Un appareil très tentant. Il peut être utilisé à diverses fins, par exemple pour retrouver de vieux câbles, des conduites d'eau et, en fin de compte, un trésor. En fait, le concept de détecteur de métaux est très large et les détecteurs de métaux eux-mêmes sont différents. Le principe de recherche de métaux inhérent aux détecteurs de métaux classiques est utilisé dans une variété d'appareils, allant des simples détecteurs aux stations radar. Nous approfondirons probablement cette théorie une autre fois. Eh bien, passons maintenant aux choses sérieuses.

Récemment, les détecteurs de métaux dits pulsés, qui ne contiennent qu'une seule bobine et ont une conception relativement simple, gagnent en popularité. En même temps, ils offrent une assez bonne sensibilité et une grande fiabilité. Un détecteur de métaux à impulsions fonctionne selon le principe d'émission-réception. La bobine de recherche d'un tel détecteur de métaux peut fonctionner selon deux modes : réception et transmission.

Bobine rayonnée : Le signal génère ou excite des courants de Foucault dans le métal, qui sont captés par la bobine elle-même.

Différents métaux ont des conductivités électriques différentes, de nombreux détecteurs de métaux peuvent le reconnaître, déterminant avec une assez grande précision quel type de métal se trouve dans le sol. Le schéma donné d'un détecteur de métaux se trouve très souvent sur Internet, mais il existe très peu de photos de conceptions réelles et de critiques, alors AKA KASYAN (auteur de la chaîne YouTube du même nom) a décidé de répéter le schéma afin de comprendre qu'est-ce que c'est. L'auteur a créé un circuit imprimé et soudé tous les composants.

Le circuit imprimé lui-même s'est avéré assez compact. Il a été réalisé selon la méthode LUT (pour ceux que cela intéresse, dans la description sous la vidéo de l'auteur vous trouverez un lien vers l'archive du projet avec un fichier de circuit imprimé, ainsi qu'un schéma, une liste de composants et tout le reste (SOURCE lien à la fin de l'article)).

Le schéma ci-dessus présente de nombreux avantages. Premièrement, c'est la présence d'une seule bobine, deuxièmement, il s'agit d'un circuit extrêmement simple et non capricieux qui ne nécessite pratiquement aucune configuration supplémentaire, et enfin, le plus important, l'ensemble du circuit est construit sur la base d'un seul microcircuit. .

Après assemblage et tests, des caractéristiques supplémentaires de ce circuit sont apparues, à savoir une faible sensibilité à la terre, ce qui est un point important. Et si vous le souhaitez, le détecteur de métaux peut être configuré de manière à ne détecter que les métaux non ferreux et à ignorer les métaux ferreux. Autrement dit, un semblant de fonction de discrimination des métaux disponible sur de nombreux modèles de détecteurs de métaux commerciaux.

L'inconvénient est la faible profondeur de recherche. Le détecteur détecte les gros objets métalliques à une distance allant jusqu'à 30 cm, les pièces de monnaie moyennes jusqu'à 5 à 8 cm. Cela ne suffit pas, diront beaucoup, mais cela dépend du but recherché. Par exemple, l'auteur a assemblé ce détecteur de métaux pour rechercher de vieilles conduites d'eau dans le mur, et le circuit a fait face à cette tâche à 100 %.

Ce bébé est bon par sa simplicité et peut devenir un assistant indispensable pour certaines tâches.

Regardons son schéma :

Il est construit sur la base de la logique CMOS CD4011.

Le circuit se compose de 4 parties : oscillateurs de référence et de recherche, mélangeur et amplificateur de signal (dans ce cas, il est construit sur un seul transistor).

En tant que tête dynamique, il est préférable d'utiliser des écouteurs avec une résistance de bobine de 16 à 64 Ohms, car l'étage de sortie n'est pas conçu pour des charges à faible impédance.

Le détecteur de métaux fonctionne de manière simple. Initialement, les oscillateurs de recherche et de référence sont accordés approximativement sur la même fréquence. Dans ce cas, il n’y a pas de différence de fréquence et, par conséquent, nous n’entendrons rien du haut-parleur.

La fréquence de l'oscillateur de référence est fixe, avec possibilité de réglage manuel par rotation d'une résistance variable.

Mais la fréquence du générateur de recherche dépend fortement des paramètres du circuit LC.

S'il y a un objet métallique dans le champ de vision de la bobine de recherche, la fréquence du circuit LC est perturbée, en d'autres termes, la fréquence du générateur de recherche change par rapport à celle de référence.

Les signaux des deux générateurs entrent ensuite dans le mélangeur. Leur différence est libérée sous la forme d'un signal audio, filtré et envoyé à l'étage amplificateur dont la charge est l'écouteur.

Bobine.

Plus le diamètre de la bobine est grand, plus le détecteur de métaux est sensible. Mais les grandes bobines ont leurs inconvénients, vous devez donc choisir les paramètres optimaux. Pour ce circuit, le diamètre le plus optimal est compris entre 15 et 20 cm. Le diamètre du fil d'enroulement est de 0,4 à 0,6 mm, le nombre de tours est de 40 à 50, si le diamètre de la bobine est inférieur à 20 cm. Dans ce cas, la bobine est réduite, les tours et le diamètre sont plus petits que nécessaire, donc la sensibilité du circuit n'est pas si chaude.

Si vous envisagez d'utiliser un détecteur de métaux fait maison dans des conditions de forte humidité, la bobine doit être soigneusement scellée.
Installation. Si, lors de la première mise sous tension, le circuit ne réagit pas au métal, mais que tous les composants fonctionnent correctement, il est fort probable que la différence de fréquence entre les générateurs se situe en dehors de la plage audio et que le son n'est tout simplement pas perçu par les humains. Dans ce cas, vous devez faire tourner la résistance variable jusqu'à ce qu'un signal sonore apparaisse, puis faire tourner lentement la même résistance jusqu'à ce que vous entendiez un signal basse fréquence provenant du haut-parleur. Ensuite on fait tourner la variable un peu plus dans le même sens jusqu'à ce que le signal disparaisse complètement.

Ceci termine la configuration. Pour un réglage plus précis, l'auteur conseille d'utiliser une résistance multitours, ou 2 variables ordinaires dont l'une est destinée à un réglage grossier, et la seconde à un réglage plus fluide.

Bien entendu, tous les travaux de réglage doivent être effectués en l'absence de métal dans le champ de vision de la bobine. Eh bien, à la toute fin, nous présentons un objet métallique à la bobine et veillons à ce que la tonalité du signal sonore change, c'est-à-dire que le circuit réagit au métal.

Le principe de fonctionnement du détecteur de métaux

Le principe de fonctionnement du détecteur de métaux

Comme vous le savez, un détecteur de métaux est capable de détecter la présence d’objets métalliques sans aucun contact avec eux. L'opérateur est informé de la présence de métal par des signaux particuliers : son, mouvement de la flèche, changement des valeurs des indicateurs, etc.

Selon le principe de fonctionnement, on distingue les types de détecteurs de métaux suivants :

1. Détecteur de métaux avec fréquencemètre électronique

Le principe de fonctionnement d'un tel détecteur de métaux repose sur un fréquencemètre électronique estimant la fréquence du générateur de mesure, lorsque le capteur lui-même est encore loin de la cible. La valeur résultante est « mémorisée » par le registre. Après quoi, lors de la recherche d'objets d'intérêt, le fréquencemètre électronique mesure en permanence la fréquence du générateur récepteur. L'indicateur de fréquence de référence est soustrait des données reçues et le résultat est affiché sur l'écran d'affichage.

Schéma de circuit d'un détecteur de métaux avec fréquencemètre électronique

2. Battre le détecteur de métaux

Le principe de fonctionnement d'un détecteur de métaux Beat repose sur la combinaison de la différence de fréquences émanant de deux générateurs. L'un de ces générateurs a une fréquence stable et le système du second comprend un capteur, qui est un inducteur. Si des objets métalliques ne se trouvent pas à proximité du détecteur de métaux, les valeurs de fréquence des générateurs de l'appareil sont presque les mêmes. La présence de métal à proximité du capteur entraîne un changement brutal de la fréquence du générateur.

Battre le circuit du détecteur de métaux

L’enregistrement des différences de fréquence peut se produire de diverses manières. Le moyen le plus simple consiste à écouter le signal à l’aide d’un casque ou d’un haut-parleur. Des méthodes numériques pour mesurer les fluctuations de fréquence sont également souvent utilisées.

3. Détecteurs de métaux avec principe de fonctionnement « émission-réception »

Le principe de fonctionnement d'un tel détecteur de métaux est d'enregistrer un signal réfléchi par un objet métallique. L'apparition d'un signal réfléchi est le résultat de l'influence d'un champ magnétique à flux alternatif de la bobine de l'appareil sur la cible (objet métallique). Dans le même temps, la structure de l'appareil comprend au moins deux bobines, dont l'une est « responsable » de la transmission du signal et l'autre de sa réception.

