WYKRYWACZ METALI.pdf

(717 KB) Pobierz
34964367 UNPDF
Systemy
Wykrywacze metali
Poniższy artykuł przeznaczony jest dla wszystkich, którzy interesują się tema−
tyką poszukiwania skarbów i militariów, w szczególności dla tych, którzy dopie−
ro zaczynają, lub chcieliby zacząć interesować się tą dziedziną. W poprzednim
numerze EdW opisano ogólną zasadę działania oraz podano informacje na
temat najprostszych wykrywaczy.
Wykrywacze z równoległymi
cewkami
Idea sposobu z prostopadłymi cewka−
mi (przedstawiona w poprzednim nume−
rze EdW) jest prosta i oczywista, opiera
się bowiem na podstawowych wiado−
mościach, dostępnych dla każdego ucz−
nia w szkole. Mniej oczywisty jest spo−
sób z cewkami ustawionymi równolegle,
w jednej płaszczyźnie. Wydawałoby się,
że jeśli dwie cewki będą ustawione jedna
nad drugą (lub jedna wewnątrz drugiej),
to nie uda się uniknąć wzajemnego
sprzężenia. Rysunek 8 pokazuje kształt
i wzajemne położenie obu cewek, w któ−
rym nie występuje wzajemne sprzężenie.
wielki sygnał przenika jednak do cewki
odbiorczej. Na szczęście można go skom−
pensować i usunąć przez odpowiednią
obróbkę sygnału cewki odbiorczej.
Przy zbliżeniu metalowego przedmio−
tu do takiego zestawu cewek, zostaje za−
burzone pole elektromagnetyczne wy−
twarzane przez cewkę nadawczą
i w cewce odbiorczej indukuje się nie−
wielki sygnał.
Ten sygnał może być podany na
wzmacniacz i słuchawki. Wtedy o wykry−
ciu przedmiotu poinformuje pojawienie
się sygnału. Schemat blokowy najprost−
szego wykrywacza z taką sondą pokaza−
ny jest na rysunku 9.
W praktyce do współpracy z z e sta−
wem cewek pokazanych na rysunku
8 nie stosuje się prostych układów elekt−
ronicznych zbudowanych według rysun−
ku 9, tylko znacznie bardziej rozbudowa−
ne systemy, dające znacznie lepsze moż−
liwości.
Przy omawianiu wykrywacza mostko−
wego okazało się, że nie sposób określić
metodą na słuch, czy znaleziono przed−
miot z metalu dia− lub paramagnetyczne−
go, czy też z metalu ferromagnetyczne−
go. Podobna sytuacja występuje w urzą−
dzeniach zawierających cewki o kształcie
według rysunku 8. Owszem, informacja
taka zawarta jest w fazie sygnału wyjścio−
wego, ale fazy nie można ocenić na ucho.
Można natomiast fazę zmierzyć za pomo−
cą układów elektronicznych.
Inaczej mówiąc, w stanie spoczynku
w cewce odbiorczej nie powinien się in−
dukować żaden sygnał. Przy zbliżeniu
przedmiotu metalowego w cewce poja−
wi się sygnał sinusoidalny. Jego ampli−
tuda świadczyć będzie o wielkości i od−
Rys. 8. Kształt cewek w sondzie
typowego wykrywacza IB
ległości znaleziska, natomiast faza
świadczyć będzie, czy jest to materiał
ferromagnetyczny, czy dia− lub paramag−
netyczny. Przykładowe przebiegi w obu
cewkach pokazuje rysunek 10. Informa−
cję o fazie można wydzielić za pomocą
prostownika (detektora) synchroniczne−
go. Początkujący elektronicy zapewne
nie wiedzą, co to jest ten prostownik
synchroniczny. Jest to rozbudowany
układ prostownika, którego praca jest
sterowana albo synchronizowana przez
przebieg zmienny (tu przez przebieg za−
silający cewkę nadajnika). Można powie−
dzieć, że przebieg zmienny z cewki od−
biorczej jest prostowany, czy też prze−
kształcany, w takt przebiegu z nadajnika.
