Для успішного пошуку металевих предметів в землі немає необхідності розуміти наукові принципи металошукача. Однак корисно знати в загальних рисах, як металошукач працює.
Металошукач - це електронний прилад, який визначає присутність металу і інформує нас про це. Металевий предмет, скажімо монета, що знаходиться в землі, сам по собі нічого не випромінює і не видає своєї присутності. Щоб його виявити, необхідно опромінити його радіохвилями і вловити вторинний сигнал. Всі металошукачі засновані на цьому принципі Різниця між дешевими і дорогими моделями полягає в методах випромінювання цих радіохвиль, методи уловлювання вторинних сигналів, а також у способах інформування вас про наявність металу.
Рис. 12. Електромагнітне поле пошукової котушки
Рис. 13. Виникнення вихрових струмів на поверхні металевих предметів, опинилися в електромагнітному полі пошукової котушки
Коли ви включаєте металошукач, в пошуковій котушці протікає змінний електричний струм, що створює навколо котушки електромагнітне поле. Це поле проходить в навколишнє середовище, чи то повітря, грунт, вода, камінь, дерево і т. д. Якщо на шляху цього поля виявляється металевий предмет, то на його поверхні виникають так звані вихрові струми. Ці струми утворюють своє електромагнітне поле, яке послаблює поле передавальної котушки. Електронна схема приладу з допомогою котушки вловлює це ослаблення поля, викликане присутністю під котушкою металу, та інформує вас про це тим або іншим способом. Більш складні електронні схеми забезпечують краще розуміння більш слабких вторинних сигналів, більш точно їх обробляють. Тому такі прилади трудомісткі в виготовленні і коштують дорожче. Однак вони, як правило, здатні знаходити об'єкти набольшей глибині.
Рис. 14. Вплив мінералізації грунту на глибину виявлення
Вихрові струми утворюються на поверхні будь-яких електропровідних матеріалів - металів, мінералів і т. п. Кольорові метали більш електропровідні, ніж чорні метали і мінерали. Тому вихрові струми на них загасають довше. Металошукач відчуває, якому випадку вихрові струми затухають швидше, і на цій підставі може "сказати" вам, який з металів - чорний або кольоровий - знаходиться під котушкою.
На жаль, в деяких місцях грунт містить велику кількість електропровідних мінералів (магнетит, солі натрію і калію), які вкрай небажані, оскільки маскують присутність металу, зменшуючи глибину його виявлення. Мінерали заліза і солі становлять велику проблему для виробників та користувачів металошукачів. Застосовуючи різні фільтри можна значною мірою знизити вплив фунта. Деякі прилади мають автоматичне настроєння від грунту, в інших це досягається вручну оператором, що більш точно, якщо виконано правильно.
В літературі розрізняють такі основні підходи до побудови схемотехніки металошукачів:
1. Метод биття - BFO (Bcat Frequency Oscillation).
2. Метод індукційного балансу - IB/TR (Induction Balance / Transmitter-Reciver).
3. Метод індукційного балансу з використанням дуже низьких частот - VLF/TR (Very Low Frequency/ Transmitter - Reciver).
4. Метод індукційного балансу з рознесеними котушками - RF (Radio Frequency).
5. Імпульсний метод - PI (Pulse Induction).
6. Метод зриву резонансу - OR (OfTResonance).
Метод биття - BFO
Вимірюваним параметром є частота LC-генератора, що включає котушку пошукової головки. Частота порівнюється з еталонною, і отримана різницева частота биттів виводиться на звукову індикацію. Схемотехніка приладів достатня проста, котушка нетребует прецизійного виконання. Робоча частота 40-500 кГц. Чутливість BFO-приладів невисока при низькій стабільності роботи і слабкою можливості відбудовуватися від вологого і мінералізованого фунта. Метод BFO застосовувався в міношукачах і серійних іноземних приладах у 60-70 рр. минулого століття. В даний час цей метод популярний у радіоаматорів і зустрічається в недорогих приладах російських виробників. Сюди ж можна віднести прилади з прямим вимірюванням частоти, добре реалізуються на мікропроцесорах.
Метод індукційного балансу - IB/TR
Пошукову головку утворюють дві котушки, розташовані в одній площині і збалансовані так, що при подачі сигналу в передавальну котушку на виходах адміністратора присутній мінімальний сигнал. Передаюча котушка часто включається в контур LC-генератора. Вимірюваним параметром є амплітуда сигналу на приймальній котушці і фазовий зсув між переданим і прийнятим синусоїдальними сигналами. Такі металошукачі мають робочу частоту 80-100 kHz. Вони можуть виявляти невеликі об'єкти на порівняно великій глибині (30-35 см), однак вони марні при пошуку на сильно мінералізованих фунтах і морських пляжах.
Метод індукційного балансу з використанням дуже низьких частот - VLF/TR
Було виявлено, що при зниженні робочої частоти нижче 20 kHz можна відштовхнутися від впливу фунта, глибина дії приладу при цьому дещо знижується, зате різко зростає стабільність роботи і зникають помилкові сигнали. Такі прилади отримали назву VLF/TR, що розшифровується як металошукач типу передавач-приймач, що працює на дуже низьких частотах.