Le fonctionnement d'un détecteur de métaux « émission-réception » repose sur une certaine disposition mutuelle des bobines, qui élimine l'influence de l'une sur l'autre. Ainsi, s'il n'y a pas d'objets métalliques étrangers, la bobine émettrice induit un signal nul au système récepteur. L'apparition d'objets métalliques à proximité des bobines entraîne l'apparition d'un signal particulier.

4. Détecteur de métaux à induction à bobine unique

La conception du capteur de cet appareil ne comprend qu'une seule bobine qui surveille les changements de fréquence. Si une cible apparaît à proximité du détecteur de métaux, un signal réfléchi se produit. Dans la bobine, il est « guidé » par un signal électrique supplémentaire. L'opérateur n'aura qu'à isoler ce signal. Le signal réfléchi peut être enregistré en calculant à partir de l'indicateur électrique présent dans la bobine un signal de phase, de fréquence et d'amplitude similaires à ceux observés en l'absence de métal à proximité.

De manière générale, un détecteur de métaux à induction monobobine combine les caractéristiques des appareils fonctionnant sur battement avec les appareils du principe « émission-réception ». Ainsi, un détecteur de métaux à bobine unique se caractérise par une sensibilité élevée et une simplicité de conception.

5. Détecteur de métaux à impulsion

Un détecteur de métaux pulsé se caractérise par une sensibilité élevée et peut être utilisé pour rechercher divers objets même à de grandes profondeurs. Le fonctionnement d'un tel détecteur de métaux est basé sur la méthode temporelle de séparation des signaux d'émission et de réflexion. Cette méthode est très souvent utilisée en écho et en radar pulsé.

Le générateur d'impulsions génère des impulsions de courant à court terme, qui pénètrent ensuite dans la bobine émettrice. Ici, elles sont déjà converties en impulsions d'induction magnétique. Depuis le générateur d'impulsions, c'est-à-dire La bobine émettrice est de nature inductive ; des « surcharges » se produisent au niveau des fronts d'impulsion sous la forme de chutes de tension. Ces sursauts peuvent atteindre des amplitudes de plusieurs dizaines voire centaines de volts. Cependant, il est préférable de ne pas utiliser de limiteurs de protection, car Le front du courant pulsé et l'induction magnétique peuvent être retardés. En conséquence, le processus de séparation d’un signal de type réfléchissant deviendra plus difficile.

Circuit détecteur de métaux pulsé

Il convient de noter que les bobines émettrices et réceptrices peuvent être situées dans un ordre totalement arbitraire. Ceci est dû au fait que la pénétration du signal émis et l'influence du signal réfléchi sur la bobine sont espacées sur certains intervalles de temps. De plus, la même bobine peut remplir n'importe lequel des rôles : à la fois recevoir un signal et le réfléchir.

6. Magnétomètres

Les magnétomètres sont des appareils dont le but est de modifier le champ magnétique. Parallèlement, les magnétomètres peuvent également être utilisés comme détecteurs de métaux. Cela est possible car le champ magnétique terrestre peut être déformé par divers matériaux aux propriétés ferromagnétiques, comme le fer. La détection de tels objets s'effectue en enregistrant les écarts par rapport au module de champ magnétique initial pour une certaine zone. En conséquence, vous pouvez observer certaines inhomogénéités magnétiques (anomalies), qui peuvent être causées par des objets métalliques.

Contrairement aux détecteurs de métaux évoqués ci-dessus, les magnétomètres couvrent une plage de détection d'objets en fer plus large. Beaucoup ont probablement entendu parler de l'utilisation d'un magnétomètre pour localiser, par exemple, une voiture située à une distance de 10 mètres de l'opérateur. Dans le même temps, le principal inconvénient des magnétomètres est leur incapacité à détecter des objets constitués de métaux non ferreux. De plus, le magnétomètre peut réagir non seulement au fer, mais aussi aux anomalies magnétiques dites naturelles. Il peut s'agir par exemple de gisements minéraux ou de minéraux individuels, etc.

Circuit magnétomètre

7. Radars

Le principe de fonctionnement de tout radar repose sur la méthode d'étude de l'énergie électromagnétique, sa réflexion et sa réception depuis divers objets dans les airs, sur mer ou au sol. Le signal réfléchi est reçu pour un traitement et une analyse ultérieurs. En conséquence, vous pouvez déterminer avec précision l'emplacement de l'objet d'intérêt, sa vitesse et sa trajectoire.

Les radars présentent de nombreux avantages indéniables. Ainsi, ils permettent de travailler sur des distances assez importantes. Le signal réfléchi peut être considéré comme tel qu'il obéit pleinement aux lois de l'optique géométrique, et son atténuation n'est proportionnelle qu'à la puissance seconde de la distance. Dans le même temps, un sérieux inconvénient du radar est qu'en émettant des ondes électromagnétiques, il vous permet de détecter votre position. Cependant, une recherche intensive est actuellement en cours pour trouver des méthodes permettant de masquer les signatures radar, et il est fort possible qu'il soit bientôt possible de se débarrasser de cet inconvénient.

3.1 DÉTECTEUR DE METAUX SELON LE PRINCIPE "ÉMETTEUR-RÉCEPTION"

Les termes « émission-réception » et « signal réfléchi » dans divers dispositifs de détection sont généralement associés à des méthodes telles que l'écho pulsé et le radar, ce qui est une source de confusion lorsqu'il s'agit de détecteurs de métaux. Contrairement à divers types de localisateurs, dans les détecteurs de métaux de ce type, le signal transmis (émis) et le signal reçu (réfléchi) sont continus, ils existent simultanément et coïncident en fréquence.

3.1.1. Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement des détecteurs de métaux de type « émission-réception » est d'enregistrer un signal réfléchi (ou, comme on dit, réémis) par un objet métallique (cible), voir pp. 225-228. Le signal réfléchi est dû à l'influence du champ magnétique alternatif de la bobine émettrice (émettrice) du détecteur de métaux sur la cible. Ainsi, un dispositif de ce type implique la présence d'au moins deux bobines dont l'une émettrice et l'autre réceptrice.

Le principal problème fondamental résolu dans les détecteurs de métaux de ce type est le choix de la disposition relative des bobines, dans laquelle le champ magnétique de la bobine émettrice, en l'absence de corps métalliques étrangers, induit un signal zéro dans bobine réceptrice (ou système de bobine réceptrice). Il est donc nécessaire d'éviter un impact direct de la bobine émettrice sur la bobine réceptrice. L'apparition d'une cible métallique à proximité des bobines entraînera l'apparition d'un signal sous la forme d'une force électromotrice variable. dans la bobine réceptrice.

3.1.2. Circuits de capteurs

Au début, il peut sembler que dans la nature, il n'existe que deux options pour la disposition relative des bobines, dans lesquelles il n'y a pas de transmission directe du signal d'une bobine à l'autre (voir Fig. 1 a et 16) - des bobines avec des axes perpendiculaires et croisés.

Riz. 1. Options pour la disposition relative des bobines dactiques du détecteur de métaux selon le principe « émission-réception ».

Une étude plus approfondie du problème montre qu'il peut y avoir autant de systèmes de détection de métaux différents que l'on souhaite, mais ils contiendront des systèmes plus complexes avec plus de deux bobines, connectées électriquement de manière appropriée. Par exemple, la figure 1c montre un système composé d'une bobine émettrice (au centre) et de deux bobines réceptrices connectées à contre-courant en fonction du signal induit par la bobine émettrice. Ainsi, le signal à la sortie du système de bobines réceptrices est idéalement égal à zéro, puisque la force électromotrice induite dans les bobines. mutuellement compensés.

Les systèmes de capteurs dotés de bobines coplanaires (c'est-à-dire situées dans le même plan) sont particulièrement intéressants. Cela s'explique par le fait que les détecteurs de métaux sont généralement utilisés pour rechercher des objets situés dans le sol, et rapprocher le capteur de la distance minimale de la surface de la terre n'est possible que si ses bobines sont coplanaires. De plus, de tels capteurs sont généralement compacts et s'intègrent bien dans des boîtiers de protection tels que « crêpe » ou « soucoupe volante ».

Les principales options pour la disposition relative des bobines coplanaires sont représentées sur les figures 2a et 26. Dans le circuit de la figure 2a, la disposition relative des bobines est choisie de telle sorte que le flux total du vecteur induction magnétique à travers la surface limité par la bobine réceptrice est égale à zéro. Dans le circuit de la figure 26, l'une des bobines (réceptrice) est torsadée en forme de huit, de sorte que la force électromotrice totale induite sur les moitiés de spires de la bobine réceptrice, située dans une aile de la figure. de huit, compense une FEM totale similaire, dirigée dans l'autre aile du G8.

Riz. 2. Options coplanaires pour la disposition relative des bobines des détecteurs de métaux selon le principe « émission-réception ».

