ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЕЙ.

Что же такое металлоискатель, и как ему удается различать металлы? Металлоискатель — это электронное устройство, которое обнаруживает присутствие металла не контактируя с ним (благодаря излучению радиоволн и улавливанию вторичных сигналов), и, обнаружив, информирует об этом факте оператора (звуковым сигналом, перемещением стрелки и т.д.).

При включении прибора в поисковой головке создается электромагнитное поле, которое распространяется в окружающую среду, будь то земля, камень, вода, дерево, воздух. На поверхности металлов, попавших в зону действия поисковой катушки под действием электромагнитного поля возникают так называемые вихревые токи. Эти вихревые токи создают собственные встречные электромагнитные поля, приводящие к снижению мощности электромагнитного поля, создаваемого поисковой катушкой, что и фиксируется электронной схемой прибора. Кроме того, это вторичное поле искажает конфигурацию основного поля, что также улавливается прибором. Электронная схема металлоискателя обрабатывает полученную информацию и сигнализирует об обнаружении металла. Вихревые токи образуются на поверхности любых металлических объектов или электропроводящих минералов. Такие металлы как золото, серебро, медь имеют высокую электропроводность по сравнению с железом, тонкой алюминиевой фольгой, никелем и минералами. Определение металла в объекте основано на измерении удельной электропроводности объекта.

Разница между дешевыми и дорогими моделями заключается лишь в методах излучения радиоволн и методах улавливания и обработки и интерпретации вторичных сигналов. Более дорогой прибор может определять с известной степенью вероятности вид обнаруженного металла до его извлечения, определять глубину его залегания, может отстраиваться от минералов грунта, а также иметь много различных дополнительных функций, увеличивающих производительность и эффективность поиска, которые отсутствуют у дешевых приборов.

В литературе различают следующие основные подходы к построению схемотехники металлоискателей:
1) BFO - beat frequency oscillation (метод биений). Измеряемым параметром является частота LC-генератора, включающего катушку поисковой головки. Частота сравнивается с эталонной и полученная разностная частота биений выводится на звуковую индикацию. Схемотехника приборов достаточна проста, катушка не требует прецизионного исполнения. Рабочая частота 40 - 500 кГц. Чувствительность BFO-приборов невысокая при низкой стабильности работы и слабой возможности отстраиваться от влажного и минерализированного фунта. Метод BFO применялся в серийных иностранных приборах в 60-70 годы. В настоящее время этот метод популярен у радиолюбителей и встречается в недорогих приборах российских производителей.

2) TR/VLF - trabsmitter-reciver / very low frequency (передатчик-приемник очень низкая частота). Поисковую головку образуют две катушки, расположенных в одной плоскости и сбалансированных так, что при подаче сигнала в передающую катушку на выходах приемной присутствует минимальный сигнал. Передающая катушка включается в контур LC-генератора. Измеряемым параметром является амплитуда сигнала на приемной катушке и фазовый сдвиг между переданным и принятым синусоидальными сигналами. VLF - разновидность этого метода, когда рабочая частота уменьшена до 1 - 10 Кгц при обычной -20 Кгц.

VLF — метод позволяет построить высокочувствительные приборы с хорошим различением металлов за счет анализа фазовых характеристик. Схемотехника приборов достаточно сложна, катушки требуют прецизионной балансировки. По этому методу сейчас строится большинство серийных приборов, в том числе и компьютеризованных. Дискриминация объектов и отстройка от грунта в таких приборах делается сравнительно просто с помощью фазосдвигающих цепей.

Принцип TR (или его разновидность TR/VLF) предусматривает анализ фазовых характеристик сигнала, поэтому все они легко различают черные и цветные металлы, отстраиваются от мусора и грунта. Эти приборы имеют высокую чувствительность и разрешающую способность, которая зависит от диаметра головки - чем головка больше, тем глубже обнаружение, но тем труднее искать мелкие предметы.

