Примитивное подобие сегодняшнего оборудования было изобретено в начале прошлого века. Целью тогдашнего нововведения была борьба с «несунами» — работниками предприятий, которые могли вынести за пределы объекта инструмент либо готовую продукцию.
Незаменимым устройством, способным обнаружить металлические предметы на расстоянии, является металлодетектор. В современном мире эти приборы используются в самых разных сферах жизни человека.
Неизменный принцип действия
Естественно, со времен появления первого простейшего металлоискателя произошли значительные перемены в создании досмотрового оборудования. Однако как бы сильно «начинка» современных приборов не отличалась от первых образцов, принцип действия остался неизменным.
Основная функция устройства – обнаружение металлосодержащих предметов.
В зависимости от функционала металлоискатели разделены на три группы – ручные, арочные, грунтовые.
Ручной металлодетектор применяют в области организации и обеспечения безопасности для проведения досмотра физических лиц, багажа, личных вещей на предмет наличия запрещенных к проносу металлических предметов, оружия, боеприпасов, взрывоопасных веществ. Чаще всего данный тип электронных устройств применяют на проходных государственных и частных предприятий, в метро, гостиницах, кафе.
Но чтобы справиться с большим потоком людей в аэропорту, концертном зале, торговом центре либо на стадионе, ручной модели будет недостаточно.
Во избежание столпотворения охранные предприятия устанавливают рамочные конструкции, по форме напоминающие арку. Обладая высокой чувствительностью, обширной зоной поиска и большой пропускной способностью, оборудование в состоянии бесконтактно проверить на наличие подозрительных предметов значительно большее количество людей. Такие модели предназначены для обеспечения общественной и личной безопасности.
Первые «радиодетективы»
Считается, что современный арочный металлодетектор имеет далекого «предка» – прообраз такого устройства нашли в древнем Китае. В первом веке нашей эры при входе в Императорский дворец были установлены колонны из магнитного железняка, которые притягивали любые железные предметы. Благодаря таким мерам безопасности, охрана императора выявляла возможных злоумышленников.
Лишь в прошлом столетии с развитием электро-радиотехники металлодетекторы приобрели знакомый вид. Первый арочный металлоискатель под названием «Радиодетектив» был создан в Германии в 1926 году. Инженеры из Лейпцига Геффшен и Рихтер изобрели прибор, с помощью которого можно было находить металлические инструменты у рабочих при выходе с завода, чем избавили охранников от длительных обысков. В своей разработке немецкие изобретатели использовали опыт создателя телефона Александра Белла, а точнее поиски пули в теле раненого американского президента Гарфилда с использованием изобретенного им металлоискателя.
Как работают рамки металлодетектора
Массовое применение арочных металлодетекторов началось с 1970-х годов, в связи с увеличившимся количеством террористических актов. В наши дни рамки металлоискателей можно встретить везде: в метро, на входе в торговые центры, даже просто на улице – мобильные рамочные металлоискатели устанавливают при различных мероприятиях. Современные арочные металлодетекторы могут обнаружить не только металл, но обладают и множеством других полезных функций.
Принцип работы: вспоминаем школьную физику
Как можно легко догадаться, арочный металлодетектор внешне напоминает арку, через которую должен пройти человек. Что касается принципа работы – современные арочные металлодетекторы являются импульсно-индукционными. Объяснить принцип действия можно, вспомнив курс школьной физики. В вертикальных стенках рамки установлены катушки индуктивности. На них подается короткий электрический импульс, который вызывает генерацию магнитного поля в катушке. Этот факт обнаружил еще в 1820 году датский физик Эрстед. После отключения тока магнитное поле катушки меняет свою полярность и затухает, вызывая в катушке образование электрического тока. Это явление называется «отраженный импульс» и относится к закону электромагнитной индукции, открытым Фарадеем в 1831 году.
Если рядом с катушкой поместить металлический предмет, отраженный импульс задержится на несколько миллисекунд, так как первый магнитный импульс вызовет генерацию магнитного поля и в этом предмете. Специальная схема в металлодетекторе анализирует длину отраженного импульса и сравнивает фактическую с ожидаемой. Если отраженный сигнал длится дольше обычного, это означает, что присутствует поле металлического предмета. Схема посылает сигнал на интегратор, который преобразует его в напряжение постоянного тока. Напряжение, в свою очередь, подается на аудиосхему, и срабатывает звуковой сигнал, который оповещает о наличии металлического предмета.