Diverses autres conceptions de capteurs avec des bobines coplanaires sont également possibles, par exemple la figure 2c. La bobine réceptrice est située à l’intérieur de la bobine émettrice. La force électromotrice induite dans la bobine réceptrice. est compensé par un dispositif de transformateur spécial qui sélectionne une partie du signal de la bobine émettrice.

3.1.3.1. Système de bobines à axes perpendiculaires

Considérons plus en détail l'interaction d'un capteur détecteur de métaux avec une cible métallique en utilisant l'exemple d'un système de bobines avec axes perpendiculaires, Fig.1a. Par souci de simplicité, nous considérons un système à bobines dont les dimensions longitudinales peuvent être négligées. Nous continuerons à réfléchirIl est clair que les bobines émettrices et réceptrices sont des cadres ronds infiniment fins (voir Fig. 3). Pour un tel repère, le vecteur du moment magnétique lorsque le courant I circule a la forme :

Figure 3. Modèle de bobine émettrice.

L'induction du champ magnétique créé par ce cadre à une grande distance r de son centre (voir Fig. 4) est :

Riz. 4. Composantes du vecteur d'induction du champ magnétique de la bobine émettrice.

en supposant que r>>T S et les indices « n » et « t » désignent respectivement les composantes normale et tangentielle du vecteur induction magnétique.

Considérons l'interaction du cadre émetteur, du cadre récepteur et de l'objet dans le cas de bobines à axes perpendiculaires (voir Fig. 5).

Riz. 5. La position relative des bobines du capteur du détecteur de métaux et de l'objet (cible).

L'angle entre l'axe de symétrie du système de bobines et le vecteur d'induction de champ B de la bobine rayonnante est égal à 2р, puisque les lignes de champ, dues aux relations (1.2), sont des cercles, et du fait de l'hypothèse de petites tailles de bobines :

où L est ce qu'on appelle la base du capteur du détecteur de métaux (voir Fig. 5).

3.1.3.2. Réflexion du signal due à la conductivité de l'objet

Un objet métallique conducteur, dont les dimensions seront également considérées pour l'instant comme petites, au moins ne dépassant pas r et r" (voir Fig. 5), du point de vue de la réémission du champ magnétique, peut être représenté comme un équivalent cadre avec courant I* , le vecteur du moment magnétique dont Рm* est pratiquement parallèle au vecteur induction de la bobine rayonnante B.

La valeur de Pm* dépend de la taille de l’objet conducteur, de sa conductivité, de l’induction du champ à l’emplacement de l’objet et de la fréquence du champ émis. L'induction du champ de reradiation a une composante B0 non nulle dans la direction du vecteur normal au centre de la bobine réceptrice , ce qui conduit à l'apparition dans cette bobine d'une force électromotrice proportionnelle à la composante spécifiée :

Riz. 6. Calculer le moment magnétique d’une balle équivalente.

Afin de calculer le moment magnétique du bâti équivalent Рm* , il faut faire l'intégrale sur tout le volume de l'objet conducteur de manière à additionner les contributions de tous les courants élémentaires d'anneau induits par le champ de la bobine rayonnante à la valeur finale Pm*. Pour simplifier, nous supposerons que le champ magnétique dans tout le volume de l'objet conducteur est uniforme, c'est-à-dire qu'il est situé à une distance considérable de la bobine émettrice. Pour éviter des problèmes d'orientation de l'objet, nous supposerons pour l'instant qu'il a la forme d'une boule homogène (voir Fig.b). En supposant que l’objet conducteur se trouve à une distance considérable de la bobine réceptrice, on peut écrire :

En négligeant le phénomène d'auto-induction dont l'influence sera discutée ci-dessous, on obtient :

Pour prendre en compte le phénomène d'auto-induction, nous supposons par souci de simplicité que le champ réémis est uniforme à l'intérieur de l'objet cible et, en fonction de l'amplitude du moment magnétique (1.7), est :

En substituant B -B"in au lieu de B dans l'expression (1.7), nous obtenons toujours la dépendance proportionnelle Рm* deV , mais avec un coefficient K1 légèrement différent :

Le composant d'induction au centre de la bobine réceptrice :

Dans un système de coordonnées cartésiennes dont l'origine est au milieu de la base du système de bobines (voir Fig. 7), la dernière expression prend la forme :

Introduisons les coordonnées normalisées :

Déterminons, au signe près de la force électromotrice, induite dans la bobine réceptrice :

où So est la section transversale de la bobine réceptrice, N est le nombre de ses tours.

Où S est la section transversale de la bobine émettrice, I est le courant total de tous ses se tourne.

Dans l'espace tridimensionnel, lorsque le plan XOY n'est pas perpendiculaire au plan du repère récepteur,

Riz. 7. Système de coordonnées.

Figure 8. Orientation en roulis de l'objet.

3.1.3.3 Réflexion du signal due aux propriétés ferromagnétiques de l'objet

Un objet ferromagnétique, dont les dimensions seront également considérées comme petites, au moins ne dépassant pas r et rў (voir Fig. 5), du point de vue de la courbure du champ magnétique, peut être représenté comme un cadre équivalent avec un courant I*, dont le vecteur moment magnétique est Рm* presque parallèle au vecteur induction de la bobine rayonnante B.

La valeur de Pm* dépend Que t la taille de l’objet ferromagnétique, sa perméabilité magnétique et l’induction de champ à l’emplacement de l’objet. Afin de calculer le moment magnétique du référentiel équivalent Рm*, il est nécessaire de prendre l'intégrale sur tout le volume de l'objet ferromagnétique de manière à résumer les contributions de tous les courants ampères apparaissant dans le ferromagnétique sous l'influence d'un courant externe. champs de la bobine émettrice.Pour un objet homogène sphérique on obtient :

où B est l'induction du champ magnétique, m - perméabilité magnétique du matériau objet, R est le rayon de l'objet - la balle.

Toutes les expressions obtenues ci-dessus pour un objet conducteur resteront en vigueur si pour ce cas on y met :

3.1.3.4. Superposition des propriétés conductrices et ferromagnétiques d'un objet

La prise en compte simultanément des propriétés électriquement conductrices et ferromagnétiques d'un objet en forme de bille conduit à la valeur suivante du coefficient K1 :

Le coefficient de normalisation K4, inclus dans l'expression de la tension dans la bobine réceptrice, est :

L'évaluation numérique (1.23) montre, par exemple, que les modules des termes dans l'expression à une fréquence typique du champ rayonné de 10 (kHz) deviennent proportionnés au rayon d'un objet sphérique de l'ordre de 1 (cm) et à condition que l'objet ait des propriétés ferromagnétiques. De plus, la dépendance du premier terme à l'opérateur de Laplace indique que la phase du signal réfléchi changera en fonction du rapport des propriétés électriquement conductrices et ferromagnétiques de l'objet cible, ainsi que de la conductivité du matériau et de la taille de L'object. Le principe de fonctionnement est basé sur ce phénomène discriminateurs les détecteurs de métaux modernes, c'est-à-dire les appareils électroniques qui permettent le déphasage du signal réfléchi par un objet pour évaluer les propriétés de l'objet (avec une certaine probabilité, même le type de métal).

3.1.3.5. Prise en compte de la forme de l'objet

Les expressions obtenues précédemment, comme indiqué, n'étaient valables que pour la forme de l'objet cible en forme de boule homogène. Il est évident que l'impact d'objets de forme plus complexe peut être réduit à l'impact d'une balle équivalente de rayon Req.

La tension induite dans la bobine réceptrice, due à la manifestation de propriétés uniquement ferromagnétiques, pour un objet sphérique est proportionnelle à son volume (voir expression (1.22)). Ainsi, pour des objets pas trop étendus et de forme plus complexe, en première approximation, une sphère dont le volume coïncide avec le volume d'un ferromagnétique dans un objet de forme complexe peut être considérée comme équivalente. Ad hoc:

où V est le volume du ferromagnétique.

Avec la tension induite dans la bobine réceptrice due à la réémission d'un objet conducteur, la situation est plus compliquée. Quand gros objets avec une bonne conductivité électrique expression (1.9) et, par conséquent, la tension induite dans la bobine réceptrice est également proportionnelle au volume de l'objet (c'est-à-dire R^3 ) et le rayon de la balle équivalente est également calculé à l'aide de la formule (1.25). Quand petits objets avec une mauvaise conductivité électrique l'approche est différente. Dans ce cas, l’expression générale (1.9) dégénère en cas particulier (1.8). Considérons d'abord l'influence d'une cavité sphérique de rayon Rп à l'intérieur d'un objet sphérique sur Req. En utilisant le principe de superposition, nous imaginons le résultat de l'impact d'un objet sphérique avec une cavité comme la différence entre les résultats de l'impact d'une balle solide et d'une balle de rayon Rп. Conformément à (1.8), la relation suivante est vérifiée :

La figure 9 montre des graphiques de la dépendance de R/Req sur R/D R pour une sphère creuse faiblement conductrice d'électricité et pour une sphère creuse ferromagnétique. D'après le graphique, il est clair que pour ne pas

Figure 9. L'influence de l'épaisseur de paroi d'une bille creuse sur le rayon équivalent.

billes à parois trop fines en matériau faiblement conducteur Req» R. Par conséquent, contrairement à une bille ferromagnétique et à une bille à haute conductivité, pour une bille faiblement conductrice, en première approximation, peu importe qu'elle soit pleine ou creuse. Son influence sur le processus de réémission est déterminée principalement par la taille linéaire, c'est-à-dire R. Par conséquent, dans le cas d'objets peu conducteurs pas trop étendus de forme plus complexe, y compris creux, en première approximation, une boule dont le rayon R est égal à la moitié peut être considéré comme équivalent à la taille caractéristique moyenne d'un objet.

