Оглавление 
 

     Основные понятия и определения 3

     Физические явления, используемые в металлоискателях 5

     Современные приборы, используемые для поиска кладов 10

     Использованная литература 16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Основные  понятия и определения

 

     Неразрушающий контроль это контроль свойств и параметров, при котором не нарушается пригодность объекта к дальнейшему использованию и эксплуатации. Неразрушающий контроль (англ. Nondestructive testing (NDT)) также называется оценкой надёжности неразрушающими методами (англ. nondestructive evaluation (NDE)) или проверкой без разрушения изделия (англ. nondestructive inspection (NDI)).

     Металлоискатель — это обычно электронное устройство, позволяющий обнаруживать металлические предметы (металл) в непроводящей среде за счет проводимости объектов. Металлоискатель (другое его название — металлодетектор) позволяет обнаружить металлические предметы в различных средах. Это может быть любой лучше проводящий ток предмет в изолированной непроводящей среде.  Например,  в сложном грунте, в стене, воде, в древесине, в коробке, в пищевых продуктах, в организме человека и животных …. Микроэлектроника сделала эти приборы компактными, надежными и весьма «интеллектуальными».

     Металлоискатели подразделяются по физике используемых явлений, по принципу работы, по выполняемым задачам. Можно также подразделить по практическому применению.

     В двадцатые годы в США изобрели приборы, которые обнаруживали металлические готовые изделия, выносимые рабочими с заводов. Приборы так и назывались – металлодетекторы. Металлодетекторами естественно первыми заинтересовались военные. Во Вторую мировую войну было разработано специальное оборудование для поиска мин как техника обнаружения металлов. В США они после войны распродавались мирному населению. Люди быстро оценили возможности миноискателей при поиске зарытых сокровищ и золотых самородков. Это было время, когда металлоискатели работали на вакуумных лампах. Они были громоздки и потребляли огромное количество энергии. В середине шестидесятых годов создали стабильные, малогабаритные и чувствительные приборы. Эти приборы могли различать металлы, и умели отстраиваться от влияния окружающей среды.

     В криминалистике, охранных структурах металлоискатель применяется сейчас даже шире, чем у военных. Наверное, сталкивались с подобными приборами при входе в банк, аэропорт или ночной клуб. Эти входные "двери" в здании, при проходе через них обнаруживают даже незначительные металлические предметы. Если в человеке после хирургической операции остается металлический объект (например, титановые стержни при переломах костей), то и они не остаются без внимания. Тогда на помощь охраннику приходит небольшой металлоискатель для личного досмотра. Им можно легко и с высокой точностью локализовать подозрительный предмет. Подобными приборами оснащены все подразделения внутренних войск, которые охраняют места лишения свободы.В последнее время интерес к металлоискателям значительно возрос. Металлоискатели для любительского применения можно подобрать по разным параметрам, в зависимости от целей. С помощью металлоискателей можно находить монеты, части оружия, ювелирные украшения, бытовые предметы, клад. В зависимости от характеристик различных моделей металлоискателей варьирует и цена. Всегда есть выбор в покупке от более доступного и простого металлоискателя, мощного и дорогостоящего.

     По  назначению средства поиска можно подразделить:

     сугубо  военные средства (вооружение инженерных войск, они используют для поиска взрывоопасных предметов);

     гражданские средства поиска (они широко представлены на рынке, используются для поиска кладов и сокровищ);

     По  глубине проводимого поиска подразделяются:

     поверхностные (миноискатели) - с глубиной поиска до 60 см;

     глубинные (бомбоискатели) - с глубиной поиска до 6 метров.

Физические  явления, используемые в металлоискателях

 

     Физические принципы, лежащие в конструкции металлоискателей:

• основанные на индукционном принципе работы с глубиной обнаружения до 60 см;
• основанные для обнаружения ферромагнетиков, на измерении изменения магнитного поля земли от металлических предметов с глубиной обнаружения 5-6 метров;
• основанные на других физических принципах (геолокатор, радиолокаторы).

     Класс миноискателей - металлоискателей, основанных на индукционных принципах работы, представлен более широко.

     Класс бомбоискателей - металлоискателей основанных на магнитометрическом принципе работы, в основном включает два основных класса аппаратуры:

• квантовые (протонные) магнитометры и градиентометры;
• феррозондовые градиентометры.

     Рассмотрим  общепринятое и более полезное на практике поиска кладов разделение по принципу работы:

• металлоискателей типа "передача-прием"
• металлоискателя на биениях
• индукционный  металлоискатель
• импульсные металлоискатели.

     Знание  этих принципов вполне достаточно для подбора и успешного применения приборов.

     Принцип работы металлоискателей типа "передача-прием". Этот принцип основан в регистрации сигнала, которая отражается металлическим предметом (мишенью). После воздействия на мишень переменного магнитного поля под воздействием (излучающей) катушки металлоискателя возникает отраженный сигнал. В устройстве имеется две и более катушки. Одна – передающей катушкой, а остальные приемные катушки. Металлоискатели на этом принципе имеют принципиальные трудности для достижения работоспособности. Нужно правильно и тщательно выбрать взаимное расположения катушек. Магнитное поле излучающей катушки в отсутствие посторонних металлических предметов должен наводить нулевой сигнал в приемной катушке (или в системе приемных катушек). Это нужно для предотвращения непосредственного воздействия излучающей катушки на приемную. Только появление вблизи катушек металлической мишени должна приводить к появлению сигнала в виде переменной электродвижущей силы в приемной катушке.