Prostownikiem synchronicznym jest na
przykład stosunkowo prosty układ, któ−
rego wzmocnienie wynosi albo +1 albo −
1 i jest sterowane przebiegiem synchro−
nizującym. Wzmocnienie +1 oznacza, że
układ dokładnie powtarza na
wyjściu przebieg wejściowy,
natomiast wzmocnienie −1
świadczy, że układ w tym
momencie odwraca fazę syg−
nału o 180 stopni. Ilustruje to
rysunek 11.
Na wyjściu takiego pros−
townika stosuje się zwykle
filtr uśredniający i uzyskuje
się w sumie napięcie stałe.
Cewka nadawcza ma bardzo dziwny
kształt, jakby rogala, zawiera bowiem do−
datkową, wewnętrzna pętlę. Środek
cewki odbiorczej (mniejszej) umieszczo−
ny jest w ściśle określonym punkcie. We−
wnętrzna pętla cewki nadawczej dzieli
powierzchnię cewki odbiorczej na poło−
wy. Przy takim umieszczeniu cewek
w pętli odbiorczej w stanie spoczynku
(równowagi) nie indukuje się sygnał.
W praktyce nie można wykonać idealnej
sondy tego typu i oczywiście jakiś nie−
Rys. 9. Schemat blokowy prostego wykrywacza IB
E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/98
25
34964367.026.png 34964367.027.png 34964367.028.png 34964367.029.png 34964367.001.png 34964367.002.png
Systemy
Rys. 10. Zależności fazowe w cewkach wykrywacza
Rys. 11. Zasada działania prostownika synchronicznego
Co najważniejsze, to napięcie stałe za−
leży nie tylko od amplitudy przebiegu
prostowanego (jak to jest w zwykłym
prostowniku), ale też od jego fazy. Po−
kazuje to rysunek 12. W zależności od
fazy przebiegu prostowanego (przy ta−
kiej samej amplitudzie), wyjściowe
(uśrednione) napięcie stałe może być
zarówno dodatnie, ujemne, jak i równe
zeru! Oczywiście w układzie wykrywa−
cza metalu, znak napięcia stałego na
wyjściu filtru świadczy o rodzaju meta−
lu. Jak wcześniej wskazano, w rzeczy−
wistości zmiany fazy powstające pod
wpływem niewielkich przedmiotów
metalowych są naprawdę bardzo małe,
to jednak dają się one wykryć i w su−
mie metoda fazowa jest częściej sto−
sowana w praktycznych wykrywaczach
niż wszystkie pozostałe metody.
Rysunek 12 wskazuje, że w wykrywa−
czu z detektorem synchronicznym sygna−
łem świadczącym o obecności metalu
jest napięcie stałe, a nie jak w poprzednio
omawianych wykrywaczach – napięcia
zmienne. W takim razie obecny być musi
także dodatkowy blok, który wytworzy
sygnał akustyczny, zależny o d napięcia
stałego na wyjściu detektora synchronicz−
nego. Jak z tego widać, w przeciwieńs−
twie do wcześniej omawianych wykrywa−
czy, sygnał dźwiękowy w słuchawkach
nie ma praktycznie nic wspólnego z prze−
biegiem zasilającym cewkę nadawczą.
Jeśli w układzie z detektorem syn−
chronicznym o wszystkim decyduje na−
pięcie stałe z jego wyjścia, to za pomocą
odpowiedniej obróbki tego napięcia moż−
na uzyskać szereg nowych możliwości.
Właśnie przede wszystkim odpowiednia
obróbka sygnału uzyskiwanego z pros−
townika synchronicznego pozwala wzbo−
gacić przyrząd o nowe, bardzo cenne
funkcje.
Przede wszystkim można dodać na
wyjściu prostownika dodatkowy blok,
który na przykład będzie reagował tylko
na sygnały ujemne prostownika (odpo−
wiadające miedzy innymi metalom szla−
chetnym), a nie będzie reagował na fer−
romagnetyki, czyli w praktyce na złom
żelazny.