La conclusion ci-dessus est bien confirmée dans la pratique sous la forme d'une réponse significative d'un détecteur de métaux à partir de morceaux insignifiants de feuille d'aluminium métallique, que l'on trouve pratiquement partout où la civilisation moderne a laissé sa marque.

3.1.3.6. Système de bobines à axe transversal

Riz. 10. Orientation du capteur de roulis.

La vue le long de l'axe du capteur du détecteur de métaux avec cet agencement de bobines est représentée sur la figure 10. Pour calculer un tel circuit, il convient d'utiliser le principe de superposition et de décomposer le vecteur du moment magnétique de la bobine émettrice et la surface de la bobine réceptrice en composantes verticales et horizontales (projections, voir Fig. 11).

Pour la composante horizontale, la projection du champ d'induction dans la bobine réceptrice continuera à être déterminée par la relation (1.4). Cependant, une orientation différente du moment magnétique donne (au signe près) le résultat :

où K 2 est déterminé par la formule (1.11).

La composante verticale du champ d'induction dans la bobine réceptrice Bov est perpendiculaire aux vecteurs r et r" et ne dépend pas explicitement des angles g et b :

Figure 11. Décomposition du moment magnétique et de la surface de la bobine réceptrice en composants.

La force électromotrice dans la bobine réceptrice Uo, précise au signe, est :

De là, nous obtenons :

Dans le repère cartésien avec l'origine au milieu de la base du système de bobines (voir Fig. 5), on obtient :

En introduisant les coordonnées normalisées (1.14), on obtient :

où K 4 est calculé à l'aide de la formule (1.19) ou (1.24).

3.1.4. Considérations pratiques

Sensibilité Un détecteur de métaux dépend avant tout de son capteur. Pour les options de capteur considérées, la sensibilité est déterminée par les formules (1.20) et (1.33). Avec l'orientation du capteur vers l'objet à l'angle de roulis y optimal pour chaque cas, elle est déterminée par le même coefficient K4 et les fonctions de coordonnées normalisées F(X,Y) et G(X,Y). A titre de comparaison, dans le carré XO [-4,4], YO [-4,4], les modules de ces fonctions sont représentés sous la forme d'un ensemble axonométrique de sections sur une échelle logarithmique sur les Fig. 12 et Fig. 13 .

La première chose qui attire votre attention sont les maxima prononcés à proximité des emplacements des bobines du capteur (0,+1) et (0,-1). Les maxima des fonctions F(X,Y) et G(X,Y) n'ont pas d'intérêt pratique et, pour faciliter la comparaison des fonctions, sont coupés au niveau 0(dB). D'après les figures et l'analyse des fonctions F(X,Y) et G(X,Y), il ressort également que dans le carré indiqué le module de la fonction F dépasse presque partout légèrement le module de la fonction G, avec à l'exception des points les plus éloignés aux coins du carré et à l'exception d'une région étroite proche de X=0, où la fonction F a un « ravin ».

Le comportement asymptotique de ces fonctions loin de l'origine peut être illustré à Y=0. Il s'avère que le module de la fonction F diminue avec la distance proportionnellement à x^(-7), et le module de la fonction G diminue proportionnellement à x^(-6). Malheureusement, l'avantage de la fonction G en sensibilité n'apparaît qu'à de grandes distances dépassant la portée pratique

Riz. 12. Graphique de la fonction F(X,Y).

Figure 13. Graphique de la fonction G(X,Y).

Détecteur de métaux. Les mêmes valeurs des modules F et G sont obtenues en X" 4,25.

La fonction « ravin » F a une signification pratique très importante. Premièrement, cela indique que le capteur d'un système de bobines à axes perpendiculaires a une sensibilité minimale (théoriquement nulle) aux objets métalliques situés sur son axe longitudinal. Naturellement, ces éléments incluent également de nombreux éléments de la conception du capteur lui-même. Par conséquent, le signal inutile réfléchi par eux sera bien inférieur à celui d’un capteur à système de bobine à axe transversal. Ce dernier est très important, étant donné que le signal réfléchi par les éléments métalliques du capteur lui-même peut dépasser le signal utile de plusieurs ordres de grandeur (en raison de la proximité de ces éléments avec les bobines du capteur). Ce n'est pas que le signal inutile provenant des éléments métalliques de la structure du capteur soit difficile à compenser. La principale difficulté réside dans les moindres modifications de ces signaux, qui sont généralement provoquées par des déformations thermiques et surtout mécaniques de ces éléments. Ces moindres changements peuvent déjà être comparables au signal utile, ce qui entraînera des lectures incorrectes ou de fausses alarmes de l'appareil. Deuxièmement, si en utilisant un détecteur de métaux d'un système de bobines à axes perpendiculaires, un petit objet a déjà été détecté, alors la direction de son emplacement exact peut être facilement « déterminé » "par la valeur zéro du signal du détecteur de métaux avec l'orientation exacte de son axe longitudinal par rapport à l'objet (pour toute orientation de rouleau). Considérant que la zone de « capture » du capteur lors de la recherche peut être de plusieurs mètres carrés, la dernière qualité du systèmele sujet des bobines à axes perpendiculaires est très utile en pratique (fouilles moins inutiles).

La caractéristique suivante des graphiques des fonctions F(X,Y) et G(X,Y) est la présence d'un « cratère » en forme d'anneau de sensibilité nulle passant par les centres des bobines (un cercle de rayon unité centré au point (0,0)). En pratique, cette fonctionnalité permet de déterminer la distance par rapport aux petits objets. S'il s'avère qu'à une certaine distance finie le signal réfléchi disparaît (avec une orientation de roulis optimale), cela signifie que la distance à l'objet est la moitié de la base de l'appareil, c'est-à-dire la valeur L/2.

Il convient également de noter que les modèles directionnels le long de l'angle de roulis y pour les capteurs de détecteurs de métaux avec différentes positions relatives des bobines diffèrent également. La figure 14b montre le diagramme de rayonnement du dispositif avec des axes perpendiculaires au niveau des bobines, et la figure 14a - avec des axes croisés. Évidemment, le deuxième diagramme est préférable, car il comporte moins de zones mortes au roulis et moins de lobes.

Afin d'évaluer la dépendance de la tension induite dans la bobine réceptrice sur les paramètres du détecteur de métaux et de l'objet, il est nécessaire d'analyser l'expression (1.19) du coefficient K4. La tension induite dans la bobine réceptrice est proportionnelle à (L/2)^6. Les arguments des fonctions F et G sont également normalisés à la valeur L/2, décroissante avec le 6ème - 7ème degré de distance. Ainsi, en première approximation, toutes choses égales par ailleurs, la sensibilité d’un détecteur de métaux ne dépend pas de sa base.

Figure 14. Modèles directionnels pour les capteurs de roulis des systèmes de bobines :

Avec axes croisés (a)

Avec axes perpendiculaires (b).

Afin d'analyser sélectivité détecteur de métaux, c'est-à-dire sa capacité à distinguer des objets constitués de différents métaux ou alliages, il faut se référer à l'expression (1.23). Le détecteur de métaux peut distinguer les objets par la phase du signal réfléchi. Pour que la résolution de l'appareil soitLa hauteur était maximale, il est nécessaire de sélectionner la fréquence du signal de la bobine émettrice en conséquence, de sorte que la phase du signal réfléchi par les objets soit d'environ 45°. C'est le milieu de la plage des changements possibles dans la phase du premier terme d'expression (1.23), et là la pente de la caractéristique phase-fréquence est maximale. Nous considérons le deuxième terme d'expression (1.23) comme nul, car lors de la recherche, nous nous intéressons principalement à la sélectivité pour les métaux non ferromagnétiques. Naturellement, le choix optimal de la fréquence du signal implique la connaissance de la taille typique des objets visés. Presque tous les détecteurs de métaux industriels étrangers utilisent la taille de la pièce comme cette taille. La fréquence optimale est :

Avec un diamètre typique d'une pièce de 25 (mm), son volume est d'environ 10^(-6) (m^3), ce qui selon la formule (1.25) correspond à un rayon équivalent d'environ 0,6 (cm). De là, nous obtenons une valeur de fréquence optimale d'environ 1 (kHz) avec une conductivité du matériau de la pièce de 20 (n0mH m). Dans les appareils industriels, la fréquence est généralement d'un ordre de grandeur plus élevée (pour des raisons technologiques).

