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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Diversi tipi di metal detector e loro principi di funzionamento. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / metal detector Per cercare con successo oggetti metallici nel terreno, non è necessario comprendere i principi scientifici di un metal detector. È utile però conoscere in termini generali come funziona un metal detector. Metal detector è un dispositivo elettronico che rileva la presenza di metalli e ce ne informa. Un oggetto metallico, ad esempio una moneta, posto nel terreno, di per sé non emette nulla e non tradisce la sua presenza. Per rilevarlo è necessario irradiarlo con onde radio e rilevare un segnale secondario. Tutti i metal detector si basano su questo principio: la differenza tra i modelli economici e quelli costosi sta nei metodi di emissione di queste onde radio, nei metodi per captare i segnali secondari e nei metodi per informarti della presenza di metallo.
Riso. 13. La comparsa di correnti parassite sulla superficie di oggetti metallici catturati nel campo elettromagnetico della bobina di ricerca Quando accendi il metal detector, una corrente elettrica alternata scorre attraverso la bobina di ricerca, creando un campo elettromagnetico attorno alla bobina di ricerca. Questo campo passa nell'ambiente, sia esso aria, suolo, acqua, pietra, legno, ecc. Se un oggetto metallico ostacola questo campo, sulla sua superficie compaiono le cosiddette correnti parassite. Queste correnti formano un proprio campo elettromagnetico, che indebolisce il campo della bobina trasmittente. Il circuito elettronico dell'apparecchio, utilizzando una bobina, rileva questo indebolimento di campo causato dalla presenza di metallo sotto la bobina e ti informa in un modo o nell'altro. Circuiti elettronici più complessi forniscono una migliore cattura dei segnali secondari più deboli e li elaborano in modo più accurato. Pertanto, tali dispositivi richiedono molta manodopera da produrre e sono più costosi. Tuttavia, di solito sono in grado di trovare oggetti a profondità maggiori.
Le correnti parassite si formano sulla superficie di qualsiasi materiale elettricamente conduttivo: metalli, minerali, ecc. I metalli non ferrosi sono più conduttivi elettricamente dei metalli ferrosi e dei minerali. Pertanto, le correnti parassite su di essi impiegano più tempo a estinguersi. Il metal detector rileva in quale caso le correnti parassite decadono più velocemente e su questa base può "dirti" quale metallo - ferroso o non ferroso - si trova sotto la bobina. Purtroppo in alcuni punti il terreno contiene una grande quantità di minerali elettricamente conduttori (magnetite, sali di sodio e potassio), che sono estremamente indesiderabili perché mascherano la presenza del metallo, riducendo la profondità della sua rilevazione. I minerali di ferro e sale rappresentano una delle principali preoccupazioni per i produttori e gli utenti dei metal detector. Utilizzando diversi filtri è possibile ridurre significativamente l'influenza della sterlina. Alcuni dispositivi sono dotati di bilanciamento automatico del terreno; in altri questo viene effettuato manualmente dall'operatore, operazione più precisa se eseguita correttamente. In letteratura, quanto segue approcci principali alla realizzazione dei circuiti del metal detector: 1. Metodo Beat - BFO (Bcat Frequency Oscillation). 2. Metodo di bilanciamento dell'induzione - IB/TR (Bilanciamento dell'induzione / Trasmettitore-Ricevitore). 3. Metodo di bilanciamento dell'induzione che utilizza frequenze operative molto basse - VLF/TR (Very Low Frequency/Trasmettitore-Ricevitore). 4. Metodo di bilanciamento dell'induzione con bobine distanziate - RF (Radio Frequency). 5. Metodo a impulsi - PI (Induzione a impulsi). 