Można też po prostu wyposażyć przy−
rząd w miernik wychyłowy z zerem po
środku, by zobrazować infor−
mację o rodzaju materiału.
W ten sposób otrzymuje
się przyrząd z rozróżnianiem
metali.
Inną możliwością jest ta−
kie wzbogacenie prostow−
nika synchronicznego, by
sygnalizator odzywał się do−
piero przy znalezieniu przed−
miotów o większych wy−
miarach, a nie drobnych
śmieci typu kapsle, nakręt−
ki, gwoździe, itp. Lepsze
przyrządy tego typu mają
możliwość płynnej regulacji
progu czułości (odrzucania).
Jeszcze inną możliwoś−
cią jest wprowadzenie po−
krętła, pozwalającego dopa−
sować przyrząd do rodzaju
gruntu. Chodzi o to, że
grunty bywają w różnym
stopniu zmineralizowane
i już sam grunt jest wykazy−
wany jako znalezisko. Aby
wyeliminować efekt grun−
Rys. 12. Przykładowe przebiegi w prostowniku synchronicznym
26
E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/98
34964367.003.png 34964367.004.png 34964367.005.png 34964367.006.png 34964367.007.png 34964367.008.png 34964367.009.png 34964367.010.png 34964367.011.png 34964367.012.png 34964367.013.png 34964367.014.png 34964367.015.png
Systemy
Rys. 13. Schemat blokowy wykrywacza PROSPECTOR
towy należy odpowiednio zmienić fazę
sygnału sterującego pracą prostownika
synchronicznego.
Bardziej rozbudowane wykrywacze
zwykle mają dodatkowo możliwość pracy
dynamicznej. To znaczy, że cały układ jest
wtedy objęty swego rodzaju pętlą ujem−
nego sprzężenia zwrotnego. Obwód pęt−
li dba, by niezależnie od gruntu i innych
czynników, uzyskać na wyjściu prostow−
nika synchronicznego napięcie równe lub
bliskie zeru. W takim wypadku przedmio−
ty mogą być wykrywane tylko podczas
ruchu sondy.
I oto doszliśmy do najczęściej spotyka−
nych, nowoczesnych wykrywaczy zawie−
rających sondę z cewkami wg rysunku
8 i dość skomplikowany układ elektro−
niczny. Dwa takie wykrywacze pokazane
są z bliska na fotografiach 3 i 4.
Schemat blokowy rozbudowanego
wykrywacza metali „Prospector”, wi−
docznego na fotografii 3, zawierającego
prostownik synchroniczny, pokazany jest
na rysunku 13. Jak widać ze schematu
blokowego, układ na pewno do najprost−
szych nie należy. Z tego wynika, że po−
czątkujący amatorzy nie mający doświad−
czenia, nie mają szans na wykonanie
i wyregulowanie takiego układu. Zresztą
wyregulowanie układu to jeszcze nie
wszystko – kluczowe znaczenie i tak ma
sonda, jej sztywność, wzajemne umiesz−
czenie cewek i odporność na czynniki kli−
matyczne. Jest to największy problem
praktyczny dla chętnych, pragnących sa−
modzielnie wykonać detektor metali.
Właśnie te, w sumie pozaelektronicz−
ne względy zadecydowały, że do tej po−
ry na łamach EdW nie został przedsta−
wiony projekt budowy wykrywacza, wy−
posażonego w podobne cewki. Być mo−
że taki projekt ukaże się w EdW za jakiś
czas po rozwiązaniu problemu wykona−
nia we własnym zakresie (lub zak u pu)
dobrej sondy.
W najbliższych miesiącach planowane
jest natomiast zaprezentowanie prostego
wykrywacza typu BFO.
W momencie przerwania prądu, cew−
ka, która do tej chwili była cewką nadaw−
czą, staje się cewką odbiorczą i specjalny
układ mierzy napięcie (prąd) indukujące
się w cewce. Istnieją też wykrywacze PI
z dwoma oddzielnymi cewkami: nadaw−
czą i odbiorczą.