Виды металлоискателей
По специфике поиска
Различают следующие виды металлоискателей, которые используют для поиска артефактов: грунтовые, подводные, глубинные. Такие виды, как: промышленные, досмотровые и военные, мы рассматривать не будем. Грунтовые. Самый обширный класс металлоискателей, который включает 90% детекторов, представленных на рынке. Название говорит само за себя: они предназначены для работы на суше. Все функции, перечисленные выше, имеются в этих приборах. Существуют приборы, которые могут искать как на суше, так и в воде. Поэтому их можно причислить сразу к двум видам: грунтовые и подводные. Подводные. Имеют защиту от воды, в том числе морской. Функции детектора заточены на специфику этих проборов. Например, они обладают повышенной чувствительностью к маленьким объектам (ювелирные украшения и монеты). Часто у приборов отсутствует дисплей, управление осуществляется регуляторами, расположенными под подлокотниками. Подводному кладоискателю понадобится не только металлоискатель, но и акваланг с гидрокостюмом. Глубинные. Этот вид детекторов используют для поиска крупных предметов (размером с кулак и выше). Кладоискатели используют эти детекторы для поиска кладов. Удобство заключается в том, что мелкий мусор остаётся вне зоны видимости этих аппаратов. Следовательно, поисковик не тратит время на выкапывание мелкого шмурдяка. Глубинники распространены и у тех, кто ищет чермет.
По принципу работы
BFO-детекторы. Один из самых первых видов металлоискателей. В основу этих устройств положено явление формирования биений, возникающих при смешивании двух близких по частоте сигналов. Они имеют слабую стабильность на минерализованных грунтах и минимум функций. Технология устарела и не используется в настоящее время TR-детекторы. Тоже устаревшая технология, которую не применяют современные производители. Основана на схеме «приём-передача» и принципе индукционного баланса. В данных детекторах впервые появилась дискриминация, которая позволила различать цветной и чёрный металл. TR-детекторы более стабильны и имеют большую глубину обнаружения, чем BFO-детекторы, но современные технологии вытеснили эти аппараты навсегда. VLF-детекторы. Современная технология, основанная на действии индукционного баланса с использованием низких частот до 20 КГц. (в некоторых случаях используются частоты до 100 КГц). Крупные предметы лучше всего фиксируются на низких частотах, а маленькие — на высоких. Отличительная особенность технологии — это появление продвинутой дискриминации, а также возможность производить отстройку от электропомех. VLF/TR-детекторы. Гибридная технология. Принцип работы такой же, как у TR-детекторов. Разница заключатся в режиме работы и используемой частоте. Приборы этого типа имеют плохие показатели по сравнению с VLF-детекторами. RF-детекторы. Технология используется в глубинных металлоискателях. Работа основана на действии индукционного баланса с использованием приемной и передающей катушки. Детектор обладает высокой глубиной обнаружения, но дискриминация отсутствует. При поиске прибор нужно держать всегда на одном расстоянии от земли. PI-детекторы. Используются при работе на сложных грунтах, под водой. Принцип работы заключается в действии пульсирующего электромагнитного поля на грунт. Детекторы этого типа имеют лучшую глубину и быстрый отклик от цели, но даже небольшая замусоренность осложняет работу. В настоящее время металлоискатели выпускают с использованием технологий VLF и PI. Эти технологии имеют поднастройки. Для VLF — VLFEX, BBS и FBS, для PI — DVT и SETA.
По цене
Цены на металлоискатели могут варьироваться от пары до нескольких сотен тысяч рублей. Однако не стоит думать, что металлоискатель, который стоит в два раза дороже, ищет в 2 раза лучше. Попытаемся разобраться в отличиях разных ценовых категорий и найти золотую середину. 
До 15000 рублей. Если вы решили купить металлоискатель с целью поиска старины, то эти металлоискатели не для вас. Их можно воспринимать, как игрушку, которая будет интересна только детям. Они имеют маленькую глубину обнаружения, плохую дискриминацию и минимум функций. Среди кладоискателей идёт большая конкуренция, найти не битое место очень сложно, поэтому поисковики стараются сразу купить хороший детектор, чтобы находить глубинные цели недоступные самым простым детекторам. 
От 15000 до 25000 рублей Первые шаги в кладоискательстве стоит начинать с этих детекторов. В них нет самых передовых технологий, они не показывают отличные результаты по глубине, но эти приборы обладают минимумом необходимых для поиска. Вы сможете найти свои первые артефакты и, возможно, окупите стоимость прибора. Многие копатели со стажем начинали именно с этих приборов, но потом купили более дорогие модели. 
От 25000 до 45000 Данные металлоискатели являются золотой серединой, которые сочетают в себе относительную простоту и использование современных технологий. Отличительные особенности данных детекторов: хорошая глубина, продвинутая дискриминация, несколько режимов поиска. Кладоискатели любят эти детекторы за долговечность. Если возникнет поломка, то замена будет стоить не так дорого, как для топовых моделей. 
От 45000 и выше Самые продвинутые поисковики, которые готовы платить большие деньги за прирост к глубине на несколько сантиметров, используют дорогие аппараты с самыми новейшими технологиями. Новичку не стоит начинать с этих моделей, если рядом нет опытного камрада. Разобраться в них самому будет сложно. Приборы имеют множество поднастроек, позволяющие заточить его под определенные условия поиска. Эти детекторы покупают профессионалы, которые хорошо понимают, за что отвечает каждая опция. Но и самый дорогой металлоискатель — не идеален. В руках опытного поисковика даже дешёвый детектор может обнаружить что-то ценное. Ни один аппарат нельзя настроить исключительно на поиск золота. Многие факторы влияют на показания прибора: минерализация грунта, форма, размер объекта. Копатели со стажем знают, что нужно проверять каждый цветной сигнал и, по возможности, сомнительный. Кто знает, очередной невзрачный сигнал, возможно, обеспечит вам беззаботную старость! Главный девиз кладоискателей: «Кто ищет, тот всегда найдет».