     Принцип работы металлоискателя на биениях. Этот принцип основан на регистрации разности частот от двух генераторов.  Первый  генератор стабильный по частоте.  Второй генератор содержит датчик. Датчиком обычно служит катушка индуктивности, расположенная в частотозадающей цепи. Прибор настраивается так. В отсутствие металла вблизи датчика частоты двух генераторов совпадают или близки по значению. Металл, находящийся вблизи датчика приводит к изменению его параметров.  А это в свою очередь приводит к изменению частоты соответствующего генератора. Хотя само изменение частоты очень мало, но изменение разности частот двух генераторов уже существенно. Оно то и регистрируется в итоге.

     А разность частот может регистрироваться самыми различными способами. Например, начиная от простейшего способа, когда сигнал разностной частоты  прослушивается на обычные головные телефоны или  динамик, и заканчивая цифровыми способами измерения  и обработки частоты.

     Принцип работы индукционного  металлоискателя. Принцип работы основан на наведении [слово "inductio" (лат.) – наведение]. Прибор имеет в качестве датчика всего одну катушку. Катушка может быть любой удобной формы. Она возбуждается переменным сигналом. Металлический предмет вызывает возникновение отраженного (переизлученного сигнала). Отраженный сигнал "наводит" в катушке дополнительный электрический сигнал. Дополнительный сигнал выделяют из основного сигнала, тем более это достаточно просто.

     Металлоискатель индукционного типа был изобретен из-за основного недостатка приборов, работающих по принципу "передача-прием". Это – сложность конструкции датчиков, приводящей либо к высокой стоимости изготовления датчика, либо к его низкой механической жесткости. Появляются ложные сигналы при движении, и снижается чувствительность прибора.

     Можно устранить у приборов по принципу "передача-прием" этот недостаток. Для этого излучающая и приемная катушки у металлоискателя должны быть объединены в одну. Тогда нежелательные перемещения и изгибы одной катушки относительно другой в данном случае отсутствуют. Катушка осталась одна – она одновременно и излучающая, и приемная. Конструктивно подкупает простота датчика. Плата за эти преимущества – необходимость выделения полезного отраженного сигнала на фоне значительно большего сигнала возбуждения излучающей/приемной катушки. Но это уже не является проблемой для современной электроники.

     Принцип работы импульсных металлоискателей. В металлоискателях типа "передача-прием", на биениях и индукционного типа отраженный сигнал отделяется от излучаемого сигнала. Отделить можно геометрически – за счет взаимного расположения приемной и излучающей катушки. Можно также с помощью специальных схем компенсации.

     Придуман  и внедрен временной способ разделения излучаемого и отраженного сигналов. Этот способ был впервые принят в  импульсной эхо–   и радиолокации. Оно и понятно - при локации отраженный сигнал имеет значительное время распространения сигнала до объекта и обратно. В  металлоискателях  используется аналог - явление самоиндукции в проводящем объекте. После воздействия импульса магнитной индукции в проводящем объекте возникает затухающий импульс тока. Некоторое время поддерживается вследствие явления самоиндукции  задержанный по времени отраженный сигнал. Была предложена схема металлоискателя по способу разделения сигналов, основанная на явлении самоиндукции. Это так называемый импульсный металлоискатель.

     Импульсный  металлоискатель состоит из генератора импульсов тока, приемной и излучающей катушек, устройства коммутации и блока обработки сигнала. Генератор импульсов тока формирует короткие импульсы тока миллисекундного диапазона. Эти импульсы поступают в излучающую катушку, там преобразуются в импульсы магнитной индукции. Излучающая катушка, как нагрузка генератора импульсов, имеет индуктивный характер. Поэтому на фронтах импульсов у генератора возникают перегрузки в виде всплесков напряжения. Эти всплески достигают по амплитуде сотен вольт.

     Излучающая  и приемная катушки могут располагаться друг относительно друга произвольно. Прямое проникновение излучаемого сигнала в приемную катушку и действие на нее отраженного сигнала разнесено по времени. Одна катушка играет роль, приемной и излучающей. Правда  возникает сложности с развязкой высоковольтных выходных цепей генератора импульсов тока и чувствительных входных цепей. Устройство коммутации разделяет излучаемый и отраженный сигнал. Это усторойство блокирует входные цепи прибора на определенное время. Это время действия импульса тока в излучающей катушке, время разрядки катушки и время, в течение которого появляются короткие отклики прибора от массивных слабопроводящих объектов грунта. После этого времени устройство коммутации обеспечивает беспрепятственную передачу сигнала с приемной катушки на блок обработки сигнала.

     Блок  обработки сигнала  преобразовывает входной электрический сигнал в удобный для восприятия человеком вид. 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.

     Различные модели металлоискателей работают на различных частотах. Это связано  с физикой явления распространения  электромагнитных волн. Так металлоискатели, работающие на маленьких частотах, могут находить предметы глубоко, но большого размера. При этом на поверхности  земли они не замечают металлических предметов. Если частота работы металлоискателя высокая, то приборы хорошо обнаруживают мелкие объекты, но не могут находить цели глубоко.

     Пример  частот металлоискателей по назначению: