Как работает металлоискатель: технические характеристики, принцип работы

Детектор металла (металлоискатель) представляет собой электронный прибор, который обнаруживает присутствие ценных вещей поблизости. Он полезен для обнаружения объектов, спрятанных внутри предметов или под землей. А как работает металлоискатель и что у него внутри?

Из чего он состоит?

Он часто состоит из портативного устройства с датчиком. Если прибор приближается к металлическому предмету, тон в наушниках начинает меняться либо появляется движение стрелки индикатора. Обычно устройство дает также понимание о расстоянии до объекта и зависит от того, на какую глубину работает металлоискатель. Понять это можно по изменяющемуся тону в наушниках либо по индикатору.

Другим распространенным типом являются стационарные версии, используемые для проверки в тюрьмах, зданиях суда и аэропортах на предмет наличия оружия.

История создания

К концу XIX века многие ученые и инженеры использовали свои накопленные знания в области теории электричества, пытаясь изобрести машину, способную точно выдать необходимую информацию. Использование такого устройства для поиска рудоносных пород дало бы огромное преимущество любому шахтеру, для чего достаточно было бы объяснить ему принцип работы.

Ранние машины были недоработанными, использовали слишком много энергии и функционировали только в очень ограниченных условиях.

В 1874 году парижский изобретатель Густав Труве разработал ручное устройство для обнаружения и извлечения металлических предметов, таких как пули. Вдохновленный Труве, Александр Грэхем Белл разработал аналогичное устройство, чтобы попытаться обнаружить пулю в груди американского президента Джеймса Гарфилда в 1881 году. Он работал правильно, но попытка не увенчалась успехом, потому что пружинная кровать Гарфилда внесла свои коррективы.

Самая простая форма металлоискателя состоит из генератора, создающего переменный ток, который проходит через катушку с магнитным полем. Если кусок электропроводящего объекта находится рядом с катушкой, в нем будут индуцированы вихревые токи, что создаст собственное магнитное поле.

Начало современных разработок

Современное развитие металлоискателя началось в 1920-х. Герхард Фишер рассуждал, что если радио-пучок может быть искажен, то должна быть возможность разработать машину, которая обнаружит металл с помощью поисковой катушки, резонирующей на радиочастоте.

В 1925 году он подал заявку и получил первый патент. Хотя Герхард Фишер был первым, кто запатентовал металлоискатель, первым подал заявку Ширл Херр, бизнесмен из Кроуфордсвилля, штат Индиана. Его заявка на портативный детектор металла была подана в феврале 1924 года, но не запатентована до июля 1928 года.

Херр помогал итальянскому лидеру Бенито Муссолини в поиске предметов, оставшихся на галерах Императора Калигулы на дне озера Неми в Италии в августе 1929 года. Изобретение было использовано во второй Антарктической экспедиции адмирала Ричарда Берда в 1933 году для обнаружения объектов, оставленных более ранними исследователями.

Изобретение Косацкого

Конструкция, изобретенная Косацким, широко использовалась во время второй битвы при Эль-Аламейне, когда 500 единиц этого устройства были отправлены фельдмаршалу Монтгомери для расчистки минных полей отступающих немцев, а затем применялась при вторжении союзников в Италию и Нормандию.

Поскольку создание и усовершенствование устройства было исследовательской операцией военного времени, сведения о том, что Косацкий создал первый практический металлоискатель, хранились в секрете более 50 лет.

Дальнейшее развитие отрасли

Многие производители этих новых устройств представили свои идеи на рынке. White of Oregon Electronics начиналась в 1950-х с создания машины под названием Oremaster Geiger Counter. Другим лидером в области технологий детекторов был Чарльз Гарретт, который впервые применил машину BFO (Beat Frequency Oscillator).

С изобретением и разработкой транзистора в 1950-х и 1960-х производители и дизайнеры металлоискателей разработали более легкие машины меньшего размера с улучшенной схемотехникой, работающие на небольших батареях. Компании появились на всей территории Соединенных Штатов и Великобритании, чтобы удовлетворить растущий спрос.

Современные топ-модели полностью компьютеризированы и используют технологии интегральных микросхем, позволяющие пользователю устанавливать чувствительность, дискриминацию, скорость дорожки, пороговую громкость, фильтры и так далее.

Изобретение дискриминаторов

Самым большим техническим изменением в детекторах была разработка системы индукционного баланса. Она включала две катушки, которые были электрически сбалансированы. Когда металл попадал в их окрестности, они становились неуравновешенными. Это позволяло детекторам различать цветность, потому что каждый металл имеет разную фазовую характеристику при воздействии переменного тока.

Со временем были разработаны детекторы, которые могли бы избирательно обнаруживать желаемые металлы, игнорируя при этом нежелательные. Даже с дискриминаторами было все еще трудно избежать нежелательных металлов, потому что некоторые из них имели сходные фазовые характеристики, например, фольгу и золото, особенно в форме сплава.

Таким образом, неправильная настройка некоторых детекторов могла увеличить риск спутать ценное с дешевым. Еще одним недостатком дискриминаторов было то, что они снижали чувствительность детектора.

Какие есть еще методы обнаружения металла?