W każdym razie o obecności lub nie−
obecności w polu przedmiotów metalo−
wych świadczy kształt i czas trwania im−
pulsu w cewce odbiorczej po gwałtow−
nym przerwaniu przepływu prądu. W du−
żym uproszczeniu dwa przypadki pokaza−
no na rysunku 14.
Wykrywacze typu PI
Skrót PI pochodzi od angielskich słów
Pulse Induction i wskazuje, że chodzi
o wykrywacz impulsowy, a nie wykry−
wacz o pracy ciągłej.
Wykrywacze PI czasem są nazywane
niesłusznie ziemnymi radarami. Choć
określenie radar jest niesłuszne, zasada
działania wykrywacza typu PI rzeczywiś−
cie jest trochę podobna do radaru.
W systemie radarowym w przestrzeń
wysyłany jest krótki impuls promienio−
wania mikrofalowego, czyli fala elektro−
magnetyczna o częstotliwości rzędu gi−
gaherców. W wykrywaczu PI do swego
rodzaju anteny, a właściwie cewki na−
dawczej, doprowadzone są impulsy prą−
du stałego. Płynący prąd stały płynący
przez cewkę wytwarza stałe pole mag−
netyczne. W momencie przerwania
przepływu prądu, pole magnetyczne za−
nika. Szybkość zanikania tego stałego
pola magnetycznego zależy między in−
nymi od obecności (lub nieobecności)
w tym polu przedmiotów metalowych.
Obecność przedmiotów metalowych
można rozumieć jako istnienie swego
rodzaju rdzenia cewki, który zmienia in−
dukcyjność cewki, a więc zdolność gro−
madzenia energii.
Rys. 14. Uproszczone przebiegi
wykrywacza PI
Oczywiście przetworzenie, a nawet in−
terpretacja wyników odbywa się na dro−
dze elektronicznej.
W przypadku wykrywaczy typu PI
można uzyskać duży zasięg, ale zależy
on bardzo od mocy impulsu, a krócej
od wartości prądu w cewce nadaw−
czej. I to jest spory praktyczny prob−
lem. Dla zwiększenia zasięgu trzeba
zwiększać prąd. Tymczasem średnia
wartość prądu nie może być zbyt duża
ze względu na ograniczoną pojemność
E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/98
27
34964367.016.png 34964367.017.png 34964367.018.png
Systemy
baterii (dotyczy to głównie sprzętu
przenośnego).
Metodą na zmniejszenie średniego
poboru prądu byłoby skrócenie czasu po−
jedynczego impulsu oraz zmniejszenie
częstotliwości występowania impulsów.
Ale tu występują istotne ograniczenia.
Po pierwsze, w rzeczywistości prąd
w cewce nadawczej nie ma kształtu
prostokątnego, jak w uproszczeniu za−
znaczono na rysunku 14. Ze względu na
indukcyjność cewki prąd narasta stop−
niowo. Przy zbyt krótkim impulsie prąd
nie zdążyłby narosnąć do potrzebnej war−
tości. Czas trwania impulsu musi być tak
duży, by cewka weszła w stan nasyce−
nia, gdy prąd będzie ograniczony wartoś−
cią rezystancji uzwojenia. Pokazano to na
rysunku 15.
nak mniej popularne, i zwykle bardzo, na−
wet bardzo kosztowne.
Przykładowo w archeologii stosuje się
następującą metodę do wyszukiwania
utlenionych przedmiotów metalowych.
Wysyła się w grunt sygnał radiowy
o określonej częstotliwości i dużej mocy.
Dzięki pewnym zjawiskom związanym
z efektem półprzewodnikowym na po−
wierzchni takich znalezisk, następuje
podwojenie lub potrojenie częstotliwoś−
ci. Krótkofalowcy stosujący powielacze
częstotliwości z łatwością zrozumieją
o co tu chodzi. Potem należy tylko za po−
mocą odpowiednio czułego odbiornika
wykryć te powielone częstotliwości.