6. Metodo di interruzione della risonanza - OR (OfTResonance). Metodo Beat - BFO Il parametro misurato è la frequenza del generatore LC, che include la bobina della testa di ricerca. La frequenza viene confrontata con quella di riferimento e la differenza di frequenza di battimento risultante viene visualizzata su un display audio. La circuiteria dei dispositivi è abbastanza semplice; la bobina non richiede un'esecuzione di precisione. Frequenza operativa 40-500 kHz. La sensibilità dei dispositivi BFO è bassa, con bassa stabilità e scarsa capacità di sintonizzarsi su terreni bagnati e mineralizzati. Il metodo BFO è stato utilizzato nei rilevatori di mine e nei dispositivi seriali estranei negli anni '60 e '70. l'ultimo secolo. Attualmente, questo metodo è popolare tra i radioamatori e si trova in dispositivi economici di produttori russi. Ciò include anche dispositivi con misurazione diretta della frequenza, che sono ben implementati sui microprocessori. Metodo dell'equilibrio di induzione - IB/TR La testa di ricerca è formata da due bobine poste sullo stesso piano e bilanciate in modo che quando viene applicato un segnale alla bobina trasmittente, alle uscite riceventi è presente un segnale minimo. La bobina di trasmissione è spesso inclusa nel circuito dell'oscillatore LC. Il parametro misurato è l'ampiezza del segnale sulla bobina ricevente e lo sfasamento tra il segnale sinusoidale trasmesso e quello ricevuto. Tali rilevatori di metalli hanno una frequenza operativa di 80-100 kHz. Possono rilevare piccoli oggetti a profondità relativamente profonde (30-35 cm), tuttavia sono inutili durante la ricerca su fondali altamente mineralizzati e spiagge marine. Metodo di bilanciamento a induzione che utilizza frequenze operative molto basse - VLF/TR Si è scoperto che quando la frequenza operativa viene ridotta al di sotto di 20 kHz, è possibile dissintonizzarsi dall'influenza della sterlina; la profondità di azione del dispositivo è leggermente ridotta, ma la stabilità di funzionamento aumenta notevolmente e i falsi segnali scompaiono. Tali dispositivi sono chiamati VLF/TR, che sta per metal detector di tipo trasmettitore-ricevitore che funziona a frequenze molto basse. Il metodo VLF consente di costruire dispositivi altamente sensibili con buona discriminazione dei metalli attraverso l'analisi delle caratteristiche di fase. La circuiteria dei dispositivi è piuttosto complessa; le bobine richiedono un bilanciamento di precisione. La maggior parte dei dispositivi seriali, compresi quelli computerizzati, sono oggi costruiti sulla base di questo metodo. La discriminazione degli oggetti e la dissintonizzazione da terra in tali dispositivi vengono effettuate in modo relativamente semplice utilizzando circuiti di sfasamento. Il principio TR (o la sua versione VLF/TR) prevede l'analisi delle caratteristiche di fase del segnale, quindi questi dispositivi distinguono facilmente tra metalli ferrosi e non ferrosi e sono esclusi da detriti e terreno. Hanno un'elevata sensibilità e risoluzione, che dipende dal diametro della bobina di ricerca: più è grande, più profonda è la rilevazione, ma più difficile è cercare piccoli oggetti. Lo svantaggio di tali dispositivi era che il bilanciamento del terreno non poteva essere eseguito contemporaneamente alla discriminazione e l'operatore doveva utilizzare un interruttore per selezionare l'una o l'altra modalità. Tali dispositivi furono prodotti negli Stati Uniti e in Inghilterra per 10 anni fino al 1980, quando furono sostituiti dai cosiddetti metal detector dinamici. Alla fine degli anni '70. XX secolo L'americano J. Payne ha sviluppato uno schema che consente la discriminazione e l'adattamento simultanei del terreno. I primi dispositivi di questo tipo dovevano essere spostati molto velocemente per raggiungere una profondità d'azione accettabile, il che era molto faticoso per l'operatore. I modelli successivi (a causa della complessità del circuito) hanno permesso di lavorare a velocità inferiori