Как выбрать металлоискатель
Современный металлоискатель является сложнейшим электронным прибором, позволяющим обнаруживать металлические предметы любых размеров, формы и происхождения, находящихся в пределах нескольких метров от поверхности Земли. Принцип действия этих приборов основан на хорошо известном природном явлении – появлении отражённой волны в случае возникновения препятствия на пути распространения волнового процесса любой природы. То есть, это касается волн любого происхождения – воздушной, водяной, электромагнитной и других видов волн. Каждый из нас не раз наблюдал, как морская волна, ударившись о препятствие, тут же изменяет направление своего движения на противоположное, вызывая этим образование участков возмущения водной глади, так называемых стоячих волн.
Металлоискатели доступны в свободной продаже и никаких разрешений на их покупку не требуется. Купить металлоискатель можно в специализированных магазинах для приборного поиска. От себя могу порекомендовать магазин металлоискателей У Деда Мити.
Приборы для поиска металла в своей работе используют электромагнитные волны, излучаемые ими в направлении земной поверхности. Встретившись при своём движении с металлическим предметом или минералом, часть такой волны возвратится к металлоискателю и будет принята его приёмной антенной. Это происходит потому, что препятствием для электромагнитной волны могут быть исключительно металлосодержащие предметы, поскольку именно металлы обладают достаточной проводимостью, что является обязательным условием для возникновения электромагнитных откликов. И чем более крупный предмет будет находиться на пути распространения электромагнитной волны, тем большая часть её энергии возвратится к металлоискателю, что и будет им зафиксировано и выведено на экран пульта управления. В этом и заключается физическая сущность процессов, протекающих в металлоискателях во время их работы. В различных моделях этих приборов различаются в основном способы реализации приёмопередатчиков и количество вспомогательных механизмов, влияющих на качество поиска и удобство их эксплуатации.
Металлоискатель для начинающих
В мире существует около десятка достаточно хорошо зарекомендовавших себя брендов, под именем которых выпускаются разные типы приборов для поиска металла. Это, например, такие хорошо известные бренды, как Minelab, Garrett, XP, Nokta Makro, Teknetics и другие. Некоторые из них появились ещё в середине 60-х годов прошлого века, как, например, бренд Garrett, когда американская компания «Garrett Metal Detectors» наладила производство разработанного ею первого металлодетектора, и поэтому накопили огромный опыт в этом деле.
Большинство производителей объединяют выпускаемые ими разные типы моделей металлоискателей в так называемые линейки или серии, каждая из которых имеет свою направленность. Как правило, модели каждой серии имеют свой ценовой диапазон, отвечающий уровню сложности прибора – для начинающих, средний и уровень PRO для профессионалов. В пределах серии существует своя иерархия моделей, где есть младшая модель и старшая, объединяющая в себе все лучшие конструктивные элементы, содержащиеся в более ранних моделях линейки и, соответственно, имеющая лучшие технические характеристики. Учитывая, что развитие технологий не стоит на месте, нередко случается ситуация, когда старшие модели металлоискателей, относящиеся к линейкам среднего уровня или для начинающих, могут иметь более продвинутые характеристики, по сравнению с некоторыми моделями серии PRO. Всё зависит от года выпуска. И этот момент обязательно нужно учитывать при выборе прибора для поиска металла. То есть, предпочтительней делать выбор в пользу модели, которая произведена позднее. В качестве примера здесь можно привести младшую модель Vanquish 340 австралийской компании Minelab из серии «для начинающих», в которую добавлена функция Multi-IQ (режим мульти частотности), поддерживавшаяся ранее исключительно только в моделях серий уровня PRO, например, в сериях Equinox, Safari и других.
Для того, чтобы сделать правильный выбор металлоискателя для начинающих, необходимо учесть условия и цели поиска, а также наиболее значимые характеристики устройства, приведённые в его техническом паспорте. Под условиями поиска здесь понимается ареал, в пределах которого предполагается вести поиск металла. Это может быть, например, поле, лес, речка, дом, сарай и многие другие места. Соответственно этому принимается решение о параметрах следующих показателей будущего прибора:
• Габариты
• Степень защиты от внешних воздействий.
• Необходимость дискриминации – различения разных типов металлов.
• Состав грунта.
• Точность определения цели.
• Примерную глубину поиска.
Так, если предполагается вести поиск в поле или в лесу, то в этом случае габариты не играют существенной роли, то есть, они могут быть достаточно большими. Если же это дом, сарай или подвал, то очевидно, что размеры устройства должны быть как можно меньшими, иначе пользоваться им в указанных условиях будет просто невозможно. Длина современных приборов находится в диапазоне от 0,5 до 1,5 м.
