Принцип работы металлоискателя. Простейшие конструкции металлоискателей. Виды МД по предназначению

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ.

УЛЬЯНОВСКОЕ ВЫСШЕЕ АВИАЦИОННОЕ УЧИЛИЩЕ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (ИНСТИТУТ )

ФАКУЛЬТЕТ «ПОДГОТОВКИ АВИАЦИОННЫХ СПЕЦИАЛИСТОВ»

КАФЕДРА «ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ»

«УТВЕРЖДАЮ»

Заведующий кафедрой ОАБ

профессор В.М. Ильин

Доцент Вербицкий Ю.А.

ЛЕКЦИЯ

по учебной дисциплине

«Организация досмотра»

ТЕМА 4. Технические средства проведения досмотра.

Лекция 4.1. Общие сведения о металлодетекторах.

Обсуждено на заседании кафедры ОАБ

Протокол № от « « 2011г.

Ульяновск 2011

Введение

Учебные вопросы

1.Технические характеристики металлодетекторов.

2. Принципы действия металлодетектора.

Заключение

Литература.

Основная:

1.Авиационная безопасность: учеб. пособие: в 2 ч. Ч.1А.В. Дормидонтов, С.И. Краснов, Н.В. Павлов; под общей редакцией С.И. Краснова, - Ульяновск: УВАУ ГА(И), 2009. _ 192с.

2.Авиационная безопасность: Учеб. пособие: под общ. ред. Ю.М. Волынского-Басманова, - 2-е издю, перераб. и доп. – М.: - М.: НУЦ «АБИНТЕХ», 2005. – 800 с., ил.

Учебно-материальное обеспечение.

1. Наглядные пособия.

2. Технические средства обучения.

3. Приложения.

Введение

В настоящее время широкое распространение в различных областях человеческой деятельности получили устройства, решающие с помощью магнитных методов задачи обнаружения проводящих объектов в непроводящей среде. Металлодетекторы (металлоискатели, металлообнаружители) применяются сегодня в дефектоскопии (поиск металлических включений в различных материалах), рудной электроразведке, в системах контроля доступа, предотвращения хищений и т. д.

Потребность в создании досмотровой техники возникла после ряда террористических актов, захвата воздушных судов и других транспортных средств, повлекших за собой не только материальный ущерб, но и человеческие жертвы. Возникла необходимость контроля пассажиров, их ручной клади и багажа в целях недопущения возможности проноса оружия, взрывчатых средств и других предметов, которые могут представлять опасность.

Технические характеристики металлодетекторов.

По своим задачам досмотровая техника разделяется на три группы:

• рентгенотелевизионные интроскопы, позволяющие просматривать содержимое ручной клади и багажа в целях визуального обнаружения на экране телемонитора предметов, представляющих опасность;
• стационарные арочные металлообнаружители, позволяющие проверять проходящих через них людей на предмет выявления у них металлических предметов, не представленных на открытый визуальный досмотр и скрытых в одежде. Наличие таких предметов определяется звуковым и световым сигналами;
• портативные металлообнаружители, позволяющие оперативно определять место нахождения на человеке или в какой-либо упаковке, включая почтовую корреспонденцию, металлических предметов, которые по своим размерам могут соответствовать предметам, представляющим опасность.

Эти группы досмотровой техники при одновременном использовании позволяют обеспечить эффективный контроль потока проверяемых объектов.

Металлообнаружители (металлоискатели и металлодетекторы предназначаютсядля поиска металлосодержащих предметов, скрытых в одежде, обуви или на теле человека.

Они применяются в аэропортах, банках, правительственных учреждениях, на АЭС, таможнях, предприятиях, заводах и других объектах.

По способу проведения досмотра металлообнаружители подразделяются на портативные (ручные) и стационарные. Первые применяются преимущественно при индивидуальном дос­мотре. Для массового досмотра большого пассажиропотока практичнее вторые.

Способность металлодетектора решать различные задачи при обнаружении металлических предметов позволяет классифицировать металлодетекторы по их применению. Определение объекта поиска позволяет выбрать класс металлодетектора. Классифицировать металлодетекторы (МД) для персонального досмотра можно следующим образом:

Арочные МД общего назначения (предназначены для обнаружения металлического оружия);
- арочные МД повышенной чувствительности (предназначены для обнаружения достаточно малых металлических объектов);
- арочные МД очень высокой чувствительности (предназначены для обнаружения объектов из цветных металлов весом от единиц граммов);
- ручные МД (применяются во всех вышеназванных случаях как самостоятельное устройство, так и дополнительное локализующее устройство при совместном использовании с арочными МД).

К предметам, запрещенным к проносу посетителями на охраняемые объекты и выявляемым металлодетектором (далее ОП - объекты поиска), в первую очередь относятся:

Огнестрельное оружие;
- ручные гранаты;
- ножи,

Функциональное назначение металлодетекторов в общем случае довольно широкое: от поиска цветных металлов массой ~ 1 г до обнаружения предметов из ферромагнитных металлов, значительно превышающих ОП по массе.

Задачи, которые решают металлодетекторы в системах защиты и охраны, более узкие и имеют свои особенности, определяющие специфические требования к таким устройствам. К ним относятся:

Надежное обнаружение ОП;
- обеспечение селективности по отношению к металлическим предметам, разрешенным к проносу на охраняемый объект;
- обеспечение помехоустойчивости в условиях работы на пунктах досмотр;
- обеспечение специальной безопасности.

Похожая информация.

Сбор цветного металла при помощи металлоискателя – не только интересное и захватывающее хобби. Это, прежде всего, прибыльное занятие . Конечно, в этом деле важна удача, но бывалые искатели уверены, что важнее всего – упорство и опыт.

Эти металлы распространены:

• в окрестностях населенных пунктов,
• возле дорог,
• даже в лесах.

Но большая часть из них скрыта от глаз, так как находится под землей . Просто прогуливаясь, можно насобирать металл, который не находят другие, на одну-две тысячи рублей.

А что уж говорить, если повезет наткнуться на старинные дорогостоящие предметы или на целый клад . Это довольно часто случается с теми, кто пользуется металлоискателями.

Этот электронный прибор способен определить наличие металла на расстоянии и указать на это человеку при помощи звукового оповещения.

Для обнаружения необходимо провести на него воздействие при помощи радиоволн, затем получить «ответ» в виде вторичного сигнала.

Принцип работы металлоискателя для поиска цветного металла одинаков для всех подобных устройств.

Дорогой аппарат от дешевого отличается лишь методом излучения радиоволн и способом реагирования на вторичный сигнал-ответ . Отличаются разные модели и типом сигнала , который оповещает о находке.

Металлоискатель способен четко определить, какой металл находится в поле действия катушки: цветной или черный. Это существенно экономит силы и время .

Сам принцип таков: при включении металлоискателя на катушку, которая является главным поисковым элементом, подается переменный ток . Это создает вокруг нее электромагнитное поле , которое распространяется, проникая в окружающее пространство. Для этого поля не важна среда, оно действует в:

• воздухе,
• грунте,
• воде,
• дереве и так далее.