di movimento della bobina senza perdita di profondità. All'inizio degli anni '80. i metal detector sono diventati pesanti e difficili da installare. Essenzialmente, un dispositivo includeva quattro diversi tipi di metal detector. L'azienda americana Fisher Research Laboratory ha prontamente risposto alle richieste dei cacciatori di tesori di realizzare un dispositivo più semplice, ma non per questo meno sensibile e, sulla base degli ultimi progressi nella microelettronica, ha sviluppato il metal detector 1260 con regolazione automatica della soglia, funzionante a frequenza molto bassa. Aveva solo pochi controlli e non richiedeva alcuna regolazione manuale. Si tratta di un dispositivo leggero, facile da usare e sensibile ai piccoli oggetti che funziona con successo su terreni poveri mineralizzati. La sua modifica, la 1266, fu prodotta fino al 2003. Questo metal detector cominciò a essere chiamato "dinamico", sebbene, in sostanza, appartenga al tipo VLF/TR. I precedenti metal detector statici del tipo VLF/TR hanno praticamente cessato di essere prodotti e tutte le aziende leader sono passate rapidamente alla produzione di dispositivi che utilizzano questo principio dinamico. Numerose piccole imprese che non riuscirono a farlo furono costrette a cessare di esistere. Da allora, nel mondo sono rimaste solo una dozzina di aziende produttrici di metal detector. Metodo di bilanciamento a induzione distanziata tra le bobine - RF Questa è una versione ad alta frequenza del TR, in cui le bobine trasmittenti e riceventi non formano un trasformatore piatto, ma sono distanziate e posizionate perpendicolari tra loro. La bobina ricevente riceve il segnale riflesso dalla superficie metallica, emesso dalla bobina trasmittente. Questo metodo viene utilizzato negli strumenti di profondità ed è caratterizzato dall'insensibilità ai piccoli oggetti e dall'incapacità di distinguere tra metalli ferrosi e non ferrosi. Metodo a impulsi - IP Sviluppati inizialmente negli Stati Uniti per gli archeologi, questi dispositivi divennero più diffusi tra i dilettanti in Inghilterra alla fine degli anni '60. Come nei dispositivi basati sul principio dell'equilibrio dell'induzione, i dispositivi pulsati creano un campo elettromagnetico che agisce su un oggetto, ma questo campo non agisce sempre, ma periodicamente: si accende e si spegne (pulsa) più volte entro un secondo. Quando il campo è acceso, vengono indotte correnti parassite sulla superficie dell'oggetto. Quando il campo viene spento, le correnti parassite si estinguono gradualmente, anche se in un periodo di tempo molto breve. A questo punto, la bobina funge da antenna ricevente, captando questo segnale in dissolvenza. Allo stesso tempo, la soglia di fondo del dispositivo aumenta, indicando la presenza di metallo nel terreno. Poiché le correnti parassite di terra si attenuano molto più velocemente e non vengono rilevate dal dispositivo, i metal detector a impulsi funzionano efficacemente su terreni poveri di mineralizzazione e soprattutto su terreni umidi e salati delle coste marine. Lo svantaggio dei metal detector a impulsi è la loro elevata sensibilità ai metalli ferrosi e le difficoltà di discriminazione. Tuttavia, in alcuni casi (ad esempio durante la ricerca di metalli sul fondo del mare) sono superiori a tutti gli altri tipi di metal detector. Metodo di rottura della risonanza - OR Il parametro analizzato è l'ampiezza del segnale sulla bobina del circuito oscillante, sintonizzato vicino alla risonanza con il segnale fornitogli dal generatore. La comparsa di metallo nel campo della bobina provoca il raggiungimento della risonanza o l'allontanamento da essa, a seconda del tipo di metallo, che porta ad un aumento o una diminuzione dell'ampiezza delle oscillazioni sulla bobina. Questo metodo, come BFO, è stato sviluppato da radioamatori. Autore: Bulgak L.V.
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