Касательно степени защиты, то само собой, она должна быть тем выше, чем в более неблагоприятных условиях будет происходить поиск. В случае заболоченных мест устройство должно быть влагозащищённым, а при поиске на дне реки или озера иметь наивысшую степень защиты от воды – иметь допуск для подводного поиска.
В случае, когда ареалом является место, перегруженное разнообразнейшими металлическими предметами, например, городская свалка или просто загрязнённая местность, то в этом случае необходим прибор, поддерживающий функцию фильтрации разных типов металла — VDI (дискриминация). В противном случае, найти что-либо там будет нереально.
Зная примерный состав грунта ареала поиска, можно оценить возможность применения той или иной модели металлоискателя. Например, если известно, что почва в местах поиска в основном однородная, то вполне может подойти прибор, не поддерживающий функцию, так называемого баланса грунта. Если же почва значительно минерализована, например, гористая местность, то в этом случае необходим прибор с поддержкой этой функции в ручном и/или автоматическом режиме, что, конечно же, скажется на его стоимости.
Если поиск будет вестись на большой глубине, то очень важно будет не ошибиться в месте нахождения предмета, иначе придётся перекопать большие участки поверхности, что не всегда возможно. В этом случае поможет функция точности определения цели, которая реализуется в металлоискателях в виде режима пинпойнтера, позволяющего узнать точное местонахождение предмета.
В продаже имеются металлоискатели, разделяющиеся по такому признаку, как глубина поиска. Они могут быть грунтовыми или глубинными. В случае ведения поиска до одного метра, подойдёт грунтовый прибор, если глубже – глубинный. Эта характеристика определяется величиной рабочих частот прибора. Чем выше частота, тем глубже может вестись поиск, и наоборот. Для грунтового поиска обычно используется частота 6,6 кГц, а для глубинного – от 20 до 100 кГц, что чаще всего реализуется в более дорогих моделях, например, военного типа. Если же точно неизвестно на какой глубине находится предмет, то в этом случае наиболее подойдёт прибор, в котором поддерживается режим мульти частотности Multi-IQ, о котором уже упоминалось выше. В этом случае поиск будет происходить одновременно во всём диапазоне частот, поддерживаемых конкретным прибором, что даст возможность исследовать все уровни глубины – от 10 см до 4 метров.
Таким образом, основываясь только на приведённых выше критериях выбора металлоискателя, начинающему поисковику нетрудно будет подобрать наиболее подходящий для него прибор.
Бюджетный металлоискатель с хорошей глубиной поиска
Как уже говорилось выше, наибольшую глубину поиска обеспечивают те металлоискатели, которые могут работать на достаточно высоких частотах – в диапазоне от 20 до 100 кГц. Такие приборы, как правило, относятся к линейкам среднего, а чаще высшего уровня, что, конечно же, сказывается на их стоимости. Однако, здесь можно учесть тот факт, что глубины более 4-х метров не так часто могут заинтересовать рядового потенциального пользователя, а значит, в большинстве случаев вполне может подойти какая либо из новых моделей серии среднего уровня любого производителя. Такие модели нередко поддерживают частоты порядка 20 кГц, что примерно соответствует глубине обнаружения до 4-х метров, при этом их цена вполне подъёмная для рядового пользователя. Такой моделью, на наш взгляд, может стать металлоискатель американской компании «Garrett Metal Detectors» ACE APEX, поддерживающий ряд частот диапазона от 5 до 20 кГц и имеющий цену, соответствующую среднему ценовому диапазону – порядка 35000 рублей. Для сравнения, металлоискатель австралийской компании Minelab EQUINOX 800, относящийся к серии уровня PRO, поддерживает диапазон частот от 5 до 40 кГц, что, конечно же, обеспечивает большую глубину обнаружения по сравнению с прибором ACE APEX, однако его стоимость составляет порядка 75000 рублей, то есть, в два раза дороже. А значит, для бюджетного прибора с достаточной глубиной поиска модель ACE APEX вполне подходит.
Рейтинг металлоискателей по соотношению цена/качество
Ранее мы показали, что выбор прибора для поиска металла, прежде всего, должен определяться условиями и целью поиска. Именно эти критерии являются базовыми. Руководствуясь ими можно в значительной степени сэкономить при покупке прибора. Например, зачем переплачивать за функцию высокой защиты от влаги, если заведомо предполагается вести поиск в пустыне, где вообще нет влаги. Тем не менее, можно провести, так называемое, сквозное сравнение вне зависимости от принадлежности к определённой серии и выделить ряд наиболее важных характеристик, опираясь на которые можно будет сравнить их между собой и сделать определённые выводы. Это такие характеристики:
• VDI (дискриминация).
• Баланс грунта.
• Диапазон рабочих частот.
• Обновление ПО.
• Шумоподавление.
• Чувствительность.
• Режим пинпойнтера.
• Защита.
• Тип батареи питания.