VLF - метод дозволяє побудувати високочутливі прилади з гарним розрізненням металів за рахунок аналізу фазових характеристик. Схемотехніка приладів досить складна, котушки вимагають прецизійної балансування. На основі цього методу зараз будується більшість серійних приладів, в тому числі і комп'ютеризованих. Дискримінація об'єктів і відбудування від грунту у таких приладах здійснюється порівняно просто з допомогою фазозсувних ланцюгів.
Принцип TR (або його різновид VLF/TR) передбачає аналіз фазових характеристик сигналу, тому ці прилади легко розрізняють чорні і кольорові метали, відбудовуються від сміття і грунту. Вони мають високу чутливість і роздільну здатність, яка залежить від діаметра пошукової котушки - чим вона більше, тим глибше виявлення, але тим важче шукати дрібні предмети.
Недолік таких приладів полягав у тому, що настроєння від грунту можна було виконувати одночасно з дискримінацією і оператор за допомогою перемикача повинен вибирати л бо той або інший режим. Такі прилади випускалися в США і Англії протягом 10 років аж до 1980 р., коли вони були замінені на так звані динамічні металошукачі.
В кінці 70-х роках XX ст. американець Дж.Пейн розробив схему, що дозволяє проводити одночасно і дискримінацію і настроєння від грунту.
Перші прилади такого типу необхідно було дуже швидко переміщати для досягнення прийнятної глибини їх дії, що було для оператора вельми утомливо. Більш пізні моделі (за рахунок ускладнення схеми) дозволяли працювати вже з меншими швидкостями переміщення котушки без втрати глибини.
На початку 80-х рр. металошукачі стали важкими і складними в налаштуванні. За суті, один прилад включав в себе чотири металошукача різних типів. Американська фірма Fisher Researh Laboratory своєчасно відреагувала на прохання шукачів скарбів зробити більш простий, але не менш чутливий прилад і на основі останніх досягнень мікроелектроніки розробила металошукач 1260-х з автоподстройкой порогу, який працює на дуже низькою частоті. Він мав лише кілька органів управління і не вимагав ніякої ручної налаштування. Це легкий, зручний в роботі і чутливий до дрібних об'єктів прилад, успішно діючий на поганих мінералізованих грунтах. Його модифікація 1266-х випускалася до 2003 р.
Цей металошукач став називатися "динамічним", хоча, по суті, він відноситься до типу VLF/TR. Попередні статичні металошукачі типу VLF/TR практично перестали проводитися, і всі провідні фірми швидко переключилися на виробництво приладів, які використовують вказаний динамічний принцип. Численні дрібні компанії, які не встигли це зробити, були вимушені припинити своє існування. З тих пір в світі залишилося л бач близько десятка фірм, що виробляють металошукачі.
Метод індукційного балансу з рознесеними котушками - RF
Це високочастотний варіант TR, де передавальна і приймальна котушки утворюють не плоский трансформатор, а рознесені в просторі і розташовані перпендикулярно один до одного. Приймальна котушка приймає відбитий від металевої поверхні сигнал, випромінюваний передавальної котушкою. Цей метод використовується в глибинних приладах і характеризується нечутливістю до дрібних об'єктів і неможливістю розрізняти чорні і кольорові метали.
Імпульсний метод - IP
Вперше розроблені в США для археологів, ці прилади отримали найбільшу поширення серед любителів Англії в кінці 60-х рр. Як і в приладах, заснованих на принципі індукційного балансу, імпульсні прилади створюють електромагнітне поле, яке впливає на об'єкт, але це поле не діє весь час, а періодично - то включається, то вимикається (пульсує) багаторазово протягом однієї секунди.
При включенні поля на поверхні об'єкта наводяться вихрові струми. При виключенні поля вихрові струми поступово загасають, хоча і протягом дуже короткого проміжку часу. У цей момент котушка діє як приймальня антену, що уловлює цей затухаючий сигнал. При цьому граничний фон приладу посилюється, свідчить про наявність металу в ґрунті. Оскільки вихрові струми грунту згасають набагато швидше і не уловлюються приладом, імпульсні металошукачі ефектно працюють на поганих мінералізованих грунтах і особливо на вологих солоних грунтах морських узбереж.
Недоліком імпульсних металошукачів є висока чутливість до чорним металам і труднощі з дискримінацією. Проте в ряді випадків (наприклад, при пошуку металу на дні моря) вони перевершують усі інші типи металошукачів.
Метод зриву резонансу - OR
Аналізованим параметром є амплітуда сигналу на котушці коливального контуру, налаштованого близько до резонансу з подаються на нього сигналом від генератора. Поява металу в поле котушки викликає або досягнення резонансу або відхід від нього, в залежності від виду металу, що призводить до збільшення або зменшення амплітуди коливань на котушці. Цей метод, так само як і BFO розроблявся радіоаматорами.
Автор: Булгак Ст. Л.