Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

В современном мире безопасность играет огромную роль во всех сферах деятельности, будь то экономика или политика, наука или военная промышленность. В условиях действий криминальных и радикальных группировок, активизации террористической деятельности на территории РФ, актуальность выявления огнестрельного оружия, гранат, холодного оружия, замаскированных под одеждой или в багаже определяется необходимостью решения задачи обеспечения безопасности населения. Довольно часто мы наблюдаем картину досмотра сотрудниками органов безопасности граждан их вещей с целью поиска предметов являющихся источником повышенной опасности для населения. Для проведения досмотров используются различные технические устройства. Одним из наиболее распространенных, предназначенных для проведения досмотров в местах массового скопления людей, являются проходные металлодетекторы.

Цель реферата - ознакомление с описанием, общими характеристиками, устройством и принципами работы металлодетекторов а также сфера их применения.

1. Общие сведения

Первый металлоискатель был изобретен в начале XX века в США, эти аппараты были чересчур велики и неудобны для массового использования, но в начале 60-х годов были разработаны более компактные модели. Первоначально прибор разрабатывался для предотвращения воровства металлических деталей с заводов, но, впоследствии, польза металлоискателей была замечена и в других отраслях, как промышленных, так и военных.

1.1 Термины и определения

Металлодетектор (металлообнаружитель) - техническое средство обнаружения запрещенных к несанкционированному проносу металлических предметов, скрываемых под одеждой людей или в их ручной клади.

Металлодетектор (металлоискатель) - устройство, позволяющее регистрировать запрещенные и опасные металлические предметы в непроводящей среде.

Контрольная зона обнаружения (далее КЗ) - зона, характеризуемая высотой, шириной и глубиной свободного пространства, в которой металлодетектором обеспечивается обнаружение заданного объекта или селелективное необнаружение заданного предмета.

Объект обнаружения - металлосодержащие предметы, запрещенные к несанкционированному проносу.

ОП - объект поиска.

ПЛП - предмет личного пользования.

Селективное обнаружение - способность устанавливать факт наличия ОП на фоне одновременного присутствия ПЛП и не давать ложных тревог от ПЛП при отсутствии объектов поиска.

Сигнал срабатывания - реакция металлодетектора световой и/или звуковой индикацией (и/или в виде изображения на экране дисплея) на внесение в его КЗ объекта обнаружения.

Ложное срабатывание - реакция металлодетектора сигналом срабатывания при отсутствии внесения в его КЗ объекта обнаружения или при внесении в его КЗ допустимого предмета необнаружения.

1.2 Область применения

Металлодетекторы применяются в следующих областях:

Военное дело;

Контроль систем;

Службы безопасности;

Дефектоскопия;

Поиск метеоритов;

Кладоискатели и поиск реликвий, археология.

Поиск полезных ископаемых;

Пищевая сфера;

Строительство;

1.3 Назначение

Металлодетекторы - это индукционно-электронные приборы, предназначенные для обнаружения металлических предметов в различных средах: воде, грунте, древесине и т.д.

Так в военной промышленности металлодетекторы (миноискатели) предназначены преимущественно для поиска мин.

В сфере безопасности и управлении контролем доступа металлодетекторы играют роль обнаруживающего устройства переноса оружия, взрывных устройств и запрещенных предметов злоумышленниками и террористами, а также для управления потоком людей, например, в зданиях банков, аэропортов, метро и ж/вокзалов;

В сфере пищевой промышленности металлодетекторы используют как средство обнаружения нежелательных предметов, случайно или умышленно, попавших в пищевое изделие;

Широко распространено использование металлодетекторов для поиска полезных ископаемых, ценных цветных металлов, важных исторических реликвий, ценных кладов и т.д.;

В области строительства металлодетектор выполняют всю ту же поисковую роль. С его помощью выполняется обнаружение скрытых кабелей в грунте или стенах при реконструкциях зданий.

2. Классификация металлодетекторов

Согласно ГОСТу Р 53705-2009 металлодетекторы классифицируются по:

Функциональному назначению;

Условиям применения;

Конструкции;

Размерам контрольной зоны.

По функциональному назначению металлодетекторы подразделяют на предназначенные для досмотра:

Человека;

Ручной клади.

По условиям применения металлодетекторы подразделяют как на стационарные, так и на переносные/передвижные.

По конструктивному исполнению металлодетекторы подразделяют на:

Арочные;

Стоечные (с механически не связанными панелями обнаружения, выполненными в виде вертикальных стоек или колонн);

Имеющие один проход через контрольную зону;

Имеющие два прохода и более через контрольную зону.

По размерам контрольной зоны металлодетекторы для досмотра человека подразделяют на:

С полной контрольной зоной;

С ограниченной контрольной зоной.

Классификации металлодетекторов других свободных источников

Грунтовый: предназначен для сканирования грунта на предмет наличия металлосодержащих предметов, сканирования стен зданий;

Арочный металлодетектор (бывает стационарным и мобильным): предназначен для обеспечения общественного порядка (сканирует людей);

Компактный ручной металлодетектор: используется для проверки людей и их ручной клади или багажа.

Грунтовый металлодетектор (как самый популярный среди кладоискателей) в свою очередь можно разделить по бюджетной стоимости на три группы:

Бюджетные модели: обладают минимумом регулировок и настроек. Используются новичками для обучения и для поиска любых металлических объектов.

Средний класс: оборудуются электронным блоком с широким диапазоном настроек и продвинутых программ. Такие металлодетекторы приобретают уже продвинутые операторы, профессионалы и любители с целью поиска интересных предметов на глубине.

Профессиональное оборудование: предназначается для использования в профессиональных целях, потому что набор функций компьютера может поразить воображение новичка и отпугнуть любителя. Цена на такие аппараты от 1000$ до бесконечности.

3. Устройство и принципы работы металлодетектора

3.1 Устройство металлодетектора

В настоящее время существует множество различных видов металлоискателей: от больших и неподъемных, до сравнительно маленьких и едва заметных. На примере компактного ручного и грунтового металлодетекторов рассмотрим их «архитектуру».

