Металлодетекторы и их применение реферат

Обновлено: 08.07.2024

Металлодетекторы-металлоискатели ныне становятся незаменимым оборудованием при реконструкции старинных домов, именно с их помощью работники разыскивают проложенные трубы, электрокабеля и т.п.

Поиск металлических предметов под землёй, в воде, стенах здания и т.п. является не только методом заработка или хобби для некоторых людей. Археологи, дайверы, военные давно пользуются специальными приборами для поиска различных предметов в нейтральной среде.

Устройство металлодетекторов

Металлодетектор (МД) является специальным электроприбором, обнаруживающим металлические предметы за счёт их проводимости в любой среде (воде, земле, организме живого существа, стенах зданий). Обнаруживая металл, приборы подают особый звуковой либо светозвуковой сигнал, некоторые модели способны даже чётко определить найденную вещь.

Существует уйма металлодетекторов, все они различаются своим конструктивным исполнением, эти отличия обусловлены разным назначением приборов. Конструкция устройств для поиска металлов довольно сложная, но любой прибор состоит из нескольких основных частей, присутствующих в основном в каждой модели.

Типовая конструкция металлоискателя:

Катушка . Этот элемент металлодетектора представляет короб, в котором расположен приемник сигналов и передатчик. Обычно катушка круглой либо эллиптической формы, а в её изготовлении используется пластик. К ней присоединяется кабель, который проходит к блоку управления. Соединение кабеля и катушки обязательно должно быть выполнено герметично. По этому кабелю передаются сигналы от приемника к блоку. А сам приемник получает сигнал от передатчика, как только тот обнаружит вблизи металл. Сама катушка закреплена в нижней штанге.
Нижняя штанга . Эта металлическая часть устройства выполняется из металла, предназначена для фиксирования катушки и регулировки угла её наклона, благодаря чему происходит более точное исследование. В некоторых моделях штанга регулирует высоту металлоискателя и телескопическое соединение со средней штангой.
Средняя штанга . Обычно этот элемент представляет промежуточную часть между нижней и верхней штангой. На этой штанге крепятся специальные приспособления для изменения высоты устройства. Некоторые приборы состоят только из двух штанг.
Верхняя штанга . Форма этой штанги обычно S-образная. Эта форма признана, как более удобная для применения приборов МД. Верхняя штанга оборудована подлокотником, блоком управления и рукояткой.
Подлокотник . Чаще всего этот элемент изготавливают из полимерного материала. Предназначен он для того, чтобы прибор было удобнее держать, делая на подлокотник упор локтем.
Рукоятка . Этот элемент изготавливают из пористого материала и устанавливают на верхней штанге МД. Рукоятка обеспечивает надёжность держания и удобство эксплуатации.
Блок управления . Благодаря блоку управления происходит обработка информации, полученной от катушки. После преобразования данных, пользователь получает в ясном виде сигналы от передатчика. Также с помощью блока происходит настройка режимов прибора. Кабель от поисковой катушки подключается к блоку управления путём быстросъёмного разъёма.

Блок управления бывает фиксированным и съёмным. Профессиональные модели оснащены батарейным отсеком, располагающимся от блока управления отдельно.

Много новых моделей металлодетекторов имеют очень компактные габариты и исполнение, а также высокую надёжность.

Принцип работы металлодетекторов

Все МД-МИ определяют присутствие металлических предметов и информируют об этом. Металл, где бы он ни находился, не способен сам по себе что-то излучать, тем самым выдавая своё присутствие. Но облучая предмет радиоволнами, его можно обнаружить, улавливая вторичный сигнал. На этом принципе работают все металлоискатели.

При включении МД, переменный электроток протекает в поисковой катушке и создаёт вокруг неё электромагнитное поле, которое способно проходить в окружающую среду. При сталкивании с металлом на поверхности поля появляются вихревые токи, которые образовывают своё электромагнитное поле, ослабляющее поле катушки. Электронная схема устройства улавливает ослабление поля и информирует об этом, благодаря катушке.

Вихревые токи появляются на поверхности разных металлов либо минералов, имеющих электропроводность. Более электропроводны цветные металлы, из-за этого создающиеся токи затухают дольше на них. Приборы ощущают, насколько затухают вихревые токи, благодаря чему определяют цветной или чёрный металл под катушкой.

Лучше улавливать слабые вторичные сигналы и точнее их обрабатывать, способны электронные схемы, отличающиеся сложностью. Приборы с такими схемами стоят дороже, потому что их изготовление довольно трудоёмкое. Но такие металлодетекторы находят металлические объекты на большой глубине. Препятствием для обнаружения металла в грунте, может быть наличие электропроводных минералов в почве (соли калия, натрия, магнетит и пр.). Они способны маскировать металл, снижая глубину его поиска. Снизить влияние подобных минералов помогают различные фильтры и разные другие приспособления, которым наделяют производители некоторые модели МД. К примеру, некоторые устройства оснащены автоматической отстройкой от почвы, в других эту отстройку можно выполнять вручную.

Разновидности металлодетекторов по принципу работы

Все металлодетекторы-металлоискатели можно классифицировать по принципу работы, а также по назначению (выполняемым задачам).

МД по специфике действия:

Достоинствами этих приборов являются следующие моменты:

— простая конструкция;
— широкие возможности для поиска и определения металла.

Недостатки:

— чувствительность к минерализации почвы;
— сложность производства датчика.
Соли и прочие минералы, находящиеся в грунте, представляют большие преграды в нахождении и определении металла, поэтому устройства этого типа следует предварительно настраивать, указывая тип почвы, в которой будет происходить поиск.

Плюсы:

— простота конструкции датчика;
— нечувствительность к минерализации почвы.
Но импульсные металлодетекторы имеют и своеобразные минусы, они много потребляют энергии и низкие возможности дискриминации, что влияет негативно на работу с одним типом металла.

Генераторные металлоискатели:
— МД измерители частоты;
— МД определяющие изменение добротности колебательного контура.
Основой этих устройств является LC-генератор. Приборами этого типа ищут чаще металл только определённого вида.

В одних генераторных приборах меняется частота, если вблизи находиться металлический объект. Эти устройства называют измерителями частоты, и их работа может основываться на разных методах:

— Подачи сигнала на систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с LC-генератор и измерении напряжения в цепи обратной связи.
— Фиксировании частоты биений и совмещении генераторной частоты с эталонной. Измерители частоты отличаются простой схемотехникой и конструкцией датчика, но у них низкая чувствительность и возможности дискриминации найденных предметов

Другой тип генераторных приборов основан на изменении добротности контура, сталкиваясь с металлом на пути. Колебательный контур является частью LC-генератор, когда катушка приближается к зоне размещения металлических предметов, добротность и амплитуда колебаний снижается.

Приборы, находящие металл таким способом, имеют небольшую потребляемую мощность и простую конструкцию, эти особенности можно отнести к их достоинствам. Но такие МД довольно неустойчивые к варьированию температур.

Профессиональные приборы имеют несколько способов одновременно для поиска и определения типа металлов.

Металлодетекторы-металлоискатели виды и применение

Рынок постоянно пополняется новыми моделями МД, которые имеют улучшенные показатели качества, точности и практичности эксплуатации. Устройства, обнаруживающие металл в разных средах, применяются во многих отраслях, их используют любители кладоискательства, археологи в экспедициях и даже строители. Во всевозможных сферах применяют разного рода металлодетекторы-металлоискатели, поэтому их и разделяют по предназначению.

Актуальность данный темы заключается в том, что в наше время достаточно высока угроза совершения террористических актов, а так же совершения преступлений с использованием огнестрельного и холодного оружия. Чтобы минимизировать эту угрозу создали такие устройства как металлодетекторы, которые позволяют отслеживать все металлические предметы, находящиеся как в багаже, так и на теле человека или животного. Данные устройства могут не только для предотвращения преступления, они так же могут использоваться в военной сфере, в пищевой промышленности, Незаменимы металлоискатели в строительстве и в процессе ремонтных работ, при обработке леса, при добыче полезных ископаемых, а так же в археологии и даже при переработке мусора. Одним словом можно сказать, что металлоискатели играют достаточно важную роль в нашей жизни.