3.1.5. conclusions

1. Selon l'auteur, un système de bobines à axes perpendiculaires est préférable pour la recherche de trésors et de reliques qu'un système de bobines à axes croisés. Toutes choses égales par ailleurs, le premier système a une sensibilité légèrement supérieure. De plus, avec son aide, il est beaucoup plus facile de déterminer (« radiogoniométrie ») la direction exacte dans laquelle rechercher un objet détecté.

2. Les systèmes de bobines considérés ont une propriété importante qui permet d'estimer la distance aux petits objets en annulant le signal réfléchi à une distance de l'objet égale à la moitié de la base.

3. Toutes choses égales par ailleurs (dimensions et nombre de tours de bobine, sensibilité du trajet de réception, amplitude et fréquence du courant dans la bobine émettrice), la sensibilité du détecteur de métaux selon le principe « émission-réception » ne dépend pratiquement pas de sa base, c'est-à-dire sur la distance entre les bobines.

3.2 DÉTECTEUR DE MÉTAUX À BATTER

Le terme « détecteur de métaux battus » fait écho à la terminologie adoptée dans l’ingénierie radio depuis l’époque des premiers récepteurs superhétérodynes. Les battements sont un phénomène qui se manifeste de manière plus visible lorsque deux signaux périodiques avec des fréquences similaires et des amplitudes approximativement égales sont ajoutés et consistent en une pulsation dans l'amplitude du signal total. La fréquence d'ondulation est égale à la différence de fréquences des deux signaux ajoutés. En faisant passer un tel signal pulsé à travers un redresseur (détecteur), il est possible d'isoler le signal de fréquence différence. Ce type de circuit est traditionnel depuis longtemps, mais de nos jours, en raison du développement des détecteurs synchrones, il n'est généralement plus utilisé ni dans l'ingénierie radio ni dans les détecteurs de métaux, bien que le terme « basé sur le battement » demeure.

3.2.1. Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement d'un détecteur de métaux Beat est très simple et consiste à enregistrer la différence de fréquence de deux générateurs - dont l'un est stable en fréquence et l'autre contient un capteur - un inducteur dans son circuit de réglage de fréquence. Le dispositif est réglé de telle sorte qu'en l'absence de métal à proximité du capteur, les fréquences des deux générateurs coïncident ou soient très proches en valeur. La présence de métal à proximité du capteur entraîne une modification de ses paramètres et, par conséquent, une modification de la fréquence du générateur correspondant. Ce changement est généralement très faible, mais le changement dans la différence de fréquence entre les deux générateurs est déjà significatif et peut être facilement enregistré.

La différence de fréquence peut être enregistrée de différentes manières, de la plus simple, lorsque le signal de différence de fréquence est écouté avec un casque ou via un haut-parleur, jusqu'aux méthodes numériques de mesure de fréquence.

3.2.2. Considérations théoriques

Examinons de plus près le capteur du détecteur de métaux battant, qui se compose d'une bobine (voir Fig. 15).

Riz. 15. Interaction d'un capteur de détecteur de métaux à bobine unique avec un objet.

L’induction du champ magnétique au centre de la bobine est :

où PM - moment magnétique créé par le courant de bobine I, R0 - rayon de la bobine, S - surface de la bobine.

En raison de l’interaction avec un objet conducteur et/ou ferromagnétique, une composante d’induction supplémentaire apparaît. Le mécanisme de son apparition étant exactement le même que dans le cas précédemment envisagé d'un détecteur de métaux basé sur le principe « émission-réception », vous pouvez utiliser les résultats de la section précédente et écrire pour la composante d'induction supplémentaire :

où K 1 - coefficient calculé selon la formule (1,8), (1,9) ou (1,23).

Puisque le coefficient K1 est une fonction complexe, le changement relatif de l'induction peut être noté en fonction de l'opérateur de Laplace :

Ainsi, la résistance totale de la bobine du capteur du détecteur de métaux (sans tenir compte de la résistance ohmique du fil et de la capacité entre spires) peut être représentée comme :

où L est l'inductance de la bobine sans l'influence de l'objet.

Lorsqu'elle est exposée à un objet, l'impédance de la bobine change. Dans les détecteurs de métaux battants, ce changement est évalué par le changement de la fréquence de résonance du circuit LC oscillant formé par la bobine du capteur et le condensateur.

3.2.3. Considérations pratiques

Sensibilité Le détecteur de métaux sur les battements est déterminé par les expressions (1.36)-(1.38) et dépend, en outre, des paramètres de conversion des changements d'impédance du capteur en fréquence. Comme déjà indiqué, la conversion consiste généralement à obtenir la différence de fréquence d'un générateur stable et d'un générateur avec une bobine de capteur dans le circuit de réglage de fréquence. Ainsi, plus les fréquences de ces générateurs sont élevées, plus la différence de fréquence en réponse à l'apparition d'une cible métallique à proximité du capteur est importante. L'enregistrement de petits écarts de fréquence est quelque peu difficile. Ainsi, à l'oreille, vous pouvez enregistrer en toute confiance un décalage de la fréquence du signal sonore d'au moins 10 (Hz). Visuellement, en faisant clignoter la LED, vous pouvez enregistrer un décalage de fréquence d'au moins 1 (Hz). D'une autre manièreIl est possible d'enregistrer une différence de fréquence plus petite, mais cet enregistrement nécessitera un temps considérable, ce qui est inacceptable pour les détecteurs de métaux qui fonctionnent toujours en temps réel.

La sélectivité pour les métaux à de telles fréquences, très loin d’être optimales (1,34), est très faible. De plus, par le décalage de fréquence du générateur, déterminez la phase le signal réfléchi est presque impossible. C'est pourquoi sélectivité Le détecteur de métaux n'a pas de battement.

Un côté positif pour la pratique est la simplicité de conception du capteur et de la partie électronique du détecteur de métaux Beat. Un tel dispositif peut être très compact. Il est pratique à utiliser lorsque quelque chose a déjà été détecté par un appareil plus sensible. Si l’objet découvert est petit et situé suffisamment profondément dans le sol, il peut alors « se perdre » et être déplacé lors de l’excavation. Afin de ne pas « parcourir » le chantier de fouilles plusieurs fois avec un détecteur de métaux encombrant et sensible, il est conseillé de contrôler sa progression au stade final avec un appareil compact à courte portée, qui peut être utilisé pour déterminer plus précisément l'emplacement. de l'objet.

3.2.4. conclusions

1 . Les détecteurs de métaux Beat ont moins de sensibilité que les détecteurs de métaux à émission-réception.

2. Il n’y a aucune sélectivité pour les types de métaux.

3.3. DÉTECTEUR DE MÉTAUX À INDUCTION À BOBINE SIMPLE

3.3.1. Principe de fonctionnement

Le mot « induction » au nom des détecteurs de métaux de ce type révèle pleinement le principe de leur fonctionnement, si l'on se souvient de la signification du mot « inductio » (latin) - guidage. Un dispositif de ce type contient un capteur constitué d'une bobine de n'importe quelle forme pratique, excité par un signal alternatif. L'apparition d'un objet métallique à proximité du capteur provoque l'apparition d'un signal réfléchi (réémis), qui « induit » un signal électrique supplémentaire dans la bobine. Il ne reste plus qu’à mettre en évidence ce signal supplémentaire.

Le détecteur de métaux à induction a gagné le droit à la vie, principalement en raison du principal inconvénient des dispositifs basés sur le principe « émission-réception » : la complexité de la conception du capteur. Cette complexité conduit soit au coût élevé et à la complexité de fabrication du capteur, soit à sa rigidité mécanique insuffisante, ce qui provoque l'apparition de faux signaux lors du déplacement et réduit la sensibilité du dispositif. Si vous vous fixez pour objectif d'éliminer cet inconvénient dans les appareils basés sur le principe « émission-réception », vous pouvez arriver à une conclusion inhabituelle : les bobines émettrices et réceptrices du détecteur de métaux doivent être combinées en une seule ! En fait, dans ce cas, il n'y a pas de mouvements ni de courbures très indésirables d'une bobine par rapport à l'autre, puisqu'il n'y a qu'une seule bobine et qu'elle est à la fois émettrice et réceptrice. Le capteur est également extrêmement simple. Le prix de ces avantages est la nécessité d’isoler le signal réfléchi utile du fond d’un signal d’excitation beaucoup plus important de la bobine émettrice/réceptrice.

Schéma de principe de la partie entrée

Le signal réfléchi peut être isolé en soustrayant du signal électrique présent dans la bobine du capteur un signal de même forme, fréquence, phase et amplitude que le signal dans la bobine en l'absence de métal à proximité. La manière dont cela peut être mis en œuvre de l'une des manières est illustrée sous la forme d'un schéma fonctionnel sur la Fig. 16.