Компактный ручной металлодетектор.

Рисунок 3.1 - Устройство ручного металлодетектора

Стандартный грунтовой металлодетектор

Рисунок 3.2 - Строение грунтового металлодетектора

1. «Катушка». Данная часть прибора включает в себя две антенны (передатчик и приемник сигналов), конструктивно соединенные в одном корпусе. Обычно катушка представляет собой круглую или эллиптическую решетчатую конструкцию, выполненную из пластика. Сигнал от катушки к блоку управления прибора передается по кабелю, выполненному заодно с катушкой. На конце кабеля имеется резьбовой электрический соединитель для подключения к блоку управления. Катушка крепится винтами к нижней штанге прибора с помощью проушин на корпусе. Катушка и ее соединение с кабелем выполняются герметичными во избежание попадания влаги и грязи на антенны прибора. Негерметичным является соединение кабеля с блоком управления(кроме приборов для подводного, реже - для пляжного поиска). Будьте внимательны при работе в сильный дождь или на пляже! Практически каждый прибор позволяет заменять катушки, что позволяет оператору подстраиваться при необходимости под конкретные условия поиска. Различия видов катушек мы рассмотрим в статье «Виды поисковых катушек».

2. Нижняя штанга. Штанга представляет собой полую пластиковую или металлическую трубку. Нижняя штанга МД предназначена для фиксации поисковой катушки и позволяет пользователю регулировать угол наклона катушки для более точной проводки над землей. В большинстве моделей приборов, штанга имеет приспособление для регулировки высоты прибора и телескопическое соединение со следующей штангой.

3. Средняя штанга. Для примера, в металлодетекторе Garrett Ace 250 средняя штанга является промежуточным звеном между нижней штангой, на которой расположена поисковая катушка, и верхней штангой с блоком управления. Существуют также конструкции МД, которые состоят из двух штанг. Средняя штанга также имеет приспособления для крепления и изменения высоты прибора.

4. Верхняя штанга. Обычно имеет S-образную форму для удобства работы с прибором. На верхней штанге прибора обычно расположены - подлокотник, блок управления, рукоятка.

5. Подлокотник. Служит для упора локтя пользователя. Обычно выполняется из пластика и имеет ленту с «липучкой» для фиксации локтевого сустава во время долгой работы. Также подлокотником прибор опирается о землю во избежание попадания грязи при выкапывании находок.

6. Блок управления. Блок управления предназначен для обработки поступающей от катушки информации, преобразования ее в удобный для пользователя вид, а также для настройки режимов прибора. Блок управления может быть как съемным, так и жестко фиксированным к штанге прибора. К блоку управления подключается кабель от поисковой катушки с помощью быстросъемного резьбового разъема. В некоторых (особенно профессиональных, требующих большой энергии для питания) приборах отдельно от блока управления может располагаться батарейный отсек (6А). Более детально блок управления рассматривается в статье «Начало работы».

7. Рукоятка. Расположена на верхней штанге выполняется из пористого материала и служит для удобства удержания прибора пользователем.

3.2 Принципы работы

По принципу работы выделяют следующие виды металлодетекторов:

Устройства с зависимым генератором (BFO - излучающий генераторный детектор);

Металлодетекторы работающие на индукционном балансе (уравновешенная индукция);

Металлодетекторы с импульсно-индуктивным методом поиска;

Металлодетекторы работающие на принципе расстройки;

Магнитометры;

Приборы типа «приём-передача»;

Приборы -- измерители частоты;

Индукционные металлоискатели;

Приборы, фиксирующие изменение добротности колебательного контура, входящего в состав LC-генератора;

Импульсные металлодетекторы.

Приборы типа «прием-передача». В основе их лежат две катушки индуктивности -- приёмная и передающая, расположенные так, чтобы сигнал, излучаемый передающей катушкой, не просачивался в приёмную катушку. Когда вблизи прибора появляется металлический предмет, то сигнал передающей катушки переизлучается им во всех направлениях и попадает в приёмную катушку, усиливается и подаётся на блок индикации.

В основе приборов-измерителей частоты лежит LC-генератор. При приближении металла к контуру его частота изменяется. Это изменение фиксируется различными методами:

Смешивание частоты генератора с эталонной и измерение частоты биений;

Подача сигнала с генератора на систему ФАПЧ и измерение напряжения в цепи обратной связи.

Индукционные металлодетекторы представляют собой разновидность приборов типа «приём-передача», однако в отличие от последних содержат не две, а только одну катушку, которая одновременно является и передающей и приёмной.

При приближении металлического предмета к катушке добротность контура уменьшается и амплитуда колебаний на выходе LC-генератора также уменьшается.

Принцип работы импульсных металлодетекторов основан на возбуждении в зоне расположения металлического объекта импульсных вихревых токов и измерении вторичного электромагнитного поля, которое наводят эти токи. В данном случае, возбуждающий сигнал передается в катушку датчика не постоянно, а периодически, в виде импульсов. В проводящих объектах наводятся затухающие вихревые токи, которые возбуждают затухающее электромагнитное поле. Поле, в свою очередь, наводит в катушке датчика затухающий ток. Соответственно, в зависимости от проводящих свойств и размера объекта, сигнал меняет свою форму и длительность.

4. Промышленные образцы

Арочный металлодетектор общего назначения CEIA Classic

Classic -- стационарный арочный металлодетектор, разработанный для применения в общественных учреждениях, таких как аэропорты, школы, гостиницы, развлекательные центры и государственные учреждения.

Металлодетектор Сlassic позволяет обеспечить максимальный уровень безопасности в сочетании с высокой эффективностью работы.

Применение передовых технологий даёт возможность добиться высокой скорости прохода людей через металлодетектор с минимальным количеством ложных сигналов тревоги от предметов личного пользования, таких как монеты, ключи и пряжки ремней.