Содержание

Введение 2
1. Поисковые приборы для обнаружения металлов 3
1.1. История создания металлоискателей 3
1.2. Основные требования, предъявляемые к металлодетекторам 7
2. Направления развития и возможности использования в оперативно-служебной деятельности ОВД поисковых приборов для обнаружения металлов 15
2.1. Металлоискатели применяемые в оперативно-розыскной деятельности ОВД 15
2.2. Анализ характеристик металлодетекторов применяемых в оперативно-розыскной деятельности ОВД 16
Заключение 23
Список использованных источников 24

Прикрепленные файлы: 1 файл

Metalloiskateli 111.doc

Селективность имеет и чисто психологическое значение для работников охраны объектов, оснащенных металлодетекторами. Из практических наблюдений следует, что частые ложные срабатывания от предметов личного пользования снижают у работников охраны внимание на любой сигнал тревоги, в том числе, и при срабатывании от объектов поиска. Применение металлодетекторов с низкой селективностью чаще всего является лишь поводом работникам охраны для сплошного досмотра посетителей.6

Еще одной характеристикой является помехоустойчивость. На металлодетектор, установленный в охраняемом помещении, воздействует целый ряд внешних условий (помех), затрудняющих, или делающих невозможным выполнение им своих функций. Помехи разделяют на электромагнитные и вызванные наличием вблизи антенн больших масс металла, замкнутых контуров, перемещающихся или неподвижных. Источниками электромагнитных помех чаще всего являются:

- силовые электросети и их коммутационное оборудование;

- работающие силовые электрические устройства (электрические двигатели, электрические генераторы, трансформаторы);

- телевизоры и т.д.

Наличие электромагнитных помех может привести к ложным срабатываниям, которые в некоторых случаях становятся непрерывными и практически не дают возможности использовать металлодетектор. Кроме того, электромагнитные помехи отрицательно влияют на селективность.

Ложные срабатывания также вызывают находящиеся вблизи металлодетектора конструкции и замкнутые контуры, перемещающиеся по своему функциональному назначению (двери, кабины лифтов и т.п.) или осуществляющие движение вследствие нежесткости конструкций, вибраций.

При неправильной организации прохода через металлодетектор ложные срабатывания могут вызывать перемещающиеся металлические предметы (ручная кладь, зонты и т.п.) у посетителей, находящихся вблизи антенн.

Помехоустойчивость металлодетектора определяется его способностью сохранять свои характеристики в условиях воздействия рассмотренных выше помех. Для обеспечения помехоустойчивости металлодетекторов применяют целый ряд как конструктивных, так и организационных мер:

- специальные схемотехнические решения электронных узлов;

- специальную обработку сигналов с приемных антенн;

- различные виды синхронизации с помехами;

- удаление металлодетекторов от подвижных металлических предметов;

- исключение проноса ручной клади через зону, контролируемую металлодетектором, и вблизи от нее.7

Для контроля ручной клади могут использоваться рентгеновские установки или металлодетекторы для ручной клади, располагающиеся в непосредственной близости от металлодетектора, предназначенного для досмотра людей. Перечисленные устройства являются источниками дополнительных электромагнитных помех, и для уменьшения их влияния должны предусматриваться меры, рассмотренные выше.

Последняя характеристика, которая будет рассмотрена это специальная безопасность. Металлодетекторы генерируют электромагнитное поле, которое при проходе пересекает человек и вблизи которого длительное время находятся работники охраны. Поэтому, кроме выполнения обычных требований по безопасности устройств, имеющих электропитание, они должны обеспечивать:

- безопасность по отношению к организму человека;

- допустимый уровень влияния на имплантируемые электрокардиостимуляторы;

- допустимый уровень влияния на магнитные носители информации.

Таким образом, к металлодетекторам - устройствам досмотра предъявляются особые требования. Анализ требований к таким устройствам позволяет сформулировать предложения по нормированию требований.

Основной характеристикой металлодетектора - устройства досмотра может служить вероятность обнаружения объекта поиска. Требования к величине этой характеристики могут быть различными в зависимости от необходимой степени защиты объекта. Эти требования можно разделить на четыре группы: пониженную, нормальную, повышенную и высокую защищенность, со следующими численными значениями вероятности обнаружения Робн.:

- пониженная с Робн. ≥ 0,95;

- нормальная с Робн. ≥ 0,97;

- повышенная с Робн. ≥ 0,98;

- высокая с Робн. ≥ 0,99.

Предложенные величины выбраны, исходя из необходимости обеспечения достаточного уровня селективности и помехоустойчивости, а также с учетом технической реализуемости этих значений в существующих металлодетекторах. Кроме того, такое разделение позволит сертифицировать все разнообразие российских и импортных изделий и иметь определенный запас для перспективных металлодетекторов.