Если в поле действия аппарата попадает что-то металлическое, на нем образуются вихревые токи . Они, в свою очередь, ослабляют излучение от катушки. Металлоискатель улавливает это ослабление и подает сигнал.

Электрические вихри затухают дольше на цветных металлах, что также улавливается устройством. Поэтому, если правильно настроить металлоискатель, то вы наткнетесь не на обычную ржавую монтировку, а на дорогой лом цветмета.

Как пользоваться

Главный враг эффективного использования металлоискателя для сбора цветного лома – нетерпеливость . Поначалу придется выучиться не только слышать сигналы аппарата, но и улавливать оттенки. Это необходимо для понимания «языка» устройства.

Резкий четкий сигнал свидетельствует о чем-то небольшом и хорошо сохранившемся, например, о монете. Нечеткий сигнал, который прерывается – металлический предмет неправильной формы и, скорее всего, ржавый.

Глубину залегания предмета покажет столбик на диаграмме устройства. Правильно выставленный дискриминатор покажет, с каким металлом имеем дело:

• черным
• или цветным.

Правила выставления параметров зависят от конкретной модели, поэтому внимательно изучите инструкцию.

Прочитав руководство, можно переходить к практике:

1. Выбираем незагрязненный участок земли.
2. Убеждаемся, что почва мягкая .
3. Для начала надо поработать с дискриминатором . Сначала прослушиваем почву без предмета. Так как металлоискатель реагирует и на минералы, мы узнаем степень минерализации грунта по звуку и выставляем фильтры, которые минимизируют это минеральное воздействие.
4. Во время тренировок тональный звук желательно уменьшать, чтобы привыкнуть к нему. Но во время реальных поисков его подкручивают до пределов хорошей слышимости.
5. Катушку важно держать близко к земле , водить ею надо плавно и в разные стороны .
6. Катушка не должна двигаться по вертикальной дуге – это распространенная ошибка. Катушка над поверхностью должна находиться в одной плоскости, то есть, приподнимать ее в конце каждого движения не надо.
7. Обнаружив предмет , надо подобраться к нему с нескольких сторон, понять, где сигнал от металла пропадает, и копать в зоне предполагаемого местонахождения вещи.

Виды

Металлоискатели делятся на несколько типов. Часть из них имеет устаревшую конструкцию и не выпускается, хотя еще используется и продается.

По характеру действия

Исходя из характера действия, аппараты можно разделить на:

• динамические;
• статические.

По электронике

По использующимся элементам подразделяются на следующие виды:

• аналоговые;
• микропроцессорные.

По технологии

Можно выделить следующие типы металлоискателей, применяемых для поиска цветмета.

1. BFO. Разработан давно. Ведущими производителями не выпускается , но еще используется поисковиками, его можно недорого приобрести. В простейших моделях есть только звуковое оповещение, в других есть и визуальная индикация. Аппарат сравнивает эталонное излучение и частоту LC-генератора, благодаря чему определяет — черный металл или цветной. При низкой стоимости имеет ряд негативных характеристик:
   • малая рабочая глубина,
   • нестабильность в работе,
   • плохая чувствительность и низкая отдача на влажном и минерализованном грунте.
2. TR. Также относится к ранним типам металлоискателей. Определение металла происходит по принципу индукционного баланса . Различает тип металла и способен работать на большой глубине. Плохо функционирует или даже совсем не работает на:
   • замусоренном
   • и сильноминерализованном грунте.

   Редко применяется как самостоятельная технология для металлоискателей. Чаще сочетается с технологией VLF.

3. VLF. Наиболее распространен, так как имеет большой функционал. Безошибочно способен отличить черный металл от цветного, а также цветные металлы между собой. Использует:
   • очень низкие частоты излучения,
   • принцип индукционного баланса.

   Легко устанавливаются фильтры грунтового влияния.

4. VLF/TR. Сочетает две вышеописанные технологии и принципы работы. Чувствительность высокая. Чем больше катушка, тем глубже прибор может «видеть». Настройки можно выставлять так, чтобы отсеивались:
   • помехи от мусора,
   • фон от грунта.
5. PI. Принцип индукционного баланса сочетается с работой пульсирующего электромагнитного поля. Самый чувствительный вид металлоискателей. Характеризуется тем, что без проблем и ошибок отличает ответ от:
   • высокоминерализованного грунта,
   • соленой среды.

   С другой стороны, часто возникают проблемы с дискриминацией, то есть прибор не всегда распознает черный и цветной метал. Приобретается обычно либо для поисков на дне моря, либо если тип металла не особо важен.

6. RF. Использует для работы высокие частоты. Его применяют, если хотят найти что-то большое и находящееся довольно глубоко. В зависимости от типа почвы прибор способен находить металл на глубине до девяти метров . Чаще используется поисковиками, в чью зону интереса входят:
   • тайники,
   • крупные куски ,
   • клады и тому подобные дорогостоящие вещи.

Дополнительные функции

Самый простой металлоискатель будет просто пищать, если вы проведете его катушкой над погребенным под землей куском металла. Он подаст сигнал вне зависимости от того, найдете вы:

• старую консервную банку,
• ржавый железный прут
• или деталь из цветмета в несколько килограммов.

Чтобы отличить нужный нам цветной металл от черного, приборы снабжают функцией дискриминации .

Это сохранит время, усилия и не приведет к разочарованию от процесса поиска. Если поисковик опытный , он может самостоятельно настраивать параметры дискриминации. Для новичков есть уже установленные значения.

Также хороший аппарат имеет функцию балансировки по грунту, которая рассчитана на конкретную:

• минерализацию,
• влажность,
• консистенцию почвы.

Хорошие металлоискатели снабжены еще очень полезным иногда рядом дополнительных функций:

• выставленные настройки под определенные типы грунта;
• экранная подсветка;
• регулятор звука.

Еще доступны такие функции:

1. Режим Pin-Point. Позволяет прибору работать в статическом режиме, что существенно повышает точность определения местонахождения металлического предмета. Также позволяет более эффективно использовать функцию дискриминации. Место, где был найден металлический предмет, называется pin-point. Почти все металлоискатели динамические, то есть, вам постоянно придется перемещать катушку над землей, чтобы точно выяснить месторасположение предмета. Используя функцию pin-point, вы можете держать катушку на одном месте . Сигнал будет зависеть от близости объекта: чем ближе – тем громче. Пиковый сигнал будет тогда, когда предмет из цветмета будет прямо под металлоискателем. Так как двигать аппарат не нужно, вы точнее узнаете, где зарыт металл. У этой функции есть один минус – прибор не сможет различить, черный это металл или цветной. Поэтому включать его необходимо, когда вы в общем режиме уже выяснили тип металла.
2. Настройка чувствительности. Правильная установка этой функции приходит с опытом. Высокий уровень поможет обнаружить предмет на большей глубине. Но в это же время прибор становится неустойчивым к помехам. Эту функцию используют, отталкиваясь от конкретной ситуации.
3. Пороговый фон. Этот звук издается постоянно и зависит, прежде всего, от почвы. Он дает понять, что прибор нормально функционирует. Это полезно, если в данной модели отсутствует дисплей . Гул меняется также при переходе на другой тип грунта, что тоже является важной информацией для охотника за ломом и кладами.
4. Отстройка от электропомех. Нейтрализует ложные сигналы, создаваемые линиями электропередачи, ретрансляторами, включенными двигателями автомобилей и прочими излучателями.
5. Тональная идентификация. Полезна для моделей без дисплея. Разными звуками оповещает о разных типах металла и размерах объекта.
6. Индикатор низкого заряда. Полезная функция, которая не даст вашему металлоискателю откллючиться раньше времени.