Характеристики.

Соответствие требованиям всех международных стандартов безопасности в сочетании с высокой эффективностью;

Легкость и быстрота установки;

Простота эксплуатации;

Отсутствие требований к специальному техническому обслуживанию;

Ширина прохода до 820 мм;

Наличие специального влагозащищённого исполнения для установки вне помещений;

Рисунок 4.1 - Арочный металлодетектор CEIA Classic

Особенности.

Цифровая регулировка чувствительности в широком диапазоне;

Микропроцессорное управление всеми функциями;

Автоматическая синхронизация между двумя или более металлодетекторами, установленными на расстоянии до 5 см друг от друга, без применения дополнительных кабелей;

Высокая степень интеграции и надежности электронных компонентов;

Электронный блок интегрирован непосредственно в конструкцию антенн металлодетектора;

Не требуется начальная и периодическая калибровка;

Простота в обслуживании и ремонте;

Цвет: светло-серый RAL 7040;

Установочные данные.

Электропитание: ~230 В +10%/-20%, 45 ... 60 Гц, макс. 20 ВА.

Диапазон рабочих температур: -20°С...+70°С.

Температура хранения: от -35°С до +70°С.

Относительная влажность: от 0 до 95% (без конденсации).

Режимы сигнализации тревоги.

Визуальная сигнализация :

Высококонтрастный дисплей;

Зеленая и красная зоны для отображения уровня сигнала, пропорционального массе металлов;

Заключение

металлодетектор индукционный опасный

В рамках данного реферата была поставлена цель ознакомиться с теоретическими сведениями, характеристиками, описаниями, классификациями и функциями металлодетекторов; ознакомиться с устройством металлодетекторов и проанализировать принципы их действия. Данная цель достигнута.

Исследования в работе над данным рефератом показали, как много сфер деятельности охватывают металлодетекторы и насколько они важны. Также анализ механизмов работы этих устройств показал, что они являются важным элементом в создании систем контроля доступа.

Список литературы

1. ГОСТ Р 53705-2009 Системы безопасности комплексные. Металлообнаружители стационарные для помещений.

2. Зайцев А.П., Шелупанов А.А. Техническая защита информации. Учеб. пособие. - М.: «Горячая линия Телеком», 2007 г.

3. Щербаков Г.Н. Обнаружение скрытых объектов - для гуманитарного разминирования, криминалистики, археологии, строительства и борьбы с терроризмом. - М.: Арбат-Информ, 2004 г.

4. Корякин-Черняк С.Л., Семьян А.П. Металлоискатели своими руками.: НиТ, 2009 г.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Основные принципы построения металлодетекторов, обзор аналогичных технических решений, патентный поиск. Анализ электрической функциональной и принципиальной схемы устройства. Расчет функциональных узлов. Выбор материалов, конструкции, комплектующих.

дипломная работа , добавлен 26.11.2013


Характеристика системы беспроводного удаленного доступа в телефонную сеть (WLL): функциональная схема радиосвязи, устройство и принцип работы станционного полукомплекта. Технические характеристики и схемотехника передающего устройства абонентской станции.

дипломная работа , добавлен 08.06.2012


Техника безопасности и охраны труда на предприятии. Общие сведения о диспетчерском радиолокаторе, его технические характеристики, принцип работы и структура. Устройство и принцип работы прибора передатчик-приемник, электрические параметры ячейки Д2ХК251.

отчет по практике , добавлен 21.12.2010


Устройство и принцип работы лампы бегущей волны типа М. Путь построения теории лампы: продольная и переменная составляющие, решение характеристического уравнения. Амплитудно-частотная характеристика лампы. Устройство и принцип работы лампы обратной волны.

реферат , добавлен 20.08.2015


Принцип устройства и работа интегральной микросхемы. Пробник для проверки цифровых микросхем. Устройство и принцип работы светодиода. Общие сведения об управлении автоматизации и метрологии. Функции и задачи центральной лаборатории измерительной техники.

аттестационная работа , добавлен 19.06.2010


Электрокардиограф как переносное устройство, позволяющее оперативно и качественно снимать электрокардиограмму: состав его стандартной комплектации и функциональные особенности. Принцип действия прибора, схема устройства, порядок поверки по стандарту.

контрольная работа , добавлен 19.12.2012


Плоские электромагнитные волны в однородной изотропной среде, их поляризация. Поток энергии в плоской волне. Закон сохранения электромагнитной энергии для однородной линейной непроводящей среды. Отражение и преломление волн на плоской границе раздела.

реферат , добавлен 20.08.2015


Генератор звуковой частоты ГЗЧ-2500: предназначение, основные технические характеристики, масса, габариты, устройство и принцип работы. Гарантийные обязательства, сведения о рекламациях. Меры предосторожности при обращении с техническими устройствами.

курсовая работа , добавлен 22.01.2016


Угроза безопасности – потенциальное нарушение безопасности, любое обстоятельство, которое может явиться причиной нанесения ущерба предприятию. Нарушитель – лицо, предпринявшее попытку выполнения запрещенных операций при помощи различных методов.

реферат , добавлен 15.12.2008


Цифровая веб-камера как сетевое устройство и его основные составляющие: видеокамера (ПЗС-матрица), процессор компрессии и встроенный веб-сервер. Устройство и принцип работы веб-камеры, ее подключение и установка, программное обеспечение и функции.

Ниже мы рассмотрим принипы работы металлоискателей. Но не зависимо от того, с помощью чего прибор обнаруживает метал в земле, все металлоискатели можно разделить на процессорные и аналоговые.

Аналоговые и процессорные металлоискатели

Необходимо сразу понять разницу между этими понятиями, т.к. в литературе происходит путаница и замещение одних слов другими.
Иногда импульсные металлоискатели называют аналоговыми. Это верно, но отчасти.
В чем же разница?
Если металлоискатель имеет процессор, который обрабатывает сигнал, то такой металлоискатель называется процессорным.
Если процессора нет, и сигнал никак не обрабатывается, т.е. идет сразу напрямую оператору (в динамик или наушники), то такой металлоискатель называется аналоговым.