Важнейшим моментом при оценке вероятности обнаружения является методика измерений. Для ее создания необходимо:

- выбрать номенклатуру объектов поиска или их имитаторов с конкретными конструктивными характеристиками;

- выбрать и обосновать точки измерений в контролируемом проеме металлодетектора;

- выбрать и обосновать количество измерений, исходя из требуемой доверительной вероятности;

- разработать и обосновать алгоритмы обработки измерений.

Второй важной характеристикой конкретно устройств досмотра является селективность. Она также в зависимости от значения вероятности обнаружения предметов личного пользования (вероятности ложной тревоги Рлт.) может оцениваться по четырем группам:

- пониженная с Рлт. ≤ 0,1;

- нормальная с Рлт. ≤ 0,05;

- повышенная с Рлт. ≤ 0,02;

- высокая с Рлт. ≤ 0,01.

Подход к методикам измерений вероятности ложной тревоги может быть аналогичен рассмотренному выше.

Предлагаемые для нормирования вероятности обнаружения тесно связаны со временем нахождения объекта поиска в зоне, контролируемой металлодетектором. Поэтому нормироваться должна и максимальная скорость проноса объектов, при которой обеспечиваются определенные вероятностные характеристики. Обычно скорость движения спокойно идущего человека составляет 0,5-1 м/с. Однако при этом относительные скорости движения отдельных частей его тела (руки, ноги), а соответственно и объектов поиска, могут достигать 1,5-2 м/с. Методики измерения максимальной скорости проноса объектов поиска или вытекающей из нее пропускной способности достаточно очевидны.

Требования к помехоустойчивости металлодетекторов по отношению к внешним электромагнитным помехам формулируются в разрабатываемом стандарте. Нормирование требований к помехоустойчивости от перемещающихся металлических масс в общем случае невозможно.

В отношении имплантируемых электрокардиостимуляторов ни в России, ни в других странах не установлено нормированных требований к допустимым характеристикам окружающих электромагнитных полей. Поэтому требования по безопасности электромагнитного поля металлодетектора могут быть сформулированы по отношению к определенному (фиксированному) электрокардиостимулятору, например, наиболее чувствительному к рассматриваемому воздействию. В частности, ряд имеющихся на российском рынке импортных металлодетекторов испытан на безопасность по отношению к конкретным моделям электрокардостимуляторов.

При разработке стандарта необходимо определить требования по безопасности электромагнитного поля металлодетектора по отношению к магнитным носителям информации (магнитным ленте, дискам и т.п.), что, скорее всего, важно для металлодетекторов досмотра ручной клади.

Методики измерений по большинству направлений безопасности электромагнитного поля, излучаемого металлодетектором, заключаются в проведении замеров обычными измерительными приборами уровней напряженности поля в определенных частотных диапазонах и сравнении их с допустимыми нормами.

2 Направления развития и возможности использования в оперативно-служебной деятельности ОВД поисковых приборов для обнаружения металлов

2.1 Металлоискатели применяемые в оперативно-розыскной деятельности ОВД

Металлоискатели, предназначенные для различных целей и работают на разных частотах, что связано с особенностями распространения электромагнитных волн в различных средах: низкочастотные металлоискатели находят предметы глубоко, но большого размера, высокочастотные металлоискатели обнаруживают мелкие предметы, но на небольшой глубине. Рабочая частота металлоискателей, обычно находится в диапазоне от 6.6 кГц до 22.5 кГц, а глубина обнаружения от 4м до 40см. Рассмотрим ниже существующие типы металлоискатели применяемые в оперативно-розыскной деятельности ОВД.

Досмотровый металлоискатель — это приборы для обнаружения металлических предметов при личном досмотре человека. Широко используются в органах милиции, таможни, военными и службами охраны и безопасности. В зависимости от производителя могут быть настроены на обнаружение предмета от булавки, при таком осмотре утаит более крупный предмет не возможно. Даже если в шариковой ручке из пластмассы есть металлическая пружинка то ручной металлоискатель даст четкий сигнал о наличии металла. Ручной металлоискатель уже вошел в нашу жизнь, как обязательный атрибут силовых структур. Существуют ручные металлоискатели следующих моделей : Sphinx ВМ-611, Garrett Super Scanner, SmartScan 2000.