Обзор моделей и цен

Рынок металлоискателей изобилует разными обычными (не для глубинного поиска) аппаратами. В любом магазине в ассортименте есть много приборов, которые отличаются друг от друга разными показателями:

• количеством доступных функций ;
• наличием хорошей дискриминации ;
• стоимостью .

Если в ваши планы не входят поиски древних монет или золотых самородков, можно купить модели попроще . Для обнаружения цветмета их хватит.

Подходящий металлоискатель на цветные металлы цена характеризует лишь опосредованно. Для поиска цветмета нет смысла приобретать прибор «с полным фаршем» и платить за него заоблачную цену. Самое главное — функция дискриминации , которая позволит настроить аппарат таким образом, чтобы он не реагировал на ненужный нам черный металл.

На дисплее (если он есть) или же звуком определенной частоты аппарат будет вас информировать о том, какой металл находится в земле:

• серебро;
• железо.

Железо можно просто игнорировать.

Поработав с уровнем чувствительности, можно настроить аппарат таким образом, чтобы не пришлось копать землю ради фольги от сигаретной пачки или пивной крышечки. Все вышеперечисленные функции присутствуют и в бюджетных моделях, которые и рекомендуется приобрести.

Популярные модели:

1. Недорогая модель, которая прекрасно подойдет для копа цветмета. Его цена не выше 12 тыс. рублей. Способен найти объемные металлические объекты на глубине до 40 см. Есть индикация заряда аккумулятора.
2. Bounty Hunter Discovery 1100. Хороший выбор за 10-11 тыс. рублей. Он имеет несколько меньшую мощность по сравнению с предыдущей моделью. Он не будет реагировать на совсем небольшие объекты, фокусируя ваше внимание на больших кусках металла.
3. Garret Ace 150. Модель удачная, но за ней придется немного поохотиться, так как недавно она была снята с производства. Но среди частных объявлений б/у аппарат встречается часто. Новый стоит около 12 500 рублей. Отлично подходит для цветмета. Находит даже небольшие объекты на глубине до 30 см, а крупные способен отыскать и глубже. Из недоработок – нет индикатора заряда батареи.
4. Garrett Асе 250. По мнению многих поисковиков – лучшее решение для новичков. У прибора есть пять режимов поиска, так что можно выставлять настройки автоматически и безошибочно. Глубина обнаружения больше, чем у предыдущих поисковых моделей – до 60 см. Сравнительно легкий – 1,2 кг. Но вот цена немного выше – он обойдется в 23 000 рублей.
5. Minelab X-Terra 705. Если вам важнее всего результат поиска, а не дешевизна, одним из лучших профессиональных поисковых металлоискателей для поиска цветного металла является именно эта модель. У нее четыре режима, которые настраивает оператор, + режимы «все металлы» и «маскирование железа». Имеет продвинутый целеуказатель pin-point, который не только точно указывает место, но и способен определить размеры объекта. Ищет на глубине до 80 см. Имеет ряд функций, которые существенно упрощают поиски на сложных грунтах. Стоит прибор около 40 000 рублей.

Все описанные модели имеют несколько поисковых режимов и могут реагировать как на все металлы, так и только на цветные, что нам и требуется.

Дополнительные принадлежности

Есть масса полезных дополнений к металлоискателю, которые можно приобрести сразу:

1. Дополнительные аккумуляторы. Будет нехорошо, если вы только войдете во вкус и начнете что-то находить, как тут же сядет батарея, а запасной не будет.
2. Защитный чехол на модуль управления. Так как работа будет проводиться на открытом воздухе, на земле или песке, блок управления надо защитить от пыли и влаги.
3. Наушники. Могут быть как проводные, так и нет. И металлические объекты будет лучше слышно, и аккумулятор сядет не так быстро.
4. Дополнительные катушки. С их помощью можно лучше подобрать вариант оснащения металлоискателя под конкретную ситуацию. Правда, они стоят денег.
5. Подсветка дисплея. Мелочь, наличие которой в иной раз будет очень полезным. Во-первых, можно работать в сумерках и даже ночью, что особенно актуально в зимнюю пору года. Во-вторых, такая подсветка хорошо поможет в некоторых ситуациях, к примеру, в лесу в пасмурную погоду.
6. GPS-модуль. Прибор спутниковой навигации GPS может быть встроен в металлоискатель. Область применения широкая, вы сможете:
   • видеть свои географические координаты,
   • записывать поисковые маршруты,
   • фиксировать места находок.

   Можно даже проводить полноценные навигационные мероприятия и прокладывать себе маршрут «от точки до точки».

Не забудьте также взять с собой лопатку.

Как изготовить металлоискатель для цветных металлов своими руками

Если у вас есть минимальные навыки в области радиоэлектроники , вы умеете паять и разбираетесь в схемах, то сделать элементарный металлоискатель не составит большого труда. Тем более, что есть множество схем, как это правильно сделать.

Инструменты, которые необходимы для создания прибора дома:

1. Паяльник и паяльные принадлежности — канифоль, и так далее.
2. Отвертки, кусачки, разного размера плоскогубцы.
3. Материалы, которые нужны для создания печатной платы.

Радиолюбители берут за основу металлоискателя микросхему К561ЛА7 . Такой аппарат сможет отличить цветмет от черного, что нам, собственно, и надо. В катушке должно быть 90 витков при диаметре 230 мм.

Самостоятельно можно сделать разные металлоискатели: начиная от высокочувствительных моделей, которые действуют на расстояние до 20-30 см , до миниатюрных, которые укажут вам месторасположение проводки или других предметов из цветного металла на расстоянии нескольких сантиметров.

Подробные описания и схемы в полном объеме размещены на сайте для радиолюбителей radiostorage.net .

Главное, что это возможно и, если вы и сами радиолюбитель, интересно.

О том, как выбрать металлоискатель, сморите в видеоролике:

Заключение

Промышляя сбором цветного металла, без специальной технической подготовки и инструмента много не заработаешь. Напротив, имея под рукой (в прямом смысле слова) металлоискатель с функцией дискриминации , можно находить по-настоящему крупные металлические объекты . А, если повезет, еще и настоящий клад.

Для обычного копа цветных металлов не надо тратиться на дорогостоящие модели , достаточно:

• купить простой аппарат ,
• внимательно ознакомиться с инструкциями,
• хорошенько потренироваться,
• запастись терпением
• и выходить на охоту.

Удачи в поисках!