Пример аналогового металлоискателя- Golden Mask 4WD PRO .

Аналоговые металлоискатели не имеют задержек и сообщают оператору в тот момент, когда цель находится под катушкой. А процессорные имеют задержку. Катушка уже в стороне от цели, а сигнал только пришел.

С этой точки зрения аналоговые металлоискатели предпочтительней, но процессор дает больше возможностей по поиску: дополнительные программы поиска, графическое представление, специальная обработка сигнала для отсева нежелательных помех, как от грунта, так и от целей, которые дискриминируются, кроме того выборочная дискриминация (на аналоговых дискриминация последовательная).

Общий принцип действия металлоискателя

В основе всех технологий работы металлоискателя лежит следующий принцип:
катушка металлоискателя генерирует электромагнитные волны
в металлическом объекте под воздействием этих волн возникают собственные вихревые токи
эти вихревые токи порождают собственные электромагнитные волны
эти волны от предмета и регистрирует металлоискатель

PI-металлоискатель (импульсный)

PI-металлоискатель не все время подает сигнал от катушки в грунт. Он использует импульсы. Сначала он подает сигнал, потом молчит и принимает на ту же катушку сигнал от цели.
Понятно, что приходит отраженный сигнал и от грунта. Но от него он затухает быстрее, чем от цели.
Обычная частота работы таких металлоискателей 0т 50 до 400Гц.

TR-металлоискатели

TR-металлоискатели используют при работе 2-е сбалансированные катушки, находящиеся в одной плоскости: одна передает, вторая принимает. Сигнал от первой катушки поступает в грунт, а вторая регистрирует возвращаемя сигнал. По разнице фаз сигнала делается вывод о наличии (или отсутствии) под катушкой цели.
Рабочая частота около 20кГц

VLF/TR - металлоискатели

VLF - Very Low Frequency (Очень низкая частота).
VLF принцип работы металлоискателя является на сегодняшний день самым современным. Это разновидность TR- металлоискателя.
Так же имеется две катушки (но к ним предъявляются более жесткие требования, по согласованности), они так же расположены в одной плоскости, одна передает, другая принимает. по фазовому сдвигу делается вывод о наличии цели.
Рабочая частота от 1 кГц до 10кГц.

RF-металлоискатели

RF - Radio Frequency (радио частота).
Это металлоискатели, работающие на том же принципе, что и TR, только частота работы у них выше: от 50 до 500 кГц. А катушки расположены не в одной плоскости, как это было в VLF и TR, а перпендикулярны и разнесенные на определенное расстояние.
Пример такого металлоискателя - Fisher Gemini-3.
(Данный принцип работы известен давно, с 30-х годов)

BFO-металлоискатели

Такие металлоискатели работают на принципе биений. Старя технология, использовавшаяся в 60-70-х годах.
Есть генератор частоты, есть входящая частота от цели. Производится сравнение 2-х частот. На основании этого делается вывод о наличии цели.
Частота данных приборов от 40 до 500кГц

Достоинства и недостатки различных принципов работы металлоискателей

• BFO-металлоискатели - не высокая чувствительность, низкая стабильность, проблемная работа на минерализованных и влажных грунтах.
• TR-металлоискатели - высокая чувствительность, хорошее различение металлов, хорошая балансировка по грунту. Недостаток - при увеличении глубины теряется чувствительность к мелким целям.
• RF- металлоискатели - крайне слаба чувствительность к мелким целям. Применяется в глубинных металлоискателях.
• PI-металлоискатели - нечувствительны к грунту, плохое распознавание целей, высокая энергозатратность.

Таким образом из всех перечисленных методов наиболее прогрессивным и современным является VLF.
Соответственно металлоискатели VLF могут быть, как процессорными, так и аналоговыми.

Металлоискатели и их виды — об этом пойдет речь в нашей познавательной статье. До некоторых пор в нашей стране они были известны населению только по военным фильмам, где с этими приборами работали саперы. Прошли войны, экономики срывались в прах, люди разорялись, зато росли как грибы всякого рода мифы о кладах , начиная с сокровищ Чингисхана до кассы Колчака, а затем уж и до партийного золота КПСС. Буквально на днях снова всплыла тема об Янтарной комнате, стоимость которой оценивается постфактум как 300 млн. евро. Впрочем, металлоискателем янтарь не найти.

Принцип работы металлоискателя

Проще говоря – это специальный электронный прибор. Рамка металлоискателя представляет собой контур, испускающий электрические поля. Поле проходит сквозь грунт и «спотыкается» о любой, например, железный предмет. На поверхности предмета возникают вихревые электрические токи с обратным вектором, которые ослабляют общую мощность поля и улавливаются датчиками. Таким образом, большая часть схемы прибора состоит из катушек индуктивности, а также микроконтроллера, выполняющего сервисную работу. В частности, при обнаружении металла продвинутый металлоискатель способен:

• Отличить наличие черного и цветного металла;
• Ориентировочно определить форму и массу предмета;
• Заранее сообщить глубину залегания предмета;
• Подать сигнальный, звуковой и визуальный материал на дисплей;
• Особо дорогие модели могут и вовсе сообщить о найденной монете и ее характеристиках на глубине до трети метра.

Нужно заметить, что разработать хороший прибор в домашних условиях практически невозможно даже специалисту: настроить его не удастся из-за наличия многочисленных магнитных полей. К счастью, самые дешевые приборы сегодня можно купить по цене от 100 долларов.

Для чего нужны металлоискатели

Кто-то думает, что приборами пользуются только черные археологи и любители поискать утерянное золото на пляжах. На самом деле металлоискатели до сих пор используются для разминирования местности со времен войны, для поиска точной закладки инженерных коммуникаций, для поиска обычного цветного металла в металлолом, для поиска потерянных вещей в снегу и т.д. В любой семье такой прибор будет не лишним, особенно в сельской местности, а такой подарок будет уместен на любой праздник.