В то же время разработчики рассматривали возможность использования другого метода обнаружения металла, который называется импульсной индукцией. В отличие от генератора частоты биений или индукционных балансировочных машин, которые использовали равномерный переменный ток на низкой частоте, импульсная индукционная машина просто намагничивала землю относительно мощным мгновенным током через поисковую катушку. При отсутствии металла поле затухало с одинаковой скоростью. Можно было даже измерить время затухания.

Эти временные различия были незначительными, но усовершенствование электроники позволило точно их измерить и определить присутствие металла на разумном расстоянии. Новые машины имели одно важное преимущество: они были в основном невосприимчивы к воздействию минерализации. Добавление компьютерного управления и цифровой обработки сигналов еще больше улучшило датчики индукции импульсов.

Где еще используется металлоискатель?

Приборы широко использовались в археологии в 1958 году. Однако археологи выступили против их применения искателями артефактов или мародерами, чья деятельность разрушает археологические памятники.

Проблема их использования в местах раскопок любителями, которые находят объекты, представляющие археологический интерес, заключается в том, что контекст, в котором был обнаружен объект, утерян и детальное обследование его окрестностей не проводится.

Использование как хобби

Существуют различные виды хобби с использованием металлоискателя. Например, многие любители ведут поиск ценных соединений, таких как золото, серебро или медь. Находят их чаще всего в форме самородков или хлопьев. Но есть и другие виды хобби.

Поиск выброшенных или утерянных вещей. Чаще всего люди теряют ювелирные изделия, телефоны, фотоаппараты и другие устройства. Происходит это, например, в парках, где присутствует большой слой опавшей листвы. На какой частоте работает металлоискатель для этих целей? Самым частым показателем является частота 7-8 кГц.

Поиск артефактов древности - это хобби, для которого требуются более профессиональные металлоискатели, а также весомый опыт в этом деле. Монеты, пули, пуговицы, топоры или пряжки могут быть закопаны довольно глубоко. Чтобы не повредить их при выкапывании, человек должен знать некоторые правила. Для этого хорошо подойдет частота 8,23 кГц.

Поиск на пляже - довольно частый случай. Уронил кольцо или несколько монет на пляже и даже не заметил, чем и пользуются охотники за сокровищами. После того как основная масса людей покинет пляж, они приступают к поискам этих утерянных вещей. Также есть и металлоискатель, работающий под водой, но можно и дождаться отлива, а после произвести поиск обычным детектором.

Вступление в многочисленные клубы искателей сокровищ - еще одно хобби. Такие клубы расположены в США, Великобритании, Канаде и многих других странах. Здесь новички могут узнать, как работать с металлоискателем, а также поделиться своими находками.

Самодельная сборка

С развитием технологий такое устройство можно собрать даже у себя дома. Как работает металлоискатель "Пират" и как его собрать? Производить самодельную электронику очень опасно. Если вы не профессионал, крайне не рекомендуется делать этого.

Основные и универсальные материалы и инструменты для сборки:

• плата NE555 (либо аналогичная ей КР1006ВИ1);
• транзисторы ИРФ750 или ИРФ740;
• микросхема К157УД2 и транзистор ВС547;
• провод ПЭВ 0,5;
• транзисторы типа NPN;
• паяльник, провода, прочий инструмент.

А как работает металлоискатель "Пират"? Точно так же, как и любой другой. Единственным минусом является отсутствие дискриминаторов, а значит он не сможет замечать цветной металл.

Как правильно его использовать?

Если вы определились с выбором, вы должны знать, как правильно работать с металлоискателем. Вовсе неважно, самодельный он или нет, принцип работы у всех одинаковый.

Разберем работу прибора на примере металлоискателя Garret ACE-250. Его можно приобрести по цене до 20 тысяч рублей, и он является идеальным выбором для новичков. В линейке ACE-250 присутствует более профессиональная версия (ACE-250 Pro), но она отличается лишь частотным диапазоном.

Как работает металлоискатель Garrett? Поскольку данная версия создавалась для новичков, частоты позволяли искать только мелкие предметы на средней глубине. У него есть несколько режимов, такие как "Украшения", "Реликвии", "Монеты", "Любой" и Custom.

Для начинающих режим Custom окажется бесполезным, поэтому лучше будет использовать первые четыре варианта. Из их названия понятно, где и для чего они пригодятся. С тем, как работает металлоискатель "Гаррет", разобраться достаточно легко, потому что все настройки сделаны заранее.

Для более профессиональных поисков можно присмотреться к следующим моделям:

• Garrett ACE 350;
• Minelab X-TERRA 505;
• Bounty Hunter Platinum PRO;
• Tesoro Cibola.

Проверка безопасности

Не все металлоискатели имеют маленькие габариты. В результате серии угонов самолетов в 1972 году в Соединенных Штатах была применена технология для досмотра пассажиров авиакомпаний. Финская компания Outokumpu в 1970-х адаптировала горнодобывающие металлоискатели, все еще размещенные в большой цилиндрической трубе, для создания коммерческого сквозного охранного извещателя.

В 1995 году появились такие системы, как Metor-200, имеющие возможность указывать приблизительную высоту металлического предмета над землей, что позволяло сотрудникам службы безопасности быстрее определять источник сигнала. Маленькие ручные металлоискатели также используются для более точного определения оружия, размещенного на теле и в одежде человека.