От величины электрического сопротивления катушки с проводом зависит время затухания этого электрического импульса. Полное отсутствие сопротивления, или напротив очень высокая его величина заставит импульс колебаться. Это похоже на бросание резинового мячика на очень твердую поверхность, на которой он отскакивает многократно, прежде чем успокоится окончательно. При достаточном электрическом сопротивлении время затухания импульса укорачивается и отраженный импульс «сглаживается». Это аналогично бросанию резинового мячика в подушку. Про катушку детектора с импульсной индукцией говорят, что она критично заглушена, когда отраженный импульс быстро затухает до нуля без колебаний. Чрезмерное или недостаточное подавление будет вносить нестабильность в работу и маскировать сигналы от хорошо проводящих металлов таких, как золото и уменьшать глубину обнаружения. Когда металлический предмет находится поблизости от поисковой катушки, он запасает в себе некоторую часть энергии импульса, что приводит к затягиванию процесса затухания этого импульса до нуля. Изменение в ширине отраженного импульса измеряется и сигнализирует о присутствии металлического объекта. Для того чтобы выделить сигнал такого объекта, мы должны измерить ту часть импульса, где он спадает к нулю (хвост). На входе приемника катушки стоит резистор и ограничивающий диодная схема, которые обрезают напряжение входного импульса до величины 1 вольт, чтобы не перегружать вход схемы. Сигнал в приемнике состоит из импульса от передатчика и отраженного импульса. Обычно усиление приемника составляет 60 децибел. Это означает, что область, где отраженный сигнал спадает до нуля можно увеличить в 1000 раз.

Схема стробирования.
Усиленный сигнал от приемника поступает в схему, измеряющую время падения напряжения до нуля. Отраженный импульс преобразуется в последовательность импульсов. Когда металлический предмет приближается к катушке, форма импульса передатчика не изменится, а вот отраженный импульс станет немного длиннее. Увеличение длительности «хвоста» импульса всего на несколько миллионных долей секунды (микросекунды) достаточно для того, чтобы определить наличие металла под катушкой. На этот отраженный импульс накладываются импульсы (стробы), синхронизованные с началом импульса передатчика, и на выходе электронной схемы получается серия стробов, количество которых пропорционально длине «хвоста» импульса. Наиболее чувствительный импульс расположен максимально близко к концу хвоста там, где напряжение совсем близко к нулю. Обычно это временная область около 20-ти микросекунд после выключения передатчика и начала отраженного импульса. К сожалению, это так же область где работа металлодетектора с импульсной индукцией становится неустойчивой. По этой причине большинство моделей металлодетекторов с импульсной индукцией продолжают вырабатывать стробирующие импульсы еще 30-40 микросекунд после полного затухания отраженного импульса.

Интегратор.
Далее стробированный сигнал должен быть преобразован в напряжение постоянного тока. Это выполнятся схемой – интегратором, который усредняет последовательность импульсов и преобразует их в соответствующее напряжение, которое возрастает, когда объект близко от рамки и уменьшается, когда объект удаляется. Напряжение дополнительно усиливается и управляет схемой звукового контроля.
Период времени, в течение которого интегратор собирает входящие стробы, называется постоянной времени интегратора - (ПВИ). Она определяет то, насколько быстро металлодетектор реагирует на металлический объект. Длительная ПВИ (порядка секунд) имеет преимущество в уменьшении шума и упрощении настройки детектора, но при этом требует очень медленного перемещения поисковой катушки, поскольку объект может быть пропущен при быстром движении. Короткая ПВИ (порядка десятых долей секунды) быстрее реагирует на цель, что позволяет быстрее перемещать катушку, но помехоустойчивость и стабильности работы ухудшаются.

ДИСКРИМИНАЦИЯ (распознавание).
Металлодетектор с импульсной индукцией не способны к такой же степени дискриминации как СНЧ приборы. За счет измерения увеличивающегося периода времени между окончанием импульса передатчика и точкой, в которой отраженный импульс рассасывается до нуля (время задержки), можно отфильтровать объекты, состоящие из определенных металлов. На первом месте по этой характеристике стоит алюминиевая фольга, затем мелкие никелевые монетки, пуговицы и золото. Некоторые монеты могут быть вычислены по очень длинному хвосту импульса, однако железо, таким образом, НЕ определяется.
Было сделано много попыток создать металлодетектор с импульсной индукцией, способный определять железо, однако все эти попытки имели очень ограниченный успех. Хотя железо и дает длинный «хвост», серебро и медь имеют такие же характеристики. Столь длительная задержка плохо влияет на определение глубины залегания. Содержание минералов в почве также будет удлинять отраженный импульс, изменяя точку, в которой объект определяется или отвергается. Если постоянная времени интегратора настроена так, что золотое кольцо не определяется в воздухе, это же кольцо может «засветиться» в грунте, насыщенном солями. Таким образом, почва, насыщенная солями, изменяет всё, что относится к времени задержки и избирательной способности металлодетектора с импульсной индукцией.

ОТСТРОЙКА ОТ ЗЕМЛИ.
Отстройка от земли является очень критичной для СНЧ приборов, но не для металлодетекторов с импульсной индукцией. В среднем почва не запасает какого-либо значительного количества энергии от поисковой катушки и обычно сама не даёт никакого сигнала. Почва не будет маскировать сигнал от объекта и даже напротив, минерализация почвы слегка удлиняет сигнал пропорционально увеличению глубины залегания предмета. По отношению к МД с импульсной индукцией часто применяется термин «автоматическая отстройка от земли» (automatic ground balance) они обычно не реагируют на избыточную минерализацию почвы, не требуют внешней подстройки для разных типов почвы. Исключением является один из наиболее неприятных компонентов грунта - магнетит (Fe3O4), или магнитный оксид железа. Он вызывает перегрузку входных катушек детекторов СНЧ типа, сильно уменьшая их чувствительность, металлодетекторы с импульсной индукцией будут работать, но могут показывать ложные цели, если поднести катушку слишком близко к земле. Можно свести до минимума этот вредный эффект, удлинив время задержки между окончанием импульса передатчика и началом стробирования. Настраивая эту постоянную времени можно отстроиться от помех, вызванных минерализацией грунта.

АВТОМАТИЧЕСКАЯ И РУЧНАЯ НАСТРОЙКА.
Большинство металлодетекторов с импульсной индукцией имеют ручную настройку. Это означает, что оператор должен крутить настройку до тех пор, пока не послышится щелкающий или зудящий звук в наушниках. Если почва в районе поиска изменяется от и до нейтрального песка или от сухой почвы до морской воды, в этом случае подстройка необходима. Если этого не делать, можно потерять в глубине обнаружения и пропустить некоторые объекты. Ручная настройка очень затруднительна при использовании короткой постоянной времени интегратора (ПВИ). Поэтому многие приборы с ручной настройкой имеют длинную ПВИ и требуют медленного перемещения поисковой катушки.
Нет проблем с использованием МД с импульсной индукцией для подводного поиска, поскольку при этом поисковую катушку не перемещают быстро. При использовании в полосе прибоя, катушка будет, находится то в воде, то под водой, и при таких условиях использование приборов с ручной настройкой может вас сильно разочаровать, поскольку придется непрерывно подстраивать порог срабатывания. Некоторые операторы в таком случае сразу настраивают прибор чуть ниже порога срабатывания. Но это может привести к уменьшению глубины обнаружения, при изменении характеристик почвы.
Автоматическая настройка (SAT- self adjusting Threshold) дает значительное преимущество при поиске в и над соленой водой или на почве с высоким содержанием солей. Она позволяет использовать детектор на максимальной чувствительности без постоянной подстройки. Это улучшает стабильность работы, помехозащищенность и позволяет использовать больший коэффициент усиления. МД с импульсной индукцией не излучают сильные отрицательные сигналы как СНЧ приборы. Поэтому они не зашкаливают на ямах с минералами. Необходимо непрерывно перемещать катушку металлоискателя оснащенного системой автоподстройки, если вы останавливаете катушку, настройка сбивается или прибор перестает реагировать.