Виды

Виды напрямую зависят от их схемотехники. В разных моделях используются различные подходы к образованию электромагнитного поля. Желающие могут самостоятельно почитать, что такое метод биений BFO, приемопередатчик сверхмалой частоты TR/VLF, высокочастотный метод RF, метод пульсационной индукции PI и т.д. Собственно, уже становится понятной разница в цене простых и элитных приборов: многое зависит от количества дублирующих схем в конструкции металлоискателя, в оборудовании для фильтрации ложного срабатывания, для точного программного моделирования результатов находок.

В двух словах, современные модели металлоискателей могут работать даже под водой, искать монеты на глубине до 35-40 см, а крупные металлические предметы на глубине до метра и более. Кроме того, приборы можно разделить по группам:

• Универсальные. Используются для любых целей, «всеядные», но и самые простые и дешевые;
• Старательские. Приборы с поисковой частотой, подстроенной под обнаружение исключительно самородков из золота;
• Строительные. Обычно нужны для поиска труб, проводов. Такие металлоискатели организованы несколько иначе, чем остальные индукционные приборы;
• Охранные. Охранные рамки и ручные детекторы видели и чувствовали на себе все. Бывают стационарными, носимыми, почтовыми и т.п;
• Подводные. Используются для поиска различных предметов на дне водоемов. Герметично закрытые, приборы почти не требую настройки в работе;
• Глубинные. Могут искать только крупные предметы, зато на глубинах до 6 метров под землей.

Все приборы делятся на следующие виды:

• Приборы начального уровня;
• Полупрофессиональные;
• Профессиональные;
• Специальные. Они же старательские;
• Подводные. О них мы уже писали выше. Впрочем, как и глубинных, досмотровых, рамочных и т.д.

Таким образом, виды и типы несколько смешались при различном подходе, и правильнее было бы делить приборы на простые виды – начального уровня, полупрофессионального, профессионального. Все остальное можно включать в виды по сложности конструкции, возможностям и цене. Простые приборы Позволяют искать металлические предметы на глубинах до 10-20 (монеты) или 60-70 см (крупные предметы). Металлы не различают, выводят один вид сигнала. С ними чаще всего можно найти ролики в Youtube. Для новичков вполне хватит, так как даже такой прибор стоит до 200 долларов. Характерный пример – Garrett Ace 250.

Полупрофессиональные приборы

Цена сразу начинается от 500-1000 долларов. За эти деньги аппарат использует несколько рабочих частот, различные типы вывода сигналов на монитор, определяет разницу между черными и цветными металлами. При работе исключительно с серебром и медью прибор очень четко дифференцирует их, поэтому для данных материалов металлоискатель можно назвать профессиональным. Монеты он находит на глубине до 30 см, более крупные предметы – от 0,5 до 1,5 м.

Профессиональные приборы

Цены начинаются от 1000 долларов и до бесконечности. В приборах используются поличастотные генераторы электромагнитных полей. Настройки прибора позволяют обнаружить отдельно медную монету среди ведра серебряных на глубине до полуметра, а крупные предметы определяются на глубине до двух метров. Сложные модели могут еще до копания прорисовать контур найденного предмета, оценить его вес, химический состав с помощью точно определяемых таблиц электромагнитной проницаемости.

Post Views: 4 872

1.1. Принципы работы

Металлоискатель по принципу "передача-прием"

Термины "передача-прием" и "отраженный сигнал" в различных поисковых приборах обычно ассоциируются с методами типа импульсной эхо- и радиолокации, что является источником заблуждений, когда речь заходит о ме-таллоискателях. В отличие от различного рода локаторов, в металлоискателях рассматриваемого типа как передаваемый (излучаемый), так и принимаемый (отраженный) сигналы являются непрерывными, они существуют одновременно и совпадают по частоте.

Принцип действия металлоискателей типа "передача-прием" заключается в регистрации сигнала, отраженного (или, как говорят, переизлученного) металлическим предметом (мишенью), см. , стр. 225-228. Отраженный сигнал возникает вследствие воздействия на мишень переменного магнитного поля передающей (излучающей) катушки ме-таллоискателя. Таким образом, прибор данного типа подразумевает наличие как минимум двух катушек, одна из которых является передающей, а другая, приемной.

Основная принципиальная проблема, которая решается в металлоискателях данного типа, заключается в таком выборе взаимного расположения катушек, при котором магнитное поле излучающей катушки в отсутствие посторонних металлических предметов наводит нулевой сигнал в приемной катушке (или в системе приемных катушек). Таким образом, необходимо предотвратить непосредственное воздействие излучающей катушки на приемную. Появление же вблизи катушек металлической мишени приведет к появлению сигнала в виде переменной электродвижущей силы (э.д.с.) в приемной катушке.

Поначалу может показаться, что в природе существуют всего два варианта взаимного расположения катушек, при котором не происходит непосредственной передачи сигнала из одной катушки в другую (см. рис. 1, а и б) - катушки с перпендикулярными и со скрещивающимися осями.

Рис. 1. Варианты взаимного расположения катушек датчика металлоискателя по принципу "передача-прием"

Более тщательное изучение проблемы показывает, что подобных различных систем датчиков металлоискате-лей может быть сколь угодно много. Но это - более сложные системы с количеством катушек больше двух, соответствующим образом включенных электрически. Например, на рис. 1, в изображена система из одной излучающей (в центре) и двух приемных катушек, включенных встречно по сигналу, наводимому излучающей катушкой. Таким образом, сигнал на выходе системы приемных катушек в идеале равен нулю, так как наводимые в катушках э.д.с. взаимно компенсируются.

Особый интерес представляют системы датчиков с компланарными катушками (т.е. расположенными в одной плоскости). Это объясняется тем, что с помощью металлоискателей обычно проводят поиск предметов, находящихся в земле, а приблизить датчик на минимальное расстояние к поверхности земли возможно только в том случае, если его катушки компланарны. Кроме того, такие датчики обычно компактны и хорошо вписываются в защитные корпуса типа "блина" или "летающей тарелки".