Арочный (рамочный) металлоискатель — такие металлоискатели устанавливаются стационарно и служат для обнаружения металлических предметов при пересечении рамки человеком. Арочные металлоискатели можно увидеть в аэропортах, на вокзалах и при провдении многолюдных акций. Примером такого вида металлоискателей служат GARRETT Magnascanner CS-5000, GARRETT Magnascanner MT-5500.

2.2. Анализ характеристик металлодетекторов применяемых в оперативно-розыскной деятельности ОВД

Рассмотрим несколько моделей металлоискателей применяемых в оперативно-розыскной деятельности ОВД и проведем их сравнительную характеристику.

Ручной металлоискатель Garret обладает следующими свойствами:

- большая сканирующая поверхность для быстрого досмотра;

- световая и звуковая индикация тревоги;

- автоматическая настройка чувствительности;

- автоматический контроль разряда батареи;

- кнопка оперативного снижения чувствительности при работе;

- легкий вес, защитное покрытие;

- разъем для подключения наушников/зарядки аккумулятора.

Garret обнаруживает среднего размера пистолет на расстоянии 23 см, большой карманный нож на расстоянии до 18 см, бритвенное лезвие - 8 см, булавку - 2.5 см.

Рассмотрим технические характеристики металлодетектора:

- рабочая частота: 9,3 кГц;

- звуковой сигнал: 2 кГц;

- время работы: 80 часов;

- влажность: до 95% без прямого конденсата;

- размер: 83мм * 41,3мм * 420мм;

Данная модель отличается следующими достоинствами:

- высокая чувствительность (имеется возможность оперативной регулировки)

- функция "включил и работай" (оснащен системами автоматической настройки)

- прочная конструкция позволяет использовать металлоискатель для самообороны (механическая прочность и жесткость конструкции портативного металлоискателя является одним из основных конструктивных параметров, также влияющих на его чувствительность и стабильность работы).

Металлоискатель – это электронное устройство, предназначенное для обнаружения скрытых металлических предметов за счет обнаружения их проводимости. С его помощью можно найти изделия из металла глубоко в грунте, дереве, под одеждой, в теле человека, пищевых продуктах и т.д. Эти приборы нашли свое применение в различных отраслях промышленности и повседневной жизни.

Где используется металлоискатель

Существует масса разновидностей металлоискателей, корпус которых адаптирован под определенные условия работы. В различных модификациях данные приборы применяются в следующих направлениях:

Поиск металла в грунте.
Обнаружение археологических ценностей.
Досмотр людей для допуска их на ответственные объекты.
Контроль качества пищевых продуктов на наличие в них металлической стружки.
В медицине для поиска стальных протезов и штифтов у больных, прибывающих в бессознательном состоянии, перед исследованием в МРТ.
В военном деле для обнаружения мин и скрытых боеприпасов.

С развитием технологий себестоимость производства металлоискателей существенно снизилась, поэтому данное оборудование стало более доступным для покупателей. Это посодействовало применению металлоискателей в развлекательных целях. Десятки тысяч людей во всем мире используют их для поиска в грунте ценных исторических предметов, таких как монеты, старинные изделия быта, а также остатков военной техники и боеприпасов, потерянных в боях. Также металлоискатели используют для поиска находящегося под землей металла с целью его дальнейшей сдачи на переплавку.

Принцип работы

Для обнаружения металлических предметов используются различные физические принципы, поэтому неудивительно, что металлоискатели по этому критерию разделяются на виды.

Они бывают следующими:

Индукционные.
Импульсные.
Частотные.
Реагирующие на изменение добротности.

Индукционный металлоискатель работает по принципу приема-передачи. В устройстве может быть одна или две катушки индуктивности. Одна работает как излучатель, а вторая служит приемником. В отдельных случаях обе роли выполняет одна катушка. Излучаемый сигнал проходит сквозь нейтральные предметы (почва, древесина и пр.) и при попадании на металл отбивается обратно, после чего фиксируется чувствительным элементом металлоискателя. Данное оборудование является относительно простым и зачастую может ремонтироваться в домашних условиях. Такие устройства обладают плохой чувствительности на определенных типах грунтов, поэтому эффективно далеко не во всех условиях.