Аудио контроль.
Схемы звуковой сигнализации МД с импульсной индукцией распадаются на две категории: с изменяющейся частотой и изменяющейся громкостью. Схемы с изменяющейся частотой, построенные на основе генератора управляемого напряжением, хороши для регистрации небольших предметов, поскольку изменение в частоте легче уловить на слух, чем изменение в громкости, особенно при небольшом уровне громкости, особенно для приборов с ручной подстройкой порога. Однако звук похожий на пожарную сирену быстро утомляет, а некоторые люди не способны различать высокие тона. Один из хороших вариантов - это механическая вибрация, которая первоначально использовалось для подводных аппаратов. Такой прибор издает звуки и вибрацию, которая нарастает до жужжания при обнаружении объекта. Сигналы такого механического прибора легко распознать и они не заглушаются системой подачи воздуха.
Многие люди предпочитают более традиционный звуковой тон с нарастанием громкости, а не частоты. Такие системы звукового контроля работают хорошо в приборах, с быстрым перемещением рамки, те в приборах с автоматической подстройкой, при этом они звучат аналогично приборам с СНЧ.

Выводы по МД с импульсной индукцией.
Это специализированные инструменты. Они мало пригодны для поиска монет в городских условиях, поскольку не могут отфильтровать железный и ферросодержащий мусор. Они могут быть использованы для археологических поисков в сельской местности, где нет железного мусора в больших количествах, поиска золотых самородков и для поиска на максимальной глубине в экстремальных условиях, таких как побережья морей или места, где земля сильно минерализирована. Такие металлодетекторы показывают отличные результаты в подобных условиях и в целом сравнимы с СНЧ приборами, особенно по их способностям отстраиваться от таких грунтов и «пробивать» их на максимальную глубину.

В любительской и профессиональной поисковой практике большое значение придаётся используемому в процессе работы оборудованию, представленному металлоискателем того или иного класса. Всем тем, кто мечтает собрать этот прибор своими руками, будет полезно понять принцип действия металлоискателя, а также узнать, из каких основных деталей он состоит.

Что такое металлоискатель

Металлоискателем принято называть специальное электронное устройство, посредством которого удаётся находить металлические вещи и изделия, скрытые в непрозрачных средах. Последними могут быть:

• Грунты любого качества и состава;
• Стены зданий и сооружений из материалов различного типа;
• Толща жидких и водных сред, а также тела живых существ и многое другое.

Известно множество разновидностей детекторов металла, различающихся своей конструкцией и методом формирования чувствительного электромагнитного поля. С их помощью удаётся организовать поиск невидимых в грунте изделий из самых различных металлов, включая медь, алюминий и ржавое железо. Для освоения технических приёмов обращения с этим прибором, в первую очередь, необходимо ознакомиться с его устройством и понять принцип работы металлоискателей.

Комплектующие изделия и их назначение

Для того чтобы понять, как работают металлоискатели, прежде всего, следует ознакомиться с теми узлами и деталями, которые обеспечивают их работоспособность.

Классические приборы для поиска металлоизделий включают в свой состав следующие основные узлы:

• Электронная схема с чувствительными индуктивными датчиками (катушками);
• Ручка-держатель, состоящая из комплекта штанг, на одной из которых монтируется чувствительный датчик в виде рамки;
• Блок управления с усилительным модулем и элементами индикации (формирования звукового сигнала), крепящийся на ответном конце держателя.

Рассмотрим каждую из перечисленных выше составляющих более подробно.

Электронный чувствительный контур

Эта часть металлодетектора состоит из двух типов катушек, используемых в качестве чувствительных датчиков: приёмной и передающей. Она выполняется в виде пластиковой конструкции, по своей форме напоминающей эллипс или овал, соединяющийся с помощью сигнального кабеля непосредственно с блоком управления.

Обратите внимание! Для обустройства такого соединения, как правило, используется специальный разъем, который легко размыкается при необходимости (для ремонта усилителя или системы датчиков, например).

Крепление контура на корпусе штанги осуществляется посредством проушин, по своему виду напоминающих хомуты с фиксирующими болтами. Во избежание попадания внутрь катушек влаги и грязи они (как и их сочленение с кабелем) делаются полностью герметичными.

Штанги держателя изготавливаются из металлических или пластиковых пустотелых трубок, предназначенных для крепления поисковой катушки с возможностью регулировки угла наклона по отношению к исследуемой поверхности. На нижней штанге имеется специальный механизм, позволяющий регулировать положение пульта по высоте (за счёт изменения длины перекрытия со средней трубкой).

Средняя штанга играет роль промежуточного звена, связывающего две крайние части ручки-держателя. Она обеспечивает стыковку нижней трубы с поисковой рамкой и верхнего участка трубы с закреплённым на ней управляющим блоком. В некоторых моделях металлоискателей применяется держатель, в комплект которого входят только две штанги.

Верхняя часть изделия для удобства переноски и обращения с прибором иногда выполняется в виде изогнутого в форме S держателя, используемого в качестве удобного подлокотника.

Управляющий узел

Эта часть металлоискателя располагается в непосредственной близости от оператора и содержит модуль, обеспечивающий работу всего устройства в целом. С его помощью осуществляется функциональная обработка поступающих с датчиков сигналов, а также их вывод на специальный дисплей.

Дополнительная информация. В простейших и устаревших моделях металлоискателей в качестве отображающего табло используется обычный стрелочный индикатор.

В большинстве современных изделий в этом же модуле находится батарейный отсек с размещёнными в нём элементами питания.

Типы металлоискателей, принцип работы

Все известные образцы металлодетекторов по особенностям устройства электронного чувствительного датчика подразделяются на следующие типы:

• Детекторы, работающие по схеме «приём-передача»;
• Устройства индукционного типа;
• Приборы с импульсной обработкой полезной информации.

Большинство известных моделей детекторов, относящихся к изделиям средней ценовой категории, – это приборы, работающие по схеме «приём-передача». Принцип действия их поисковых устройств основан на генерации и приёме электромагнитного излучения определённой частоты. Основа чувствительной рамки такого прибора – две индуктивные катушки, одна из которых является передающей, а другая – приёмной (она же называется поисковой).