Основные варианты взаимного расположения компланарных катушек приведены на рис. 2, а и б. В схеме на рис. 2, а взаимное расположение катушек выбрано таким, чтобы суммарный поток вектора магнитной индукции через поверхность, ограниченную приемной катушкой, равнялся нулю. В схеме рис. 2, б одна из катушек (приемная) скручена в виде "восьмерки", так что суммарная э.д.с, наводимая на половинки витков приемной катушки, расположенные в одном крыле "восьмерки", компенсирует аналогичную суммарную э.д.с, наводимую в другом крыле "восьмерки". Возможны и другие разнообразные конструкции датчиков с компланарными катушками, например рис. 2, е.

Рис. 2. Компланарные варианты взаимного расположения катушек металлоискателя по принципу "передача-прием"

Приемная катушка расположена внутри излучающей. Наводимая в приемной катушке э.д.с. компенсируется специальным трансформаторным устройством, отбирающим часть сигнала излучающей катушки.

Металлоискатель на биениях

Название "металлоискатель на биениях" является отголоском терминологии, принятой в радиотехнике еще со времен первых супергетеродинных приемников. Биениями называется явление, наиболее заметно проявляющееся при сложении двух периодических сигналов с близкими частотами и приблизительно одинаковыми амплитудами и заключающееся в пульсации амплитуды суммарного сигнала. Частота пульсации равна разности частот двух складываемых сигналов. Пропустив такой пульсирующий сигнал через выпрямитель (детектор), можно выделить сигнал разностной частоты. Такая схемотехника долгое время была традиционной, однако в настоящее время она уже не используется ни в радиотехнике, ни в металлоискателях. И там, и там - на смену амплитудным детекторам пришли синхронные детекторы, но термин "на биениях" остался до сих пор.

Принцип действия металлоискателя на биениях очень прост и заключается в регистрации разности частот от двух генераторов, один из которых является стабильным по частоте, а другой содержит датчик - 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 его параметров и, как следствие, к изменению частоты соответствующего генератора. Это изменение, как правило, очень мало, однако изменение разности частот двух генераторов уже существенно и может быть легко зарегистрировано.

Разность частот может регистрироваться самыми различными путями, начиная от простейшего, когда сигнал разностной частоты прослушивается на головные телефоны или через громкоговоритель, и кончая цифровыми способами измерения частоты. Чувствительность металлоискателя на биениях зависит, кроме всего прочего, от параметров преобразования изменения полного сопротивления датчика в частоту.

Обычно преобразование заключается в получении разностной частоты стабильного генератора и генератора с катушкой датчика в частотозадающей цепи. Поэтому, чем выше будут частоты этих генераторов, тем больше будет разность частот в отклик на появление металлической мишени вблизи датчика Регистрация небольших отклонений частоты представляет определенную сложность. Так, на слух можно уверенно зарегистрировать уход частоты тонального сигнала не менее 10 Гц. Визуально, по миганию светодио-да, можно зарегистрировать уход частоты не менее 1 Гц. Другими способами можно добиться регистрации и меньшей разности частот, однако, эта регистрация потребует значительного времени, что неприемлемо для металлоис-кателей, которые всегда работают в реальном масштабе времени.

Селективность по металлам на таких частотах, весьма далеких от оптимальной, проявляется очень слабо. Кроме того, по сдвигу частоты генератора определить фазу отраженного сигнала практически невозможно. Поэтому селективность у металлоискателя на биениях отсутствует.

Металлоискатель по принципу электронного частотомера

Положительной для практики стороной является простота конструкции датчика и электронной части металлоис-кателей на биениях и по принципу частотомера. Такой прибор может быть очень компактным. Им удобно пользоваться, когда что-либо уже обнаружено более чувствительным прибором. Если обнаруженный предмет небольшой и находится достаточно глубоко в земле, то он может "затеряться", переместиться в ходе раскопок. Чтобы по многу раз не "просматривать" громоздким чувствительным металлоискателем место раскопок, желательно на завершающей стадии контролировать их ход компактным прибором малого радиуса действия, которым можно более точно узнать местонахождение предмета.

Однокатушечный металлоискатель индукционного типа

Слово "индукционный" в названии металлоискателей данного типа полностью раскрывает принцип их работы, если вспомнить смысл слова "inductio" (лат.) - наведение. Прибор данного типа имеет в составе датчика одну катушку любой удобной формы, возбуждаемую переменным сигналом. Появление вблизи датчика металлического предмета вызывает появление отраженного (переизлученного сигнала), который "наводит" в катушке дополнительный сигнал -электрический. Остается этот дополнительный сигнал только выделить.

Металлоискатель индукционного типа получил право на жизнь, главным образом, из-за основного недостатка приборов по принципу "передача-прием" - сложности конструкции датчиков. Эта сложность приводит либо к высокой стоимости и трудоемкости изготовления датчика, либо к его недостаточной механической жесткости, что обусловливает появление ложных сигналов при движении и снижает чувствительность прибора.

Рис. 3. Структурная схема входного узла индукционного металлоискателя

Если задаться целью исключить у приборов по принципу "передача-прием" этот недостаток путем устранения самой его причины, то можно прийти к необычному выводу - излучающая и приемная катушки у металлоискателя должны быть объединены в одну! В самом деле, весьма нежелательные перемещения и изгибы одной катушки относительно другой в данном случае отсутствуют, так как катушка только одна и она одновременно и излучающая, и приемная. Налицо также предельная простота датчика. Платой за эти преимущества является необходимость выделения полезного отраженного сигнала на фоне значительно большего сигнала возбуждения излучающей/приемной катушки.