Импульсные металлоискатели возбуждают в зоне поиска импульсные вихревые токи, после чего измеряют вторичное электромагнитное поле. Вихревые токи реагируют на затухающие электромагнитные поля, что обеспечивает более высокую чувствительность, чем у индукционного оборудования. Мощность индикации прибора отличается в зависимости от длины и массы обнаруженного предмета. Такие устройства нечувствительные к сложным грунтам с большой минерализацией. Их главным недостатком является большое потребление энергии, поэтому на одном заряде батареи добиться продолжительной автономной работы невозможно.

Частотный металлоискатель имеет в основе LC-генератор. Он выдает сигналы с различной частотой, которая меняется при приближении к металлическим объектам. Изменения в его работе фиксируются чувствительным оборудованием металлоискателя. Такие устройства имеют простую схему и часто собираются своими руками из недорогих покупных деталей. Их недостатком является малая чувствительность, поэтому оборудования работающего по данному принципу лучше избегать, если требуются сложные поиски.

Металлоискатели, которые фиксируют добротность колебательного контура, работают тоже от LC-генератора. Добротность контура снижается при уменьшении расстояния между катушкой и металлическим предметом. То же самое касается и амплитуды колебаний на самом генераторе. Подобные устройства очень экономичные в плане потребления заряда, поэтому отличаются большой автономностью.

Классификация по выполняемым задачам

По выполняемым задачам металлоискатели принято классифицировать на следующие виды:

Грунтовые.
Военные.
Досмотровые.
Глубинные.
Магнитометры.

Каждая разновидность адаптирована под определенные условия применения и отличается разной чувствительностью. В связи с этим сравнивать эффективность каждой разновидности между собой неправильно, поскольку их предназначение между собой не пересекается.

Грунтовые

Грунтовые являются самыми распространенными. Они применяются для поиска закрытых в почве кладов, металлолома, старинных монет и потерянных ювелирных изделий. Обычно они работают по индукционной технологии. Данное оборудование может настраиваться для реакции на определенный металл. Самые простые устройства имеют глубину чувствительности в твердых грунтах около 20 см. Более дорогостоящие профессиональные устройства реагируют на объекты находящиеся под слоем грунта высотой в 1 м. Такими устройствами пользуются как профессиональные археологи, так и любители. Довольно часто подобные металлоискатели можно встретить на морских пляжах, поскольку их применяют для поиска потерянных отдыхающими монеток и ювелирных изделий. Специально для этих целей существует влагонепроницаемая модификация металлоискателя, которая может работать под водой, ища предметы на дне.

Военные

Военный металлоискатель также называют миноискатель. Его предназначение заключается в поиске закрытых в грунте мин. Обычно данное оборудование работает по принципу приема-передачи и оснащается двумя катушками. Одна излучает сигнал, а вторая реагирует на колебания, которые получаются в случае его отображения от металлических предметов. Данное оборудование обладает высокой надежностью, но малым диапазоном настройки. Глубина чувствительности такого оборудования аналогична обычным металлоискателям, которые используют археологи и любители. При этом миноискатель не может реагировать на специфические металлы, которые не используются для производства мин. Они чувствительны к стали и никак не отреагируют на находящиеся в грунте золотое кольцо.

Досмотровые

Досмотровые металлоискатели используются службами безопасности для обнаружения на теле человека или в его вещах металлических предметов. Эти устройства можно встретить в аэропортах, при входе в суд, метро и т.д. Данное оборудование зачастую настроено для реакции на крупные металлические предметы. Оно пропускает легкий металл, такой как пряжка поясного ремня или ключи, издавая слабый тихий звуковой сигнал. В том же случае если на досматриваемом имеются тяжелые изделия из металла, прибор дает громкое предупреждение. После этого осуществляется досмотр человека уполномоченным лицом. Главная цель данного оборудования – это обнаружение холодного и огнестрельного оружия.

Самым распространенным досмотровым металлоискателем является оборудование арочного типа. Оно представляет собой металлическую рамку, размером с дверной проем, сквозь которую проходит человек. Рамка реагирует на крупные металлические предметы и предупреждает дежурного.