Первая из них излучает э/м волны, пронизывающие нейтральную среду и отражающиеся от появляющихся на пути распространения металлических предметов. Чувствительная поисковая (приёмная) катушка улавливает отражённый сигнал, который затем усиливается и подаётся на исполнительную часть схемы. Размещённый в пульте управления модуль преобразует поступивший сигнал и выводит результаты измерений на ж/к дисплей.

Принцип действия устройств с детектором индукционного типа схож с уже описанным выше алгоритмом, но имеет одно существенное отличие от него. Оно заключается в том, что в этом случае функцию приёмного и передающего контура выполняет одна и та же катушка.

Обратите внимание! Особенностью функционирования рассмотренных моделей является зависимость их чувствительности от состояния грунта. Значительное содержание в нём различных примесей (солей, например) вызывает ослабление отражённого сигнала и его маскировку на фоне помех.

Именно по этой причине устройства такого типа перед началом работы тщательно настраиваются путём выбора режима измерений с поправкой на качество исследуемого участка почвы.

В отличие от рассмотренных ранее образцов, импульсные металлоискатели не столь чувствительны к составу (минерализации) самого грунта. В основу конструкции поисковой рамки заложен тот же принцип, что и в индуктивной катушке. Однако в этом случае с её помощью вырабатываются импульсные воздействия, создающие на поверхностях изделий из металла так называемые «вихревые токи».

Именно эти электромагнитные образования являются откликом для приёмной катушки, улавливающей отражённый сигнал.

Важно! Такой принцип обнаружения металлических предметов не позволяет эффективно идентифицировать различные типы металлов, что существенно ограничивает возможности детектора.

Таким образом, по используемому в чувствительном датчике принципу обнаружения металлов все известные виды детекторов могут заметно отличаться один от другого. При выборе подходящего для решения конкретных задач изделия обязательно нужно учитывать эти различия.

Подготовка к работе (отстройка)

Основным моментом подготовки любого прибора к работе является так называемая «отстройка от земли», позволяющая поддерживать чувствительность прибора на нужном уровне (независимо от состояния и качества грунта). Такая процедура обязательна для моделей с аналоговыми характеристиками поискового сигнала, работающими по схеме «приём-передача». Для импульсных устройств она имеет определённую специфику, связанную с выбором способа отстройки.

Необходимость в её проведении объяснятся особенностями исследуемых грунтов, которые в подавляющем большинстве случаев являются железосодержащими, то есть вызывающими реакцию прибора. В связи с этим отражённый от таких почв сигнал может иметь амплитуду в сотни раз большую полезного импульса, так что обнаружить металл в обычном режиме практически невозможно.

Для устранения этого эффекта разработчиками используется фазовая составляющая, которая не меняется в процессе проведения писка (сдвиг фаз всегда остаётся постоянным). При правильной её отстройке можно добиться состояния, при котором никакие манипуляции с индуктивной рамкой, включая её подъём и опускание, не вызовут изменения показаний на пульте прибора. О таком детекторе металлов можно будет сказать, что он хорошо отстроен от земли.

По способу проведения этой операции все известные образцы детекторов делятся на модели с ручной и автоматической отстройкой.

Ручная

Большинство импульсных поисковых приборов имеет встроенную систему ручной отстройки по грунту. Это значит, что при выборе режима работы оператор должен самостоятельно вращать специальную ручку до появления в наушниках характерного щелчка или зуммера. Пользоваться ручным режимом очень сложно, если постоянная времени интегратора (ПВИ) электронной схемы очень мала, вследствие чего во многих цифровых устройствах он намеренно увеличивается.

Обратите внимание! Того же эффекта удаётся добиться, если при поиске металлов рамку перемещать очень медленно.

Не возникает проблем с выбором требуемого режима в ситуациях, когда импульсный принцип используется в условиях подводного поиска, так как быстро перемещать катушку в плотной среде невозможно физически. Примерно тот же эффект, но с небольшой поправкой на чувствительность, наблюдается при работах, проводимых в прибрежной зоне.

Автоматическая

Этот вид отстройки чувствительности аппарата даёт определённые преимущества в ситуациях, когда поиск осуществляется на морском берегу или почве с большой концентрацией солей. Он позволяет эксплуатировать детектор на максимальном пределе его чувствительности без необходимости её корректировки.

Использование автоматического режима способствует повышению стабильности работы устройства и улучшает его помехозащищенность (за счёт больших значений коэффициента усиления, встроенного в схему операционного усилителя). Для того чтобы при обращении с таким металлоискателем не наблюдалось сбоев настройки, следует перемещать его рамку без задержек, то есть непрерывно.

В завершении обзора несколько слов о применении устройств с импульсным методом формирования поискового сигнала. Многие относят эти приборы к поисковому инструменту с ограниченными возможностями, поскольку они не годятся для работы в городских условиях (из-за больших количеств содержащего железо мусора). Основная сфера их применения – это поиски археологических артефактов в загородных условиях, характеризующихся отсутствием больших скоплений ферромагнитных составляющих.

Видео

1.1. Принципы работы

Металлоискатель по принципу "передача-прием"

Термины "передача-прием" и "отраженный сигнал" в различных поисковых приборах обычно ассоциируются с методами типа импульсной эхо- и радиолокации, что является источником заблуждений, когда речь заходит о ме-таллоискателях. В отличие от различного рода локаторов, в металлоискателях рассматриваемого типа как передаваемый (излучаемый), так и принимаемый (отраженный) сигналы являются непрерывными, они существуют одновременно и совпадают по частоте.

Принцип действия металлоискателей типа "передача-прием" заключается в регистрации сигнала, отраженного (или, как говорят, переизлученного) металлическим предметом (мишенью), см. , стр. 225-228. Отраженный сигнал возникает вследствие воздействия на мишень переменного магнитного поля передающей (излучающей) катушки ме-таллоискателя. Таким образом, прибор данного типа подразумевает наличие как минимум двух катушек, одна из которых является передающей, а другая, приемной.

Основная принципиальная проблема, которая решается в металлоискателях данного типа, заключается в таком выборе взаимного расположения катушек, при котором магнитное поле излучающей катушки в отсутствие посторонних металлических предметов наводит нулевой сигнал в приемной катушке (или в системе приемных катушек). Таким образом, необходимо предотвратить непосредственное воздействие излучающей катушки на приемную. Появление же вблизи катушек металлической мишени приведет к появлению сигнала в виде переменной электродвижущей силы (э.д.с.) в приемной катушке.

Поначалу может показаться, что в природе существуют всего два варианта взаимного расположения катушек, при котором не происходит непосредственной передачи сигнала из одной катушки в другую (см. рис. 1, а и б) - катушки с перпендикулярными и со скрещивающимися осями.

Рис. 1. Варианты взаимного расположения катушек датчика металлоискателя по принципу "передача-прием"

Более тщательное изучение проблемы показывает, что подобных различных систем датчиков металлоискате-лей может быть сколь угодно много. Но это - более сложные системы с количеством катушек больше двух, соответствующим образом включенных электрически. Например, на рис. 1, в изображена система из одной излучающей (в центре) и двух приемных катушек, включенных встречно по сигналу, наводимому излучающей катушкой. Таким образом, сигнал на выходе системы приемных катушек в идеале равен нулю, так как наводимые в катушках э.д.с. взаимно компенсируются.