• Удобство эксплуатации и вес.
Сравнивая указанные характеристики разных моделей металлоискателей, и учитывая цену, можно сделать правильный выбор.
Лучший металлоискатель. Подводим итоги.
Лучшим может быть металлоискатель, имеющий, соответственно, лучшие значения указанных выше характеристик и отвечающий современным требованиям эргономичности. Итак, критерии лучшего, согласно приведённым выше характеристикам:
• Расширенная шкала дискриминации с графическим отображением на 25-30 сегментов.
• Возможность ручной и автоматической настройки баланса грунта.
• Широкий диапазон рабочих частот: от 5 до 100кГц. Поддержка функции мульти частотности.
• Возможность обновления ПО.
• Высокий уровень шумоподавления.
• Широкий диапазон регулировки чувствительности.
• Поддержка функции точного определения цели — режим пинпойнтера.
• Высокий уровень защиты от внешних воздействий – влаги, температуры (от -10 °C до + 40 °C), пыли, грязи, электромагнитных помех.
• Использование литий-ионных аккумуляторов для работы.
• Практичность при эксплуатации – регулировка длины, удобная конфигурация, понятный интерфейс блока управления, встроенная беспроводная связь, малый вес.
Фактически все признанные производители металлоискателей применяют одни и те же хорошо известные технологии, такие, например, как Multi-IQ, Bluetooth, VLF, VFLEX, BBS, FBS, MPS, DVT, SETA и другие. Это означает, что нет существенной разницы между их продуктами. Фактически, качество и универсальность прибора напрямую зависят от его цены. Чем она выше, соответственно и выше качество изделия. Однако, если учитывать условия и цель поиска, то это поможет сэкономить немалое количество средств, приобретая прибор для поиска металла.
О чувствительности металлодетекторов
Для получения высокой чувствительности суммарный коэффициент усиления всего приемного тракта металлодетектора может составлять десятки децибел. Безрассудное увеличение чувствительности приводит к ухудшению стабильной работы прибора, превращая, таким образом, металлодетектор в бесполезный инструмент поиска.
Чувствительность является главным, но не основным достоинством современного металлодетектора.
Понимание этого факта приходит с опытом и становится очевидным после того, когда поисковик попадает на сильно замусоренный металлическим хламом участок. Тут уже и высокая чувствительность не в радость!
Иногда погоня за суперчувствительностью у некоторых индивидуумов вырождается в болезнь, когда человек концентрирует внимание на каждом лишнем сантиметре глубины, указанном в рекламных проспектах.
Фирмы-продавцы умело играют на этом факте! И последнее, глубина обнаружения, как правило, приводится по воздуху, т. е. для идеализированных условий, но в земле указанный предмет на заявленной глубине, скорее всего, обнаружить не удастся!
Источник: Корякин-Черняк С.Л. Семьян А.П. — Металлоискатели своими руками. Как искать, чтобы найти монеты, украшения, клады.
Металлоискатели, они же металлодетекторы: принципы работы и схемы
Металлоискатель, он же металлодетектор — это электронное устройство (прибор), позволяющее обнаруживать металлические предметы в нейтральной или слабопроводящей среде за счёт наличия у этих предметов электрической проводимости.
Так, а кой же должна быть эта слабопроводящая среда, если мы знаем, что практически все материалы в той или иной степени проводят ток?
Ну, как минимум, на несколько порядков ниже, чем проводимость металлов. Золотой портсигар внутри танка, затонувшего в болоте, мы, само собой, не отыщем, а вот какую-нибудь железяку в грунте, воде, стене, древесине, чемодане, в чьём-либо организме, в конце концов, и т. д. и т. п. — это пожалуйста, добро пожаловать на металлодетекторное обследование.
Теперь — по какому принципу работают металлоискатели (металлодетекторы)?
Этих принципов работы несколько:
Металлоискатель по принципу «передача-приём» непрерывным сигналом.
Тут всё понятно и соответствует названию: Передающая катушка непрерывно стреляется переменным электро-магнитным полем в искомый металлический предмет, оказавший поблизости.
Под влиянием этого поля в предмете, выступающем в роли мишени, возникают электрические токи, которые, в свою очередь, создают собственное магнитное поле, с направленностью обратной магнитному полю передатчика.
Приёмная катушка регистрирует отражённый (или, как говорят, переизлучённый) от металлического предмета (мишени) сигнал. Далее этот сигнал усиливается и обрабатывается электроникой, предварительно отделив его от более мощного сигнала передатчика.
Чем больше предмет и чем он ближе расположен к катушкам, тем выше будет амплитуда переизлучённого сигнала.
Прибор данного типа подразумевают наличие как минимум двух катушек, одна из которых является передающей, а другая, приёмной. Мало того, необходимо позаботиться о таком выборе взаимного расположения катушек, при котором магнитное поле излучающей катушки в отсутствие посторонних металлических предметов наводит минимальный (в идеале — нулевой) сигнал в приёмной катушке (или в системе приёмных катушек).