Figure 16. Schéma fonctionnel de l'unité d'entrée d'un détecteur de métaux à induction

Le générateur produit une tension alternative de forme sinusoïdale avec une amplitude et une fréquence constantes. Le convertisseur tension-courant (PNT) convertit la tension du générateur Ug en courant Ig , qui est placé dans le circuit oscillatoire du capteur. Le circuit oscillatoire se compose d'un condensateur C et d'une bobine de capteur L. Sa fréquence de résonance est égale à la fréquence du générateur. Le coefficient de conversion PNT est choisi de telle sorte que la tension du circuit oscillant Ud soit égale à la tension du générateur Ug (en l'absence de métal à proximité du capteur). Ainsi, l'additionneur soustrait deux signaux de même amplitude et le signal de sortie - le résultat de la soustraction - est égal à zéro. Lorsque du métal apparaît à proximité du capteur, un signal réfléchi se produit (en d'autres termes, les paramètres de la bobine du capteur changent) et cela entraîne une modification de la tension du circuit oscillant Ud. Un signal non nul apparaît en sortie.

La figure 16 ne montre que la version la plus simple de l'un des circuits de la partie d'entrée des détecteurs de métaux du type considéré, comme la plus simple. Au lieu d'un PNT dans ce circuit, il est en principe possible d'utiliser une résistance de réglage du courant. Divers circuits en pont peuvent être utilisés pour allumer la bobine du capteur, des additionneurs avec différents coefficients de transmission pour les entrées inverseuses et non inverseuses, la connexion partielle d'un circuit oscillant, etc. et ainsi de suite.

Dans le diagramme de la Fig. 16, un circuit oscillant est utilisé comme capteur. Ceci est fait par simplicité afin d'obtenir un déphasage nul entre les signaux Ug et Ud (le circuit est accordé en résonance). Vous pouvez abandonner le circuit oscillatoire avec la nécessité de l'affiner pour la résonance et utiliser uniquement la bobine du capteur comme charge PNT. Cependant, le gain PNT dans ce cas doit être complexe pour corriger le déphasage d'environ 90° résultant de la nature inductive de la charge PNT.

3.3.2. Considérations théoriques

Comme déjà indiqué, un détecteur de métaux à induction peut être représenté comme un certain cas limite d'un détecteur de métaux basé sur le principe « émission-réception », lorsque les bobines émettrices et réceptrices coïncident. Par conséquent, bon nombre des résultats de la section 1.1 peuvent être utilisés pour un détecteur de métaux de type induction. De plus, un détecteur de métaux à induction ne diffère d'un détecteur de métaux battant que par la méthode d'enregistrement du signal réfléchi, donc certains des résultats de la section 1.2 seront également valables pour un appareil de type à induction.

L'interaction d'une bobine de détection de métaux à induction avec un objet métallique peut être illustrée sur la figure 15. Le signal réfléchi peut être estimé par l'amplitude de l'induction du champ magnétique (1.36). Contrairement aux dispositifs basés sur le principe « émission-réception », l'amplitude du signal réfléchi dans l'hypothèse (1.3) dépend uniquement de la distance entre l'objet et le capteur, et ne dépend pas de l'orientation du capteur par rapport à l'objet.

La tension supplémentaire induite dans la bobine du capteur par le signal réfléchi est calculée par la formule (1.17), où l'induction du signal réfléchi est égale à (1.36). Sans tenir compte du signe, cette tension vaut :

où p est l'opérateur de Laplace, I - courant dans la bobine, r - distance entre le capteur et l'objet, S - surface de la bobine, N - nombre de ses tours, R - rayon équivalent de l'objet, KS - coefficient calculé à l'aide de la formule (1.23).

3.3.3. Considérations pratiques

La réponse en tension de l'appareil à un objet métallique, conformément à la formule (1.39), est inversement proportionnelle à la sixième puissance de la distance. C'est-à-dire qu'il est pratiquement le même que celui des détecteurs de métaux basés sur le principe « émission-réception ». Le principe d'enregistrement du signal réfléchi est similaire. Donc théorique sensibilité Le détecteur de métaux à induction est le même que pour les appareils basés sur le principe « émission-réception ».

Considérations théoriques sur la sélectivité, données au paragraphe 1.1 pour un détecteur de métaux basé sur le principe « émission-réception » sont également valables pour un détecteur de métaux à induction. La sélectivité est déterminée par le coefficient (1.23) inclus dans la formule (1.39) pour la tension du signal réfléchi utile.

Parmi les caractéristiques de conception, il convient de noter simplicité de conception capteur de détecteur de métaux. Le prix de la simplicité, comme mentionné ci-dessus, est la nécessité d'isoler un petit signal utile de l'arrière-plan d'un signal électrique important pour exciter la bobine du capteur du détecteur de métaux. Si l'on tient compte du fait que le rapport des amplitudes de ces signaux peut atteindre 105...106, alors il est clair que pour la pratique n'est pas une tâche simple, bien que tout à fait résoluble. Complexité La solution à ce problème est que la bobine du capteur du détecteur de métaux réagit non seulement au signal réfléchi utile, mais également à tout changement de ses paramètres. Heureusement, la sensibilité à la déformation mécanique du capteur du détecteur de métaux à induction est bien inférieure à celle des dispositifs basés sur le principe « émission-réception ». Cependant se pose le problème de la sensibilité en température du capteur, propre à un détecteur de métaux à induction. Le fait est que la résistance ohmique du fil (généralement du cuivre) avec lequel la bobine du capteur est enroulée augmente presque linéairement avec l'augmentation de la température. Causés par des fluctuations inévitables de température, ces changements relativement lents de l'impédance et de la tension du capteur sont très faibles en eux-mêmes, mais sont comparables, voire supérieurs, à ceux provoqués par le signal souhaité. Ainsi, la tâche de compenser la dérive en température de l'impédance de la bobine du capteur du détecteur de métaux devient pertinente.

3.4. AUTRES TYPES DE DÉTECTEURS DE MÉTAUX

La première question qu'une personne se pose après s'être familiarisée avec les défauts et les limites de certains détecteurs de métaux ressemble à ceci : « Quels autres principes et dispositifs basés sur ceux-ci existent pour la détection à distance d'objets métalliques ? La question est logique, mais la réponse donnée ci-dessous ne plaira probablement pas beaucoup au lecteur curieux.

Détecteurs de métaux à impulsions

Dans les trois types de détecteurs de métaux électroniques évoqués précédemment, le signal réfléchi est séparé de celui émis. soit géométriquement - en raison de la position relative des bobines réceptrices et émettrices, soit à l'aide de circuits de compensation spéciaux. Bien entendu, il peut également exister une méthode temporaire pour séparer les signaux émis et réfléchis. Cette méthode est largement utilisée, par exemple, en écho impulsionnel et en radar. Lors de la localisation, le mécanisme de retard du signal réfléchi est dû au temps important nécessaire au signal pour se propager vers l'objet et revenir. Cependant, en ce qui concerne les détecteurs de métaux, un tel mécanisme peut également être le phénomène d'auto-induction dans un objet conducteur. Après exposition à une impulsion d'induction magnétique, une impulsion de courant décroissante apparaît dans un objet conducteur et se maintient pendant un certain temps en raison du phénomène d'auto-induction, provoquant un signal réfléchi retardé. Ainsi, un autre circuit détecteur de métaux peut être proposé, fondamentalement différent de ceux évoqués précédemment dans la section méthode.signaux. Ce type de détecteur de métaux est appelé détecteur d'impulsions. Il se compose d'un générateur d'impulsions de courant, de bobines réceptrices et émettrices, d'un dispositif de commutation et d'une unité de traitement du signal.

Le générateur d'impulsions de courant génère de courtes impulsions de courant de l'ordre de la milliseconde qui pénètrent dans la bobine émettrice, où elles sont converties en impulsions d'induction magnétique. Étant donné que la bobine émettrice, la charge du générateur d'impulsions, a une nature inductive prononcée, des surcharges sous forme de surtensions se produisent sur les fronts d'impulsion du générateur. De telles sursauts peuvent atteindre des centaines (!) de volts en amplitude, cependant, l'utilisation de limiteurs de protection est inacceptable, car cela entraînerait un retard dans le front de l'impulsion de courant et de l'induction magnétique et, à terme, compliquerait la séparation du signal réfléchi.

Les bobines réceptrice et émettrice peuvent être positionnées l'une par rapport à l'autre de manière tout à fait arbitraire, puisque la pénétration directe du signal émis dans la bobine réceptrice et l'effet du signal réfléchi sur celle-ci sont séparés dans le temps. En principe, une bobine peut servir à la fois de bobine réceptrice et émettrice, mais dans ce cas, il sera beaucoup plus difficile de découpler les circuits de sortie haute tension du générateur d'impulsions de courant des circuits d'entrée sensibles.

Le dispositif de commutation est conçu pour effectuer la séparation mentionnée ci-dessus des signaux émis et réfléchis. Il bloque les circuits d'entrée de l'appareil pendant un certain temps, déterminé par la durée de l'impulsion de courant dans la bobine émettrice, le temps de décharge de la bobine et le temps pendant lequel des courts-circuits peuvent se produire.réponses élevées de l'appareil à partir d'objets massifs peu conducteurs tels que le sol. Passé ce délai, le dispositif de commutation doit assurer une transmission sans entrave du signal de la bobine réceptrice à l'unité de traitement. signal.

