduktion angegeben, die das Gerät registrieren kann. Die Empfindlichkeit wird üblicherweise in Nanotesla gemessen.

Zur Bestimmung der Eigenschaften eines Magnetometers wird neben der Empfindlichkeit auch die Auflösung verwendet, die den minimalen Induktionsunterschied bestimmt.

Geräte, deren Funktionsprinzip auf der Nutzung nichtlinearer Eigenschaften ferromagnetischer Materialien beruht, haben eine weite Verbreitung gefunden.

Empfindliche Elemente, die dieses Prinzip umsetzen, werden aufgerufen Fluxgates .

Ein typisches Magnetometerdesign umfasst einen Stab mit einer Batteriestromversorgung und einer darauf platzierten elektronischen Einheit sowie einen Fluxgate-Wandler auf einer Achse senkrecht zum Stab.

Vor dem Einsatz wird das Gerät vorkalibriert, um die Auswirkungen des Erdfeldes in Abwesenheit ferromagnetischer Prüfobjekte zu kompensieren.

Es gibt Magnetometer, die nach anderen physikalischen Prinzipien arbeiten. So sind Quantengeräte bekannt, die auf dem Effekt der Kernspinresonanz und des Zeeman-Effekts mit optischem Pumpen basieren. Sie haben eine große Sensibilität.

Handmetalldetektoren

Sie sind weder groß noch schwer. Während des Suchvorgangs bewegen sie sich manuell entlang des Kontrollobjekts.

Die Fähigkeit eines Objekts, Metallobjekte wahrzunehmen, wird durch seine Empfindlichkeit bestimmt. Handmetalldetektoren können ein Objekt in der Größe einer kleinen Münze aus einer Entfernung von 5-10 bis zu mehreren zehn Zentimetern erkennen.

Die Empfindlichkeit hängt von der Ausrichtung des Metalldetektorrahmens relativ zum Testobjekt ab. Es empfiehlt sich, mehrmals in unterschiedlichen Winkeln einen Suchrahmen entlang des Prüflings durchzuführen.

Beispiele für tragbare Metalldetektoren:

Selektiver Metalldetektor AKA 7215 :

Der Alarmton hängt von der Art des erkannten Metalls ab

Verfügt über ein Potentiometer zur stufenlosen Empfindlichkeitseinstellung sowie einen Schalter – Eisen- und Nichteisenmetalle

Kontinuierliche Betriebszeit mit einer frischen 9-V-Batterie – mindestens 40 Stunden

Gewicht 280 g.

Handmetalldetektor GARRETT:

Es gibt einen Schalter zur Reduzierung der Empfindlichkeit

Automatische Überwachung des Batteriestands

Alarmanzeige – Ton und LED

Stoßfestes Gehäuse

Kopfhörer-/Batterieanschluss

Erfüllt Hygienezertifikate

Dauerbetriebszeit – bis zu 80 Stunden

Die Entwicklungen der letzten Jahre waren durch eine Zunahme der „elektronischen Komplexität“ von Geräten gekennzeichnet. Sie sind mit Mikroprozessoren, Displays usw. ausgestattet. All dies ermöglicht es Ihnen, die Funktionalität der Geräte zu erweitern.

Die Displays zeigen Informationen über das erkannte Objekt und dessen Leitfähigkeit.