Существуют различные варианты взаимного расположения катушек, при которых не происходит непосредственной передачи сигнала из одной катушки в другую. Основные из них: катушки с перпендикулярными осями (Рис.1, а и б), а также вариант расположения приёмной катушки, скрученной в форме восьмёрки, внутри передающей (Рис.1 в).
Поскольку конструкция данных типов металлоискателей достаточно сложна, так как подразумевает наличие отдельных катушек на приём и передачу, широкого распространения в радиолюбительской практике она не нашла.
Совсем другое дело — металлоискатели, построенные на принципе биений, или так называемые BFO металлоискатели.
Принцип действия металлоискателя на биениях заключается в регистрации разности частот от двух генераторов, один из которых является стабильным по частоте, а другой содержит датчик — поисковую 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 индуктивности датчика и, как следствие, к изменению частоты соответствующего генератора. Это изменение, приведёт к изменению разностной частоты двух генераторов, которая выделяется специальным устройством (смесителем), на входы которого подаются сигналы обоих генераторов, а на выходе выделяется разностная частота, называемая частотой биений.
Разность частот может регистрироваться самыми различными путями, начиная от простейшего, когда сигнал разностной частоты прослушивается на головные телефоны, и кончая цифровыми способами измерения частоты.
Диапазоны рабочих частот BFO металлоискателей — 40-500 кГц.
При отсутствии металла в поле поисковой катушки разностная частота должна быть в пределах 500. 1000 Гц.
В качестве примера приведу схему простейшего компактного металлоискателя на микросхеме К175ЛЕ5 (Источник Яворский В. Металлоискатель на К176ЛЕ5. // Радио, 1999, №8, с. 65).
Схема содержит два генератора (опорный и поисковый). Поисковый генератор собран на элементах DD1.1, DD1.2, а опорный – на элементах DD1.3 и DD1.4.
Переменным резистором R2 плавно изменяют частоту поискового генератора в диапазоне частот, установленном подстроечным резистором R1. Частота генератора на элементах DD1.3 и DD1.4 зависит от параметров колебательного контура L1, С2.
Сигналы с обоих генераторов поступают через конденсаторы C3 и С4 на детектор, выполненный на диодах VD1 и VD2.
Нагрузкой детектора являются наушники BF1, на которых выделяется разностный сигнал в виде низкочастотной составляющей, преобразуемый наушниками в звук.
Параллельно наушникам включен конденсатор С5, который шунтирует их по высокой частоте. При приближении поисковой катушки L1 к металлическому предмету происходит изменение частоты генератора на элементах DD1.3, DD1.4, в результате меняется тональность звука в наушниках. По этому признаку и определяют, находится ли в зоне поиска металлический предмет.
Рис.3
Катушка L1 размещается в кольце диаметром 200 мм, согнутом из медной или алюминиевой трубки с внутренним диаметром 8 мм. Между концами трубки должен быть небольшой изолированный зазор, чтобы не было короткозамкнутого витка. Катушка наматывается проводом ПЭЛШО 0,5. Через трубку необходимо протянуть любым способом максимальное число витков: чем больше, тем лучше.
Несмотря на бытующее мнение, что BFO металлоискатели не имеют чёткой селективности различных видов металлов, при наличии некоторого опыта, данным типом устройств можно-таки производить селекцию, анализируя и отфильтровывая сигналы на слух.
В теории чувствительность BFO металлоискателей должна быть таком же уровне, как и у устройств, построенных по принципу «передача-приём». Однако существует существенная проблема, снижающая чувствительность приборов данного типа. Проблема заключается в том, что два генератора, настроенные на очень близкие частоты, имеют тенденцию к паразитной взаимной синхронизации. А это, в свою очередь, не даёт возможности работы на низких начальных разностных частотах, на которых ухо имеет максимальную чувствительность к изменению тона звукового сигнала.
И тут, лёгким движением руки, BFO металлоискатель превращается в
Металлоискатель, работающий по принципу электронного частотомера.
Построенный по такому принципу электронный металлоискатель является несомненным родственником прибора «на биениях», но в отличие от него содержит один генератор с частотозадающей поисковой катушкой, а изменение частоты фиксируется электронным устройством, работающим по принципу частотомера. Помимо повышения чувствительности приборы данного класса, обладают и возможностью оценки знака приращения частоты, а соответственно и возможностью селекции чёрных/цветных металлов.
Простейшую реализацию подобной конструкции без селектора видов металлов предложил Адаменко М.В. в книге «Металлоискатели».
Рис.4
Предлагаемая конструкция является устройством, в основу которого положен принцип анализа девиации частоты опорного генератора под влиянием металлических предметов, попавших в зону действия поисковой катушки. Главными отличительными особенностями данного прибора можно считать интересное схемотехническое решение анализатора, выполненного на кварцевом элементе Q1, а также использование в качестве индикатора стрелочного прибора.
Основу схемы рассматриваемого металлодетектора (Рис.4) составляют измерительный генератор, буферный каскад, анализатор, детектор высокочастотных колебаний и индикаторное устройство.