L'unité de traitement du signal est conçue pour convertir le signal électrique d'entrée en une forme adaptée à la perception humaine. Il peut être conçu sur la base de solutions utilisées dans d’autres types de détecteurs de métaux.

Les inconvénients des détecteurs de métaux impulsionnels incluent la difficulté de mettre en pratique la discrimination des objets par type de métal, la complexité de l'équipement pour générer et commuter des impulsions de courant et de tension de grande amplitude et le niveau élevé d'interférences radio.

Magnétomètres

Les magnétomètres constituent un vaste groupe d'instruments conçus pour mesurer les paramètres du champ magnétique (par exemple, le module ou les composants du vecteur d'induction magnétique). L'utilisation de magnétomètres comme détecteurs de métaux repose sur le phénomène de distorsion locale du champ magnétique naturel terrestre par des matériaux ferromagnétiques, comme le fer. Après avoir détecté à l'aide d'un magnétomètre un écart par rapport au module ou à la direction du vecteur d'induction magnétique du champ terrestre habituel pour une zone donnée, nous pouvons affirmer avec confiance la présence d'une certaine inhomogénéité magnétique (anomalie) qui peut être causée par un objet en fer.

Par rapport aux détecteurs de métaux évoqués précédemment, les magnétomètres ont une portée beaucoup plus longue. détection d'objets en fer. Il est très impressionnant de savoir qu'à l'aide d'un magnétomètre, vous pouvez enregistrer de petits clous de chaussure à une distance de 1(m) et d'une voiture de tourisme à une distance de 10(m) ! Une plage de détection aussi large s'explique par le fait que l'analogue du champ émis par les détecteurs de métaux conventionnels pour magnétomètres est le champ magnétique uniforme de la Terre, donc la réponse de l'appareil à un objet en fer n'est pas inversement proportionnelle à la sixième puissance. , mais à la puissance trois de la distance.

L'inconvénient fondamental des magnétomètres est l'incapacité de détecter avec leur aide des objets constitués de métaux non ferreux. De plus, même si l’on ne s’intéresse qu’au fer, utiliser des magnétomètres pour la recherche est difficile. Premièrement, dans la nature, il existe une grande variété d'anomalies magnétiques naturelles à différentes échelles (minéraux individuels, gisements minéraux, etc.). Deuxièmement, les magnétomètres sont généralement volumineux et ne sont pas conçus pour fonctionner en mouvement.

Pour illustrer l'inutilité des magnétomètres lors de la recherche de trésors et de reliques, l'exemple suivant peut être donné. À l'aide d'une boussole ordinaire, qui est essentiellement un simple magnétomètre, vous pouvez enregistrer un seau en fer ordinaire à une distance d'environ 0,5 (m), ce qui en soi est un bon résultat. Cependant (!), essayez d'utiliser une boussole pour retrouver le même seau caché sous terre en conditions réelles !

Radars

C’est un fait bien connu qu’avec l’aide des radars modernes, il est possible de détecter un objet tel qu’un avion à une distance de plusieurs centaines de kilomètres. La question se pose : l'électronique moderne ne permet-elle vraiment pas de créer un appareil compact, certes bien inférieur en portée de détection aux radars fixes modernes, mais permettant de détecter des objets qui nous intéressent (voir le titre du livre) ? La réponse réside dans un certain nombre de publications dans lesquelles de tels dispositifs sont décrits.

L'utilisation des réalisations de la microélectronique micro-onde moderne et du traitement informatique du signal reçu en est typique. L'utilisation de hautes technologies modernes rend presque impossible la fabrication indépendante de ces appareils. De plus, leurs grandes dimensions ne permettent pas encore de les utiliser largement sur le terrain.

Les avantages des radars incluent une portée de détection fondamentalement plus élevée ; le signal réfléchi, en gros, peut être considéré comme obéissant aux lois de l'optique géométrique et son atténuation est proportionnelle non pas à la sixième ni même à la troisième, mais seulement à la deuxième puissance. de distance.

3.3.4. conclusions

1. Les détecteurs de métaux à induction combinent la sensibilité et la sélectivité élevées des détecteurs de métaux basés sur le principe « transmission-réception » et la simplicité de la conception des capteurs des détecteurs de métaux basés sur le battement.

2. La tâche de compenser la dérive de température des paramètres de la bobine du capteur du détecteur de métaux devient urgente.

Un détecteur de métaux est un appareil très tentant, il peut être utilisé à diverses fins, telles que la recherche de vieux câbles, de conduites d'eau et, finalement, de trésors. Le concept de détecteur de métaux est très large, les détecteurs de métaux eux-mêmes sont différents, le principe de recherche de métaux inhérent aux détecteurs de métaux classiques est utilisé dans une variété d'appareils, allant des simples détecteurs aux stations radar.

Récemment, les détecteurs de métaux dits pulsés, qui ne contiennent qu'une seule bobine et ont une conception relativement simple, gagnent en popularité, tout en offrant une assez bonne sensibilité et une grande fiabilité. Un détecteur de métaux à impulsions fonctionne sur le principe de réception et de transmission ; la bobine de recherche d'un tel détecteur de métaux peut fonctionner selon deux modes : réception et transmission. Le signal émis par la bobine génère ou excite des courants de Foucault foucaudiens dans le métal, qui sont captés par la bobine elle-même.

Différents métaux ont des conductivités électriques différentes, et de nombreux détecteurs de métaux sont capables de le reconnaître avec une assez grande précision, déterminant ainsi le type de métal présent dans le sol.

Le schéma donné d'un détecteur de métaux se trouve très souvent sur Internet, mais il existe très peu de photos de conceptions réelles et de critiques, il a donc été décidé de répéter le schéma et de l'essayer dans la pratique.

Le circuit imprimé s'est avéré assez compact, il a été réalisé selon la méthode du pillage.

Le dispositif présente de nombreux avantages :

• la présence d'une seule bobine ;
• un schéma extrêmement simple et non capricieux qui ne nécessite pratiquement aucune configuration supplémentaire ;
• l'ensemble du circuit est construit sur une seule puce ;
• faible sensibilité au sol;
• Si vous le souhaitez, le détecteur de métaux peut être configuré de manière à détecter uniquement les métaux non ferreux et à ignorer les métaux ferreux, c'est-à-dire un semblant de fonction de discrimination des métaux.

Désavantages:

• faible profondeur de recherche - le détecteur détecte de gros objets métalliques à une distance allant jusqu'à 30 cm, des pièces de monnaie moyennes jusqu'à 5 et 8 cm.

Cela ne suffit pas, mais cela dépend de l'objectif... Par exemple, pour rechercher de vieilles conduites d'eau dans le mur, le projet fonctionne à 100 %.

Le circuit est construit sur une puce CMOS CD4011, qui contient 4 éléments logiques 2I-NOT. Il se compose de 4 parties, un oscillateur de référence et de recherche, un mélangeur et un amplificateur de signal, réalisé sur un seul transistor. En tant que tête dynamique, il est préférable d'utiliser des écouteurs avec une impédance de 16 à 64 ohms, car L'étage de sortie n'est pas conçu pour des charges à faible impédance.

Le détecteur de métaux fonctionne comme suit. Initialement, les oscillateurs de recherche et de référence sont réglés sur la même fréquence, nous n'entendons donc rien du haut-parleur. La fréquence de l'oscillateur de référence est fixe avec possibilité de réglage manuel par rotation d'une résistance variable. La fréquence du générateur de recherche dépend fortement des paramètres du circuit LC. Si un objet métallique apparaît dans le champ de vision de la bobine de recherche, la fréquence du circuit LC est perturbée, ce qui entraîne une modification de la fréquence du générateur de recherche par rapport à celle de référence. Le mélangeur met en évidence la différence de fréquences de ces générateurs, qui sous la forme d'un signal audio est filtré et envoyé à l'étage amplificateur dont la charge est l'écouteur.

Bobine

Plus le diamètre de la bobine est grand, plus le détecteur de métaux est sensible, mais les grandes bobines ont leurs inconvénients, vous devez donc choisir les paramètres optimaux. Pour ce circuit, le diamètre le plus optimal est compris entre 15 et 20 cm, diamètre du fil 0,4-0,6 mm, nombre de tours 40-50, si le diamètre de la bobine est inférieur à 20 cm. Dans mon cas, la bobine a été coupée, les tours et le diamètre sont plus petits que nécessaire, donc la sensibilité du circuit n'est pas si grande. Si vous prévoyez d'utiliser le détecteur de métaux dans des conditions de forte humidité, la bobine doit être scellée.

Paramètres

Tous les travaux de réglage s'effectuent en l'absence de métal dans le champ de vision de la bobine !