Особый интерес представляют системы датчиков с компланарными катушками (т.е. расположенными в одной плоскости). Это объясняется тем, что с помощью металлоискателей обычно проводят поиск предметов, находящихся в земле, а приблизить датчик на минимальное расстояние к поверхности земли возможно только в том случае, если его катушки компланарны. Кроме того, такие датчики обычно компактны и хорошо вписываются в защитные корпуса типа "блина" или "летающей тарелки".

Основные варианты взаимного расположения компланарных катушек приведены на рис. 2, а и б. В схеме на рис. 2, а взаимное расположение катушек выбрано таким, чтобы суммарный поток вектора магнитной индукции через поверхность, ограниченную приемной катушкой, равнялся нулю. В схеме рис. 2, б одна из катушек (приемная) скручена в виде "восьмерки", так что суммарная э.д.с, наводимая на половинки витков приемной катушки, расположенные в одном крыле "восьмерки", компенсирует аналогичную суммарную э.д.с, наводимую в другом крыле "восьмерки". Возможны и другие разнообразные конструкции датчиков с компланарными катушками, например рис. 2, е.

Рис. 2. Компланарные варианты взаимного расположения катушек металлоискателя по принципу "передача-прием"

Приемная катушка расположена внутри излучающей. Наводимая в приемной катушке э.д.с. компенсируется специальным трансформаторным устройством, отбирающим часть сигнала излучающей катушки.

Металлоискатель на биениях

Название "металлоискатель на биениях" является отголоском терминологии, принятой в радиотехнике еще со времен первых супергетеродинных приемников. Биениями называется явление, наиболее заметно проявляющееся при сложении двух периодических сигналов с близкими частотами и приблизительно одинаковыми амплитудами и заключающееся в пульсации амплитуды суммарного сигнала. Частота пульсации равна разности частот двух складываемых сигналов. Пропустив такой пульсирующий сигнал через выпрямитель (детектор), можно выделить сигнал разностной частоты. Такая схемотехника долгое время была традиционной, однако в настоящее время она уже не используется ни в радиотехнике, ни в металлоискателях. И там, и там - на смену амплитудным детекторам пришли синхронные детекторы, но термин "на биениях" остался до сих пор.

Принцип действия металлоискателя на биениях очень прост и заключается в регистрации разности частот от двух генераторов, один из которых является стабильным по частоте, а другой содержит датчик - катушку индуктивности в своей частотозадающей цепи. Прибор настраивается таким образом, чтобы в отсутствие металла вблизи датчика частоты двух генераторов совпадали или были очень близки по значению. Наличие металла вблизи датчика приводит к изменению его параметров и, как следствие, к изменению частоты соответствующего генератора. Это изменение, как правило, очень мало, однако изменение разности частот двух генераторов уже существенно и может быть легко зарегистрировано.

Разность частот может регистрироваться самыми различными путями, начиная от простейшего, когда сигнал разностной частоты прослушивается на головные телефоны или через громкоговоритель, и кончая цифровыми способами измерения частоты. Чувствительность металлоискателя на биениях зависит, кроме всего прочего, от параметров преобразования изменения полного сопротивления датчика в частоту.

Обычно преобразование заключается в получении разностной частоты стабильного генератора и генератора с катушкой датчика в частотозадающей цепи. Поэтому, чем выше будут частоты этих генераторов, тем больше будет разность частот в отклик на появление металлической мишени вблизи датчика Регистрация небольших отклонений частоты представляет определенную сложность. Так, на слух можно уверенно зарегистрировать уход частоты тонального сигнала не менее 10 Гц. Визуально, по миганию светодио-да, можно зарегистрировать уход частоты не менее 1 Гц. Другими способами можно добиться регистрации и меньшей разности частот, однако, эта регистрация потребует значительного времени, что неприемлемо для металлоис-кателей, которые всегда работают в реальном масштабе времени.

Селективность по металлам на таких частотах, весьма далеких от оптимальной, проявляется очень слабо. Кроме того, по сдвигу частоты генератора определить фазу отраженного сигнала практически невозможно. Поэтому селективность у металлоискателя на биениях отсутствует.

Металлоискатель по принципу электронного частотомера

Положительной для практики стороной является простота конструкции датчика и электронной части металлоис-кателей на биениях и по принципу частотомера. Такой прибор может быть очень компактным. Им удобно пользоваться, когда что-либо уже обнаружено более чувствительным прибором. Если обнаруженный предмет небольшой и находится достаточно глубоко в земле, то он может "затеряться", переместиться в ходе раскопок. Чтобы по многу раз не "просматривать" громоздким чувствительным металлоискателем место раскопок, желательно на завершающей стадии контролировать их ход компактным прибором малого радиуса действия, которым можно более точно узнать местонахождение предмета.

Однокатушечный металлоискатель индукционного типа

Слово "индукционный" в названии металлоискателей данного типа полностью раскрывает принцип их работы, если вспомнить смысл слова "inductio" (лат.) - наведение. Прибор данного типа имеет в составе датчика одну катушку любой удобной формы, возбуждаемую переменным сигналом. Появление вблизи датчика металлического предмета вызывает появление отраженного (переизлученного сигнала), который "наводит" в катушке дополнительный сигнал -электрический. Остается этот дополнительный сигнал только выделить.

Металлоискатель индукционного типа получил право на жизнь, главным образом, из-за основного недостатка приборов по принципу "передача-прием" - сложности конструкции датчиков. Эта сложность приводит либо к высокой стоимости и трудоемкости изготовления датчика, либо к его недостаточной механической жесткости, что обусловливает появление ложных сигналов при движении и снижает чувствительность прибора.

Рис. 3. Структурная схема входного узла индукционного металлоискателя

Если задаться целью исключить у приборов по принципу "передача-прием" этот недостаток путем устранения самой его причины, то можно прийти к необычному выводу - излучающая и приемная катушки у металлоискателя должны быть объединены в одну! В самом деле, весьма нежелательные перемещения и изгибы одной катушки относительно другой в данном случае отсутствуют, так как катушка только одна и она одновременно и излучающая, и приемная. Налицо также предельная простота датчика. Платой за эти преимущества является необходимость выделения полезного отраженного сигнала на фоне значительно большего сигнала возбуждения излучающей/приемной катушки.

Выделить отраженный сигнал можно, если вычесть из электрического сигнала, присутствующего в катушке датчика, сигнал той же формы, частоты, фазы и амплитуды, что и сигнал в катушке при отсутствии металла вблизи. *Как это можно реализовать одним из способов, показано на рис. 3.