Oczywiście nie jest to proste, bo moc te−
go promieniowania jest bardzo słaba,
i należy je odróżnić od ewentualnych har−
monicznych przebiegu pierwotnego. Ta−
ka aparatura nie bywa używana przez
amatorów.
Wśród profesjonalnych przyrządów,
które mogą być użyte do poszukiwań
metali, należy jeszcze wymienić magne−
tometry, czyli mierniki pola magnetyczne−
go ziemi, oraz mierniki siły przyciągania
ziemskiego.
Jak się łatwo domyślić, metale będą
w jakimś bardzo niewielkim stopniu za−
burzać przebieg linii sił ziemskiego pola
magnetycznego. Tak samo, jeśli gęs−
tość przedmiotów poszukiwanych bę−
dzie różnić się od gęstości otoczenia
(gruntu), to wystąpi lokalna zmiana siły
przyciągania.
Nietrudno dojść do wniosku, że zmia−
ny takie będą niewyobrażalnie małe,
i aparatura służąca do ich pomiarów musi
być niesamowicie czuła i stabilna.
W ofercie zachodnich firm zajmujących
się sprzedażą ekwipunku dla poszu−
kiwaczy spotyka się magnetomet−
ry, ale już w ofercie przeczytać
można, że interpretacja wskazań
jest bardzo trudna i nie gwarantuje
dobrych efektów.
Jest to oczywiste, biorąc pod uwagę
wielkości oczekiwanych znalezisk.
W literaturze z omawianej dziedziny
pojawiły się doniesienia o próbach wyko−
Rys. 15. Kształt impulsu w cewce nadaw−
czej wykrywacza PI
Fot. 6. Wykrywacz typu PI
Po drugie, jeśli częstotliwość impul−
sów będzie mała, powiedzmy 1 impuls
na sekundę, to wprawdzie pobór prądu
zostanie zredukowany, ale dla prawidło−
wego zlokalizowania znaleziska koniecz−
ne będzie bardzo powolne prowadzenie
sondy, by nie ominąć jakiegoś interesują−
cego przedmiotu.
Właśnie z podanych dwóch wzglę−
dów, praktyczne przenośne wykrywacze
typu PI mają albo znaczny pobór prądu,
albo wymagają bardzo wolnego przesu−
wania sondy w trakcie poszukiwań.
Oczywiście istnieją i wcale nie są
rzadkością wykrywacze za−
silane z odpowiednio po−
jemnych źródeł, które ma−
ją moc w impulsie rzędu
100W i więcej.
Wykrywacze typu PI
mogą mieć wygląd zbliżo−
ny do wykrywaczy z cewką
według rysunku 8. Spotyka się
też przyrządy mające możli−
wość przełączenia
do pracy w sys−
temie PI al−
bo pracy
z prze−
no wykrywacz typu PI. Dostępne prze−
nośne wykrywacze typu PI mają maksy−
malne teoretyczne zasięgi 3...5m, przy
czym w przeciwieństwie do wykrywaczy
z prostopadłymi cewkami, mogą wykry−
wać także małe przedmioty. Pomimo teo−
retycznie lepszych parametrów, wykry−
wacze PI nie wyparły in−
nych typów sprzętu.
Niewątpliwie wpływ
na to ma bardzo
wysoka
cena dobrych
wykrywaczy PI.
W tej chwili najpo−
pularniejsze są wykry−
wacze IB z równoległymi
cewkami, omówione w po−
przednim śródtytule.
Inne wykrywacze
Dotychczas omówione rodzaje
wykrywaczy w jakiś sposób opie−
rają swe działanie na zmianie in−
dukcyjności cewki pod wpływem
zbliżanego do niej przedmiotu me−
talowego.
Znane i stosowane są także wy−
krywacze pracujące na zupełnie innej
zasadzie. Wykrywacze takie są jed−
Fot. 7.
Wykrywacz
podwodny
bie−
giem
ciągłym.