Si, lors de la première connexion, le circuit ne réagit pas au métal, mais que tous les composants fonctionnent correctement, il est fort probable que la différence de fréquence entre les générateurs se situe en dehors de la plage audio et que le son n'est tout simplement pas perçu par les humains. Dans ce cas, vous devez tordre la résistance variable jusqu'à ce qu'un signal sonore apparaisse. Ensuite, nous faisons tourner lentement la même résistance jusqu'à ce que nous entendions un signal basse fréquence provenant du haut-parleur, puis nous la tournons un peu plus dans la même direction jusqu'à ce que le signal disparaisse complètement. Ceci termine la configuration.

Pour un réglage plus précis, je vous conseille d'utiliser une résistance multitours, ou deux variables ordinaires, dont l'une est destinée à un réglage grossier, et la seconde à un réglage plus fluide. Après la configuration, nous vérifions le détecteur de métaux en amenant un objet métallique à sa bobine et nous nous assurons que la tonalité du signal sonore change, c'est-à-dire que le circuit réagit au métal.

L'effet de discrimination des métaux est observé si les deux générateurs fonctionnent à une fréquence d'environ 130-135 kHz, alors que la sensibilité aux métaux ferreux est presque absente.

Le circuit peut être alimenté à partir d'une source constante avec une tension de 3 à 15 volts, la meilleure option est d'utiliser une pile 9 volts 6F22, la consommation de courant du circuit dans ce cas sera comprise entre 15 et 30 mA , en fonction de la résistance à la charge.

Le principe de fonctionnement des détecteurs de métaux de ce type repose sur l'influence du champ magnétique alternatif d'une bobine émettrice sur l'objet étudié et l'enregistrement du signal qui apparaît à la suite de l'induction de courants de Foucault dans la cible. Ainsi, ils appartiennent à des appareils de type localisation et doivent avoir au moins 2 bobines - émettrice et réceptrice.

Les signaux émis et reçus sont continus et coïncident en fréquence.

Un point fondamental pour les détecteurs de métaux de ce type est le choix de l'emplacement de la bobine. Ils doivent être situés de manière à ce qu'en l'absence d'objets métalliques étrangers, le champ magnétique de la bobine émettrice induise un signal nul dans la bobine réceptrice.

Les bobines qui créent un rayonnement ou reçoivent un signal sont réalisées sous la forme d'une structure appelée cadre de recherche. La disposition parallèle des bobines est dite coplanaire.

Généralement, dans les détecteurs de métaux de ce type, le cadre de recherche est formé de 2 bobines situées dans le même plan et équilibrées de sorte que lorsqu'un signal est appliqué à la bobine précédente, la sortie de la bobine réceptrice est minimale. La fréquence de fonctionnement du rayonnement est de une à plusieurs dizaines de kHz.

Détecteurs de métaux sur les battements

Le battement est un phénomène qui se produit lorsque deux signaux périodiques ayant des fréquences et des amplitudes similaires sont multipliés. Le signal résultant ondulera avec une fréquence égale à la différence de fréquence. Si un signal basse fréquence est appliqué au haut-parleur, nous entendrons un son de « gargouillis » caractéristique.

Le détecteur de métaux contient deux générateurs : référence et mesure. Le premier a une fréquence stable, tandis que le second peut changer de fréquence à l’approche d’un objet métallique. Son élément sensible est une bobine d'inductance réalisée sous la forme d'un cadre de recherche.

Les signaux des générateurs sont envoyés à un détecteur, à la sortie duquel une tension alternative est libérée avec une fréquence égale à la différence entre les fréquences des générateurs de référence et de mesure. Ensuite, ce signal augmente en amplitude et est envoyé à un indicateur lumineux et sonore.

La présence de métal à proximité du cadre de mesure entraîne une modification des paramètres du champ magnétique environnant et une modification de la fréquence du générateur correspondant. Une différence de fréquence apparaît, qui est isolée et utilisée pour générer un signal.

Plus la masse du métal est grande et plus l'objet métallique est proche, plus les fréquences des générateurs diffèrent et plus la fréquence de la tension de sortie du générateur est élevée.

Peut être considéré comme une modification des détecteurs de métaux basés sur le battement détecteurs de métaux - fréquencemètres . Ils ne disposent que d'un générateur de mesure. Lorsque le cadre de mesure du détecteur de métaux s'approche d'un objet métallique, la fréquence du générateur change. Ensuite, la durée de la période en l’absence de métal y est soustraite.

Détecteurs de métaux à induction à bobine unique

Ce détecteur de métaux possède une bobine qui émet et reçoit à la fois.

Un champ électromagnétique est créé autour de la bobine qui, lorsqu'il atteint un objet métallique, y crée des courants de Foucault, qui provoquent des modifications de l'induction magnétique du champ autour de la bobine.

Les courants apparaissant dans l'objet modifient l'ampleur de l'induction magnétique du champ électromagnétique autour de la bobine. Le dispositif de compensation maintient un courant constant dans la bobine. Par conséquent, lorsque l'inductance change, l'indicateur fonctionnera.

Détecteurs de métaux à impulsions

Un détecteur de métaux à impulsions se compose d'un générateur d'impulsions de courant, de bobines réceptrices et émettrices, d'un dispositif de commutation et d'une unité de traitement du signal. Basé sur le principe de fonctionnement, il s'agit d'un détecteur de métaux de type localisation.

À l'aide d'une unité de commutation, le générateur de courant génère périodiquement de courtes impulsions de courant qui pénètrent dans la bobine émettrice, ce qui crée des impulsions de rayonnement électromagnétique. Lorsque ce rayonnement est exposé à un objet métallique, une impulsion de courant amortie apparaît dans ce dernier et persiste un certain temps. Ce courant crée un rayonnement provenant de l'objet métallique, qui induit un courant dans la bobine du cadre de mesure. En fonction de l'ampleur du signal induit, on peut juger de la présence ou de l'absence d'objets conducteurs à proximité du cadre de mesure.

Le principal problème de ce type de détecteur de métaux est de séparer le faible rayonnement secondaire du rayonnement beaucoup plus puissant.

La plupart des détecteurs de métaux à impulsions ont un faible taux de répétition des impulsions de courant fournies à la bobine émettrice.

Magnétomètres

Pour les détecteurs de métaux magnétiquement sensibles, la sensibilité est généralement indiquée par l'ampleur de l'induction du champ magnétique que l'appareil est capable d'enregistrer. La sensibilité est généralement mesurée en nanoteslas.

En plus de la sensibilité, pour déterminer les qualités d'un magnétomètre, on utilise la résolution, qui détermine la différence minimale d'induction.

Les dispositifs dont le principe de fonctionnement repose sur l'utilisation des propriétés non linéaires des matériaux ferromagnétiques se sont généralisés.

Les éléments sensibles qui mettent en œuvre ce principe sont appelés fluxgates .

Une conception typique de magnétomètre comprend une tige avec une alimentation par batterie et une unité électronique placée dessus, ainsi qu'un convertisseur fluxgate sur un axe perpendiculaire à la tige.

Avant utilisation, l'appareil est pré-calibré pour compenser les effets du champ terrestre en l'absence d'objets de test ferromagnétiques.

Il existe des magnétomètres qui fonctionnent selon d'autres principes physiques. Ainsi, on connaît des dispositifs quantiques basés sur l'effet de résonance magnétique nucléaire et l'effet Zeeman, avec pompage optique. Ils ont une grande sensibilité.

Détecteurs de métaux portatifs

Ils ne sont pas grands en taille et en poids. Pendant le processus de recherche, ils se déplacent manuellement le long de l'objet de contrôle.

La capacité d'un objet à percevoir des objets métalliques est déterminée par sa sensibilité. Les détecteurs de métaux portatifs peuvent détecter un objet de la taille d'une petite pièce de monnaie à une distance de 5 à 10 à plusieurs dizaines de centimètres.

La sensibilité dépend de l'orientation du cadre du détecteur de métaux par rapport à l'objet à tester. Il est recommandé d'effectuer plusieurs fois un cadre de recherche le long de l'objet à tester sous différents angles.

Exemples de détecteurs de métaux portatifs :

détecteur de métaux sélectif AKA 7215 :

La tonalité d'alarme dépend du type de métal détecté

Possède un potentiomètre pour un réglage en douceur de la sensibilité, ainsi qu'un interrupteur - métaux ferreux et non ferreux

Autonomie continue avec une pile 9 V neuve – au moins 40 heures

Poids 280 g.

Détecteur de métaux portatif GARRETT:

Il y a un interrupteur pour réduire la sensibilité

Surveillance automatique du niveau de la batterie

Indication d'alarme – son et LED

Boîtier antichoc

Prise casque/batterie

Conforme aux certificats d'hygiène

Temps de fonctionnement continu - jusqu'à 80 heures

Les développements de ces dernières années ont été caractérisés par une augmentation de la « complexité électronique » des appareils. Ils sont équipés de microprocesseurs, d'écrans, etc. Tout cela vous permet d'étendre les fonctionnalités des appareils.

Les écrans affichent des informations sur l'objet détecté et sa conductivité.