3) RF - radio frequency (радио частота) - высокочастотный вариант ТК, где передающая и приемная катушки образуют не плоский трансформатор, а разнесены в пространстве и расположены перпендикулярно друг к другу. Приемная катушка принимает отраженный от металлической поверхности сигнал, излучаемый передающей катушкой. Диапазон рабочих частот 70 - 500 Кгц. Этот метод используется в глубинных приборах и характеризуется нечувствительностью к мелким объектам и отсутствием различения металлов.

4) PI - pulse induction (импульсная индукция). В приборах этого типа катушка поисковой головки не является частью колебательного контура. В нее от запускающего генератора подается импульсный сигнал. Анализируемым параметром является время окончания переходного процесса (положение заднего фронта импульса напряжения). К конструкции катушки не предъявляется особых требований. Отличительными чертами этого метода являются: низкая рабочая частота следования импульсов (50 - 400 Гц), большое потребление энергии, нечувствительность к грунту, не очень хорошее распознавание металлов, приборы не требуют периодической подстройки. PI-метод часто используется в подводных приборах для ослабления влияния воды.

5) OR - off resonance (срыв резонанса). Анализируемым параметром является амплитуда сигнала на катушке колебательного контура, настроенного близко к резонансу с подаваемым на него сигналом от генератора. Появление металла в поле катушки вызывает или достижение резонанса или уход от него, в зависимости от вида металла, что приводит к увеличению или уменьшению амплитуды колебаний на катушке. Этот метод также как и BFO разрабатывался радиолюбителями, но сведений о его использовании в серийных приборах для поиска сокровищ не обнаружено.

По мере усложнения конструкции прибора и увеличения его стоимости улучшается способность прибора распознавать металлический предмет без выкапывания. При различии стоимости в несколько раз чувствительность детекторов увеличивается незначительно (чаще всего она составляет 20 - 35 см для монет и около 1 - 1.5 м для крупных находок). Однако более сложные приборы, оснащенные процессорами, могут дать заключение не только о составе металла и глубине находки, но и определить достоинство монеты.

В самом общем виде металлоискатели можно разделить на следующие группы:

• универсальные — для поиска мелких предметов (монет, украшений, самородков) на глубине до 40 см в грунте и крупных (размером с чайник и более) на глубине до 1 - 1,5 м. Как правило, это приборы, работающие на принципе «передатчик-приемник» с индукционным балансом. Передающая и приемная катушки расположены в одной плоскости и образуют поисковую головку. Диаметр головки 10-40 см (наиболее ходовой - 21 см).
• глубинные — для поиска только крупных предметов на глубине 2 - 6 м. Приборы используют принцип КР и катушки расположены на большом расстоянии друг от друга (50 - 100 см) в перпендикулярных плоскостях. Для этих целей используются и импульсные приборы с диаметром катушки метр и более. Этими приборами хорошо искать сундуки, сейфы, потерянную технику и т. п., но они не чувствительны к монетам и другим мелким предметам и не различают металлы.
• подводные — герметичные приборы со специфической индикацией для поиска под водой с аквалангом. В большинстве эти приборы используют импульсный индукционный принцип, что существенно уменьшает влияние воды как электропроводящей среды на поиск. Глубина обнаружения импульсного прибора (не только подводного) обычно больше, чем у TR/VLF. Эти приборы не нуждаются в ручной подстройке но испытывают затруднения в различении металлов.
• старательские — для преимущественного поиска отдельных объектов из драгоценных металлов (самородного золота, серебра). Обычно это TR/VLF приборы для поиска золота, оптимизированные для поиска мелких самородков, что требует иной рабочей частоты, чем у универсальных приборов.
• строительные — для поиска трубопроводов, кабелей, и иных подземных коммуникаций. Сюда же можно отнести магнитометры для поиска железа. Их принцип действия несколько отличен от индукционных металлоискателей.
• охранные приборы можно подразделить на носимые досмотровые приборы, стационарные детекторы: т. н. "ворота" приборы для проверки почтовой корреспонденции.