Колебательный контур генератора высокой частоты, выполненного на транзисторе Т1, состоит из катушки L1 и конденсаторов С3-С6. Рабочая частота ВЧ-генератора зависит от девиации индуктивности катушки L1, которая одновременно является поисковой катушкой, а также от изменения ёмкостей подстроечного (С4) и регулировочного (С3) конденсаторов.
При отсутствии металлических предметов в зоне действия катушки L1 частота колебаний, возбуждаемых в ВЧ-генераторе, должна быть равна частоте кварцевого элемента Q1, то есть в данном случае — 1 МГц.
После того как в зоне действия поисковой катушки L1 окажется металлический предмет, её индуктивность изменится. Это приведёт к изменению частоты колебаний ВЧ-генератора. Далее сигнал ВЧ подаётся на буферный каскад, обеспечивающий согласование генератора с последующими цепями. В качестве буферного каскада используется эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторе Т2.
С выхода эмиттерного повторителя сигнал ВЧ через регулировочный резистор R7 и кварц Q1 поступает на детектор, выполненный на диоде D2. Благодаря высокой добротности кварца малейший сдвиг частоты измерительного генератора будут приводить к уменьшению полного сопротивления кварцевого элемента. В результате на вход усилителя постоянного тока (база транзистора Т3) поступает сигнал, изменение амплитуды которого обеспечивает соответствующее отклонение стрелки индикаторного прибора.
Нагрузкой УПТ, выполненного на транзисторе Т3, является стрелочный прибор с током полного отклонения 1 мА. При замыкании выключателя S2 в цепь нагрузки включается генератор звукового сигнала, выполненный на транзисторе Т4.
Поисковая катушка L1 представляет собой кольцевую рамку, изготовленную из отрезка кабеля с внешним диаметром 8-10 мм (например, кабеля марки РК-50). Центральную жилу кабеля следует удалить, а вместо неё протянуть шесть жил провода типа ПЭЛ диаметром 0,1-0,2 мм и длиной 115 мм. Получившийся многожильный кабель необходимо согнуть на подходящей оправке в кольцо таким образом, чтобы между началом и концом образовавшейся петли остался зазор шириной примерно 25-30 мм.
Конец провода, являющийся началом первого витка, следует припаять к экранирующей оплётке кабеля, начало второго витка — к концу первого и так далее. В результате получится катушка, содержащая шесть витков провода. При изготовлении катушки L1 нужно особенно следить за тем, чтобы не произошло замыкания концов экранирующей оплётки, поскольку в этом случае образуется короткозамкнутый виток.
Непосредственное налаживание металлодетектора следует начать с установки нужной частоты колебаний, формируемых ВЧ-генератором. Частота колебаний ВЧ должна быть равна частоте кварцевого элемента Q1. Для выполнения данной регулировки рекомендуется воспользоваться цифровым частотомером. При этом значение частоты сначала грубо устанавливается изменением ёмкости конденсатора С4, а затем точно — регулировкой конденсатора С3.
При отсутствии частотомера настройку ВЧ-генератора можно провести по показаниям индикатора PA1. Поскольку кварц Q1 является элементом связи между поисковой и индикаторной частями прибора, то его сопротивление в момент резонанса весьма велико. Таким образом, о точной настройке колебаний ВЧ-генератора на частоту кварца будет свидетельствовать минимальное показание стрелочного прибора PA1.Уровень чувствительности данного устройства регулируется резистором R8.
Ну и закончу я обзор весьма популярными среди радиолюбительского сообщества —
Импульсными металлоискателями.
Не будем отвлекаться на различные виды импульсных конструкций. Рассмотрим однокатушечный вариант с временным способом разделения излучаемого и отражённого сигналов.
После воздействия импульса магнитной индукции в искомом проводящем объекте возникает и некоторое время поддерживается (вследствие явления самоиндукции) затухающий импульс тока, обусловливающий задержанный по времени отражённый сигнал. Он и несёт полезную информацию, его и надо регистрировать.
Генератор импульсов тока формирует короткие импульсы тока миллисекундного диапазона, поступающие в излучающую катушку, где они преобразуются в импульсы магнитной индукции. Так как излучающая катушка имеет ярко выраженный индуктивный характер, всплески напряжения на ней могут достигать по амплитуде десятков-сотен вольт. В связи с этим, необходимо позаботиться: либо о блокировке входной цепи прибора на определённое время, либо об ограничении данного напряжения на входе приёмной части регистратора.
По истечении времени действия импульса тока в излучающей катушке и времени разрядки катушки в действие должен вступить блок обработки сигнала, предназначенный для преобразования входного электрического (отражённого от железяки) сигнала в удобную для восприятия человеком форму.
Приведу для примера простую и расхожую схему импульсного металлоискателя ПИРАТ.
Принцип работы этого металлоискателя основан на изменении времени затухания отражённого от металлического предмета импульса в поисковой катушке, которое увеличивается с приближением металлических предметов. Дискриминации в данном типе металлоискателя нет, цветной и чёрный металлы реагируют практически одинаково.