Выделить отраженный сигнал можно, если вычесть из электрического сигнала, присутствующего в катушке датчика, сигнал той же формы, частоты, фазы и амплитуды, что и сигнал в катушке при отсутствии металла вблизи. *Как это можно реализовать одним из способов, показано на рис. 3.

Генератор вырабатывает переменное напряжение синусоидальной формы с постоянной амплитудой и частотой. Преобразователь "напряжение-ток" (ПНТ) преобразует напряжение генератора Ur в ток Iг, который задается в колебательный контур датчика. Колебательный контур состоит из конденсатора С и катушки L датчика. Его резонансная частота равна частоте генератора. Коэффициент преобразования ПНТ выбирается таким, чтобы напряжение колебательного контура ид равнялось напряжению генератора Ur (в отсутствие металла вблизи датчика). Таким образом, на сумматоре происходит вычитание двух сигналов одинаковой амплитуды, а выходной сигнал - результат вычитания -равен нулю. При появлении металла вблизи датчика возникает отраженный сигнал (иными словами, меняются параметры катушки датчика), и это приводит к изменению напряжения колебательного контура 11д. На выходе появляется сигнал, отличный от нуля.

На рис. 3 приведен лишь простейший вариант одной из схем входной части металлоискателей рассматриваемого типа. Вместо ПНТ в данной схеме в принципе возможно использование токозадающего резистора. Могут быть использованы различные мостовые схемы для включения катушки датчика, сумматоры с различными коэффициентами передачи по инвертирующему и неинвертирующему входам, частичное включение колебательного контура и т.д.

В схеме на рис. 3 в качестве датчика используется колебательный контур. Это сделано для простоты, чтобы получить нулевой сдвиг фаз между сигналами Ur и 11д (контур настроен на резонанс). Можно отказаться от колебательного контура с необходимостью точной настройки его на резонанс и использовать в качестве нагрузки ПНТ только катушку датчика. Однако коэффициент передачи ПНТ для этого случая должен быть комплексным, чтобы скорректировать сдвиг фазы на 90°, возникающий из-за индуктивного характера нагрузки ПНТ.

Импульсный металлоискатель

В рассмотренных ранее типах электронных металлоискателей отраженный сигнал отделяется от излучаемого либо геометрически - за счет взаимного расположения приемной и излучающей катушки, либо с помощью специальных схем компенсации. Очевидно, что может существовать и временной способ разделения излучаемого и отраженного сигналов. Такой способ широко используется, например, в импульсной эхо- и радиолокации. При локации механизм задержки отраженного сигнала обусловлен значительным временем распространения сигнала до объекта и обратно.

Применительно к металлоискателям, таким механизмом может быть и явление самоиндукции в проводящем объекте. Как использовать это на практике? После воздействия импульса магнитной индукции в проводящем объекте возникает и некоторое время поддерживается (вследствие явления самоиндукции) затухающий импульс тока, обусловливающий задержанный по времени отраженный сигнал. Он и несет полезную информацию, его и надо регистрировать.

Таким образом, может быть предложена другая схема построения металлоискателя, принципиально отличающаяся от рассмотренных ранее по способу разделения сигналов. Такой металлоискатель получил название импульсного. Он состоит из генератора импульсов тока, приемной и излучающей катушек, которые могут быть совмещены в одну, устройства коммутации и блока обработки сигнала.

Генератор импульсов тока формирует короткие импульсы тока миллисекундного диапазона, поступающие в излучающую катушку, где они преобразуются в импульсы магнитной индукции. Так как излучающая катушка - нагрузка генератора импульсов - имеет ярко выраженный индуктивный характер, на фронтах импульсов у генератора возникают перегрузки в виде всплесков напряжения. Такие всплески могут достигать по амплитуде десятков-сотен (!) вольт, однако использование защитных ограничителей недопустимо, так как оно привело бы к затягиванию фронта импульса тока и магнитной индукции и, в конечном счете, к усложнению отделения отраженного сигнала.

Приемная и излучающая катушки могут располагаться друг относительно друга достаточно произвольно, так как прямое проникновение излучаемого сигнала в приемную катушку и действие на нее отраженного сигнала разнесены по времени. В принципе, одна катушка может выполнять роль как приемной, так и излучающей, однако в этом случае гораздо сложнее будет развязать высоковольтные выходные цепи генератора импульсов тока и чувствительные входные цепи.

Устройство коммутации призвано произвести упомянутое выше разделение излучаемого и отраженного сигналов. Оно блокирует входные цепи прибора на определенное время, которое определяется временем действия импульса тока в излучающей катушке, временем разрядки катушки и временем, в течение которого возможно появление коротких откликов прибора от массивных слабопрово-дящих объектов типа грунта. По истечении же этого времени устройство коммутации должно обеспечить передачу сигнала с приемной катушки на блок обработки сигнала.

Блок обработки сигнала предназначен для преобразования входного электрического сигнала в удобную для восприятия человеком форму. 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.

Магнитометры

Магнитометрами называется обширная группа приборов, предназначенных для изменения параметров магнитного поля (например, модуля или составляющих вектора магнитной индукции). Использование магнитометров в качестве металлоискателей основано на явлении локального искажения естественного магнитного поля Земли ферромагнитными материалами, например железом. Обнаружив с помощью магнитометра отклонение от обычного для данной местности модуля или направления вектора магнитной индукции поля Земли, можно с уверенностью говорить о наличии некоторой магнитной неоднородности (аномалии), которая может быть вызвана железным предметом.

По сравнению с рассмотренными ранее металлоискателями, магнитометры имеют гораздо большую дальность обнаружения железных предметов. Очень впечатляет информация о том, что с помощью магнитометра можно зарегистрировать мелкие обувные гвозди от ботинка на расстоянии 1 м, а легковой автомобиль - на расстоянии 10 м! Такая большая дальность обнаружения объясняется следующим. Аналогом излучаемого поля обычных металлоискателей для магнитометров является однородное (в масштабах поиска) магнитное поле Земли. Поэтому отклик прибора на железный предмет обратно пропорционален не шестой, а всего лишь третьей степени расстояния.