Генератор вырабатывает переменное напряжение синусоидальной формы с постоянной амплитудой и частотой. Преобразователь "напряжение-ток" (ПНТ) преобразует напряжение генератора Ur в ток Iг, который задается в колебательный контур датчика. Колебательный контур состоит из конденсатора С и катушки L датчика. Его резонансная частота равна частоте генератора. Коэффициент преобразования ПНТ выбирается таким, чтобы напряжение колебательного контура ид равнялось напряжению генератора Ur (в отсутствие металла вблизи датчика). Таким образом, на сумматоре происходит вычитание двух сигналов одинаковой амплитуды, а выходной сигнал - результат вычитания -равен нулю. При появлении металла вблизи датчика возникает отраженный сигнал (иными словами, меняются параметры катушки датчика), и это приводит к изменению напряжения колебательного контура 11д. На выходе появляется сигнал, отличный от нуля.

На рис. 3 приведен лишь простейший вариант одной из схем входной части металлоискателей рассматриваемого типа. Вместо ПНТ в данной схеме в принципе возможно использование токозадающего резистора. Могут быть использованы различные мостовые схемы для включения катушки датчика, сумматоры с различными коэффициентами передачи по инвертирующему и неинвертирующему входам, частичное включение колебательного контура и т.д.

В схеме на рис. 3 в качестве датчика используется колебательный контур. Это сделано для простоты, чтобы получить нулевой сдвиг фаз между сигналами Ur и 11д (контур настроен на резонанс). Можно отказаться от колебательного контура с необходимостью точной настройки его на резонанс и использовать в качестве нагрузки ПНТ только катушку датчика. Однако коэффициент передачи ПНТ для этого случая должен быть комплексным, чтобы скорректировать сдвиг фазы на 90°, возникающий из-за индуктивного характера нагрузки ПНТ.

Импульсный металлоискатель

В рассмотренных ранее типах электронных металлоискателей отраженный сигнал отделяется от излучаемого либо геометрически - за счет взаимного расположения приемной и излучающей катушки, либо с помощью специальных схем компенсации. Очевидно, что может существовать и временной способ разделения излучаемого и отраженного сигналов. Такой способ широко используется, например, в импульсной эхо- и радиолокации. При локации механизм задержки отраженного сигнала обусловлен значительным временем распространения сигнала до объекта и обратно.

Применительно к металлоискателям, таким механизмом может быть и явление самоиндукции в проводящем объекте. Как использовать это на практике? После воздействия импульса магнитной индукции в проводящем объекте возникает и некоторое время поддерживается (вследствие явления самоиндукции) затухающий импульс тока, обусловливающий задержанный по времени отраженный сигнал. Он и несет полезную информацию, его и надо регистрировать.

Таким образом, может быть предложена другая схема построения металлоискателя, принципиально отличающаяся от рассмотренных ранее по способу разделения сигналов. Такой металлоискатель получил название импульсного. Он состоит из генератора импульсов тока, приемной и излучающей катушек, которые могут быть совмещены в одну, устройства коммутации и блока обработки сигнала.

Генератор импульсов тока формирует короткие импульсы тока миллисекундного диапазона, поступающие в излучающую катушку, где они преобразуются в импульсы магнитной индукции. Так как излучающая катушка - нагрузка генератора импульсов - имеет ярко выраженный индуктивный характер, на фронтах импульсов у генератора возникают перегрузки в виде всплесков напряжения. Такие всплески могут достигать по амплитуде десятков-сотен (!) вольт, однако использование защитных ограничителей недопустимо, так как оно привело бы к затягиванию фронта импульса тока и магнитной индукции и, в конечном счете, к усложнению отделения отраженного сигнала.

Приемная и излучающая катушки могут располагаться друг относительно друга достаточно произвольно, так как прямое проникновение излучаемого сигнала в приемную катушку и действие на нее отраженного сигнала разнесены по времени. В принципе, одна катушка может выполнять роль как приемной, так и излучающей, однако в этом случае гораздо сложнее будет развязать высоковольтные выходные цепи генератора импульсов тока и чувствительные входные цепи.

Устройство коммутации призвано произвести упомянутое выше разделение излучаемого и отраженного сигналов. Оно блокирует входные цепи прибора на определенное время, которое определяется временем действия импульса тока в излучающей катушке, временем разрядки катушки и временем, в течение которого возможно появление коротких откликов прибора от массивных слабопрово-дящих объектов типа грунта. По истечении же этого времени устройство коммутации должно обеспечить передачу сигнала с приемной катушки на блок обработки сигнала.

Блок обработки сигнала предназначен для преобразования входного электрического сигнала в удобную для восприятия человеком форму. Он может быть сконструирован на основе решений, используемых в металлоискателях других типов. К недостаткам импульсных металлоискателей следует отнести сложность реализации на практике дискриминации объектов по типу металла, сложность аппаратуры генерации и коммутации импульсов тока и напряжения большой амплитуды, высокий уровень радиопомех.

Магнитометры

Магнитометрами называется обширная группа приборов, предназначенных для изменения параметров магнитного поля (например, модуля или составляющих вектора магнитной индукции). Использование магнитометров в качестве металлоискателей основано на явлении локального искажения естественного магнитного поля Земли ферромагнитными материалами, например железом. Обнаружив с помощью магнитометра отклонение от обычного для данной местности модуля или направления вектора магнитной индукции поля Земли, можно с уверенностью говорить о наличии некоторой магнитной неоднородности (аномалии), которая может быть вызвана железным предметом.

По сравнению с рассмотренными ранее металлоискателями, магнитометры имеют гораздо большую дальность обнаружения железных предметов. Очень впечатляет информация о том, что с помощью магнитометра можно зарегистрировать мелкие обувные гвозди от ботинка на расстоянии 1 м, а легковой автомобиль - на расстоянии 10 м! Такая большая дальность обнаружения объясняется следующим. Аналогом излучаемого поля обычных металлоискателей для магнитометров является однородное (в масштабах поиска) магнитное поле Земли. Поэтому отклик прибора на железный предмет обратно пропорционален не шестой, а всего лишь третьей степени расстояния.

Принципиальным недостатком магнитометров является невозможность обнаружения с их помощью предметов из цветных металлов. Кроме того, даже если нас интересует только железо, применение магнитометров для поиска затруднительно - в природе существует большое разнообразие естественных магнитных аномалий самого различного масштаба (отдельные минералы, залежи минералов и т.п.). Однако при поиске затонувших танков и кораблей такие приборы вне конкуренции!

Радиолокаторы

Общеизвестен факт, что с помощью современных радиолокаторов можно обнаружить самолет на расстоянии нескольких сотен километров. Возникает вопрос: неужели современная электроника не позволяет создать компактное устройство, позволяющее обнаруживать интересующее нас предметы хотя бы на расстоянии нескольких метров9 Ответом является ряд публикаций, в которых такие устройства описаны.

Типичным для них является применение достижений современной микроэлектроники СВЧ, компьютерной обработки полученного сигнала. Использование современных высоких технологий практически делает невозможным самостоятельное изготовление этих устройств. Кроме того, большие габаритные размеры пока не позволяют их широко применять в полевых условиях.

К преимуществам радиолокаторов следует отнести принципиально более высокую дальность обнаружения -отраженный сигнал в грубом приближении можно считать подчиняющимся законам геометрической оптики и его ослабление пропорционально не шестой и даже не третьей, а лишь второй степени расстояния.