Прибор состоит из передающего блока (генератора импульсов на таймере NE555 и мощного ключа на полевом транзисторе) и приёмной части на операционном усилителе TL072.
По входу приёмника стоят встречно-параллельно включённые ограничивающие диоды, на входе второго каскада ОУ приёмника — фильтр, отсекающий импульсы, излучаемые передатчиком.
Поисковая катушка L1 намотана на оправку 180-200 мм и содержит 25-30 витков эмалированного провода диаметром 0.5-0.8 мм. Экранировать катушку не нужно.
Оптимальные параметры работы генератора на NE555 : частота 125-150 Гц, длительность импульса 125-150 мкс.
При соблюдении этих параметров аппарат потребляет минимальный ток и имеет максимальную чувствительность:
Потребляемый ток : 30-50 мА;
Чувствительность : Монета 25 мм — 20 см, крупные предметы — 150 см.
После сборки схемы наладить металлоискатель очень просто. Включаем питание и ждём окончания переходных процессов в течении 15 секунд, подбором резистора R11 добиваемся того, чтобы при среднем положении переменного резистора R12 в динамике не было слышно звука генератора, а слышались только редкие щелчки.
Поисковая катушка при настройке должна находиться вдали от металлических предметов. При приближении металла в динамике должен появляться звук с частотой работы таймера NE555.
И подытожим страницу информацией о том,
как частота металлоискателя влияет на качество поиска.
Условно частоты работы металлоискателей можно разделить следующим образом:
2-6 кГц — низкая частота;
6-15 кГц — средняя частота;
15-30 кГц — высокая частота;
от 30 кГц и выше — ну, очень высокая частота.
Низким частотам присущи следующие свойства: бóльшая способность проникать в глубину почвы, а потому и увеличенная глубина обнаружения, способность работать на почвах с высоким уровнем минерализации, способность хорошо справляться с задачей поиска целей с высокой проводимостью (медь, бронза, серебро).
Из недостатков: не очень хорошо подходят для поиска мелких объектов и поиска целей с низкой проводимостью, например, железа, никеля и т.д.
Высокие частоты обладают следующими свойствами: показывают отличные результаты при поиске мелких объектов, хорошо подходят для поиска целей с низкой проводимостью, обладают более высокой точностью, особенно при обнаружении целей, расположенных близко к поверхности.
Из недостатков можно отметить: чувствительность к помехам, создаваемым высокоминерализованным грунтом, меньшая глубина обнаружения по сравнению с низкой частотой.
Средние частоты представляют собой компромисс между низкими и высокими. Средняя частота считается универсальной, подходящей под любой тип находок, поэтому практически все бюджетные одночастотные детекторы промышленного производства обладают стандартной рабочей частотой — 6. 8 кГц.
 |  |
6. Магнитометры
Магнитометры – приборы, предназначением которых является изменением показателей магнитного поля. При этом, магнитометры могут использоваться и в качестве металлоискателей. Это возможно благодаря тому, что магнитное поле Земли может искажаться различными материалами с ферромагнитными свойствами, например, железом. Обнаружение таких объектов происходит путем регистрации отклонений от исходного для определенной местности модуля магнитного поля. В результате, можно наблюдать некоторую магнитную неоднородность (аномалии), которые как раз и могут быть вызваны предметами из металла.
В отличие от рассмотренных выше металлоискателей, магнитометры охватывают больший диапазон обнаружения железных предметов. Наверное, многим приходилось слышать о нахождении с помощью магнитометра, например, автомобиля, расположенного на расстоянии 10 метров от оператора. В тоже время, главным недостатком магнитометров является их неспособность обнаруживать предметы, изготовленные из цветных металлов. К тому же, магнитометр может реагировать не только на железо, но и на так званые естественные магнитные аномалии. Это могут быть, к примеру, залежи минералов или отдельные минералы и т.д.
Схема магнитометра
7. Радиолокаторы
Принцип работы любого радиолокатора основывается на методе изучения электромагнитной энергии, ее отражения и прием от различных объектов, находящихся в воздухе, на море или земле. Отраженный сигнал принимается для дальнейшей обработки и анализа. В результате, можно безошибочно определить местонахождение интересующего объекта, его скорость и траекторию движения.
Радиолокаторы обладают целым рядом неоспоримых преимуществ. Так, они позволяют работать с достаточно большими расстояниями. Сигнал, который был отражен можно считать таковым, что полностью подчиняется законам геометрической оптики, а его ослабления пропорционально лишь второй степени расстояния. В тоже время, серьезным недостатком радиолокатора является то, что излучая электромагнитные волны, он позволяет обнаружить свое местонахождение. Однако сейчас интенсивно ведется поиск методов, помогающих скрыть сигнатуры радиолокаторов и вполне возможно, что в скором времени удастся избавить от указанного недостатка.
Также рекомендуем ознакомиться с Лампово-полупроводниковый УМЗЧ.