Принципиальным недостатком магнитометров является невозможность обнаружения с их помощью предметов из цветных металлов. Кроме того, даже если нас интересует только железо, применение магнитометров для поиска затруднительно - в природе существует большое разнообразие естественных магнитных аномалий самого различного масштаба (отдельные минералы, залежи минералов и т.п.). Однако при поиске затонувших танков и кораблей такие приборы вне конкуренции!

Радиолокаторы

Общеизвестен факт, что с помощью современных радиолокаторов можно обнаружить самолет на расстоянии нескольких сотен километров. Возникает вопрос: неужели современная электроника не позволяет создать компактное устройство, позволяющее обнаруживать интересующее нас предметы хотя бы на расстоянии нескольких метров9 Ответом является ряд публикаций, в которых такие устройства описаны.

Типичным для них является применение достижений современной микроэлектроники СВЧ, компьютерной обработки полученного сигнала. Использование современных высоких технологий практически делает невозможным самостоятельное изготовление этих устройств. Кроме того, большие габаритные размеры пока не позволяют их широко применять в полевых условиях.

К преимуществам радиолокаторов следует отнести принципиально более высокую дальность обнаружения -отраженный сигнал в грубом приближении можно считать подчиняющимся законам геометрической оптики и его ослабление пропорционально не шестой и даже не третьей, а лишь второй степени расстояния.

Начинающие кладоискатели довольно часто задаются вопросом «Как выбрать металлоискатель?». Самые важные факторы при выборе – цена прибора и глубина обнаружения металлов. Безусловно, самые дешевые металлоискатели не могут отличаться высоким качеством и хорошими техническими характеристиками.

Какие бывают металлоискатели?

Все виды металлоискателей можно разделить на ручные и стационарные.

Ручные отличаются небольшими размерами и используются для личного досмотра багажа или людей. Металлоискатели данного типа применяют для локального поиска взрывоопасных предметов, огнестрельного и холодного оружия.

Стационарные приборы могут быть в виде «ворот», которые устанавливают в аэропортах, клубах, и мобильными. Этот вид используют для обеспечения порядка и безопасности в местах большого скопления людей.

Металлоискатели имеют разные принципы действия, из которых выделяют:

1. Измеритель частоты.

Устройство работает с помощью специального LC-генератора, определяющего изменение частоты колебаний при приближении металлических элементов к прибору. Данные фиксируются несколькими видами:

— Прием сигнала от катушки ведет особая система ФАПЧ. Она же определяет высоту напряжения обратной связи.

— Эталонная частота смешивается с данными катушки и одновременно фиксируется частота биения.

2. Прием-передача.

В металлоискатели такого принципа работы встроены передающие и принимающие индукционные катушки. Катушки в приборе находятся на расстоянии, которое позволяет двум деталям не улавливать сигналы друг друга. Если металлоискатель обнаружил металлический элемент, то передаваемый сигнал рассеивается, а позже передается на приемную катушку, которая направляет информацию к блоку индикации. Разновидностью этого вида могут быть индукционные металлодетекторы, конструктивной особенностью которых является наличие всего одной индукционной катушки осуществляющей и передачу и приём.

3.Импульсные металлоискатели основаны на регистрации вторичного магнитного поля которое вызывается импульсными токами вблизи металлосодержащих объектов.Регистрация сигнала происходит не в постоянном режиме, а периодически.

Более понятная классификация металлодетекторов разделяет их на:

• грунтовые
• глубинные
• подводные
• промышленные
• охранные
• пинпойнтеры

В отдельную группу можно выделить металлоискатели применяющиеся для специализированных задач (в некоторых отраслях промышленности,в медицине, имеющие военное применение). Подробно останавливаться на охранных и промышленных металлоискателях мы не будем. Грунтовые позволяют находить металлические предметы в поверхностном слое почвы, и в зависимости от качества и технических характеристик устройства это могут быть очень мелкие предметы. Глубинные металлодекторы способны обнаруживать предметы на глубине 6м. Но не “видеть” предметы на поверхности. Как правило это габаритные устройства, имеющие больший размер индукционных катушек ориентированных в перпендикулярных плоскостях,одна является передающей, другая принимающей и ориентирована параллельно исследуемой поверхности. “Глубинники” расчитаны на обнаружение крупных объектов (такими являются предметы с площадью более 400 кв.см). Глубинные металлодекторы широко используются и в производстве инженерными службами (металлодетектор-трассоискатель), ремонтными бригадами, службами мониторинга и т.д. К специализированным устройствам может отнести и металлоискателя предназначенные для поиска самородного золота.

Подводные металлодетекторы предназначены для обнаружения металлических предметов в воде.Требования к таким устройствам несколько иные, чем к другим. Существуют особенности использования подводных металлоискателей, причём даже работа в морской и пресной воде будет значительно отличаться. Подводные металлоискатели обладают только звуковой системой индикации, оно и понятно, учитывая условия применения.

Пару слов скажу о пинпойнтерах – это класс устройств, относящихся к металлоискателям использующийся для точной индикации небольших объектов, залегающих на небольшой глубине. Чаще для обнаружения внутристеновой проводки и т.п.

В любой группе можно выделить наличие: простых, полупрофессиональных и профессиональных моделей, от чего в прямой зависимости находится ценовая категория этих устройств.На сайте официального дистрибьютора Minelab представлены устройства с идеальным соотношением цены и качества.

Стоимость металлоискателей

По цене приборы делятся на три группы:

— Дешевые.

Они имеют минимальные характеристики для поиска металлов, используются непрофессиональными кладоискателями.

— Средней стоимости.

Цена устройств варьируется от 600 до 800 долларов. Данными металлоискателями пользуются геологи, золотодобытчики, охотники за кладами.

— Дорогие.

Приборы отличаются мощностью и высоким качеством. Их стоимость может составлять несколько тысяч долларов. Обычно их приобретают профессиональные золотоискатели и археологи.