Na foto−
grafii 6 pokaza−
Fot. 8. Wykrywacz podwodny o dużym zasięgu
28
E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/98
34964367.019.png 34964367.020.png 34964367.021.png 34964367.022.png
Systemy
tenek trzymanych
w obu rękach). Sposób
przeprowadzania po−
szukiwań przypomina
niewątpliwie praktyki
różdżkarskie. Jednak
opisy tego typu przy−
rządów nie zawierają
wzmianek o różdżkars−
twie, są natomiast peł−
ne skomplikowanych
określeń technicznych.
Te fachowe słownict−
wo niewątpliwie robi
wrażenie na (zasob−
nych) laikach, ale
w osobach, które tro−
chę bardziej znają się
na elektronice całość
budzi co najmniej mie−
szane uczucia i skłania do podejrzeń
o oszustwo. Jak bowiem wiadomo, wy−
Fot. 10. Wykrywacze metali do kontroli osób
Fot. 9. Bramka bezpieczeństwa
tów z dalszej odległości. Z kolei profesjo−
nalna aparatura (używana w medycynie
lub na lotniskach) ma świetne parametry,
ale jest niesamowicie skomplikowana
i pobiera dużo energii. Tymczasem rekla−
mowane przyrządy, rzekomo wykorzystu−
jące zjawiska atomowe, pobierają z 9−
woltowej baterii... kilka do kilkunastu mi−
liamperów prądu. Podaje się przy tym, że
obszar wykrywania sięga kilkuset met−
rów (mierzony po powierzchni ziemi)
i jednego metra w głąb (dla pojedynczej
monety) lub dziesięciu metrów w głąb
(dla skrzynki z kosztownościami).
Ewentualnych klientów (lub naiwnych)
łudzi się perspektywami niesamowitych
znalezisk, które miałyby być do−
konane za pomocą takiego wy−
krywacza. Stosowna do spodzie−
wanych korzyści jest oczywiście
cena takich przyrządów. Nierza−
dko przekracza ona znacznie (w
przeliczeniu) 20000 złotych.
Taki sprzęt jest dostępny
w USA oraz w Niemczech, ale ra−
czej nie trafia jeszcze do Polski.
Piotr Górecki
rzystywania do poszukiwań
zjawisk występujących na po−
ziomie molekularnym (atomo−
wym).
W Elektronice dla Wszyst−
kich 8/97 na stronie 5 za−
mieszczone było krótkie, pół−
stronicowe doniesienie o wy−
korzystywaniu rezonansu
magnetycznego jąder atomo−
wych. Metoda ta, stosowana
wcześniej w medycynie, za−
czyna być stosowana także do
kontroli bagażu na lotniskach. Oczywiście
sposób ten może być wykorzystany tak−
że do identyfikacji metali. Aparatura jest
w tym wypadku bardzo droga i na pewno
jej kupno nie leży w zasięgu amatorów
skarbów, nawet tych mieszkających
w najbogatszych krajach. Co ciekawe,
w ogłoszeniach i reklamach przeznaczo−
nych dla takich poszukiwaczy pojawiły się
już dość dawno informacje o niewielkich,
zasilanych z baterii wykrywaczach mole−
kularnych, bazujących podobno na tej
metodzie.
Pikanterii całej sprawie dodaje fakt, że
w rzeczywistości odbiornikiem ma być...
człowiek, a wskaźnikiem są tak zwane re−
zonatory (coś w rodzaju obrotowych an−
Fot. 11. Detektor montowany na samochodzie
Fot. 12. Wykrywacz wieloczujnikowy
krywacze powszechnie znane i stosowa−
ne do tej pory mają stosunkowo niewiel−
ki zasięg oraz bardzo mocno ograniczone
zdolności wykrywania małych przedmio−
Od Redakcji: Dziękujemy Panu
WOJCIECHOWI OKSIEŃCIUKOWI, właści−
cielowi firmy ARMAND za udostępnie−
nie materiałów i zdjęć do niniejszego ar−
tykułu.
Fot. 13. Wykrywacz wielkopętlowy
E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/98
29
34964367.023.png 34964367.024.png 34964367.025.png
Zgłoś jeśli naruszono regulamin