Кроме арок к группе досмотровых металлоискателей относятся ручные приборы. Они являются довольно компактными и по размеру идентичный обычным бытовым фенам для высушивания волос. С помощью данного оборудования осуществляется поиск предметов на теле или в багаже. Для этого нужно провести по всей поверхности тела или по вещам чувствительной стороной корпуса прибора осуществляя сканирование без пропусков. Чувствительность оборудования обычно не превышает больше 25 см от предмета. Ручной досмотровый металлоискатель требует больше времени на проверку, поэтому используется только при индивидуальном досмотре, поскольку потоковая проходимость людей при применении подобного оборудования будет снижена.

Глубинные

Глубинный металлоискатель обнаруживает объекты на глубине до 3 м. Это довольно массивное оборудование, представляющее собой широкую рамку, на краях которой установлены катушки. Данное оборудование работает по принципу приема-передачи. Первая катушка создает мощный сигнал с большой проникающей способностью, который способен достигнуть изделия из металла сквозь высокий столб грунта, песка, глины или другой породы. Поскольку катушки располагается далеко друг от друга, то принимающая не реагирует на издаваемый направленный сигнал вниз, но при этом может воспринимать отбитые волны.

Подобное оборудования редко применяется любителями поиска металлолома, поскольку вряд ли кто-то захочет откапывать изделие весом 0,5 кг, которое находится на глубине 2 м. Глубинные металлоискатели используются спасателями и профессиональными археологами. Особенность данного оборудования в том, что оно может реагировать не только на металл, но и находящиеся под землей объекты строительства. В частности это фундаменты, поскольку они обычно сделаны из камня. Также металлоискатель глубинного типа способен зафиксировать уплотнение почвы или переход с одной породы на другую.

Магнитометр

Магнитометр представляет собой самую компактную разновидность металлоискателей. Это очень маленькие и чувствительные приборы, которые имеют сканирующую головку меньше ладони. Такие устройства применяются для поиска цветных и драгоценных металлов, таких как золото, алюминий, медь и пр.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

МБОУ СОШ села Неверкино

Сучков Вячеслав Научный руководитель: учитель

физики, высшей категории

Мещанева Ирина Александровна

Глава 1. Что такое металлоискатель?

§1 Классификация металлоискателей.

§2 Физика явлений.

§3. Практическое применение.

Глава 2. Практическая часть

§1. Простой металлоискатель

Цель: смонтировать прибор для обнаружения металлических предметов.

Изучить соответствующую литературу.

Выбрать схему прибора.

Собрать предполагаемый прибор.

Практически использовать прибор.

1.Изучить функциональное значение, строение и свойства компонентов электронной схемы: резистора и транзистора.

2.Изучить технологию сборки электронной схемы металлоискателя

3.Смонтировать предполагаемый прибор

4.Провести испытания металлоискателя

Глава I . Что такое металлоискатель?

Металлоискатель — это электронный прибор, позволяющий обнаруживать металлические предметы (металл) в нейтральной или слабопроводящей среде за счет их проводимости. Металлоискатель (другое его название — металлодетектор) обнаруживает металл в грунте, воде, стенах, в древесине, под одеждой и в багаже, в пищевых продуктах, в организме человека и животных и т. д.

По принципу работы

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.

Достоинства: относительно простая схемотехника, широкие возможности для определения типа обнаруженного объекта

Недостатки: сложность изготовления датчика, влияние минерализации грунта.

Структурная схема металлоискателя по принципу " прием - передача ".

Индукционные металлоискатели.

Достоинства: простота конструкции датчика.

Структурная схема индукционного металлоискателя .

Приборы — измерители частоты.

В их основе 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.

Достоинства: простота конструкции датчика, простая схемотехника.

Недостатки: худшие возможности дискриминации обнаруженных объектов, малая чувствительность.

Импульсные металлоискатели.

Принцип работы 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.

Достоинства: нечуствительность к минерализированному грунту, простота конструкции датчика.

Недостатки: повышенное потребление энергии, слабые возможности дискриминации.

Упрощенная блок - схема импульсного металлоискателя .

По выполняемым задачам

Грунтовый металлоискатель — предназначен для поиска кладов, монет и ювелирных изделий. Как правило, построен по индукционной технологии. Имеет множество настроек, DSP-процессор, дискриминатор металлов — специальную функцию для определения металла, из которого предположительно состоит объект в земле. Глубина обнаружения объектов от 20 см до 1 метра.

Досмотровый металлоискатель (ручной) — предназначен для служб безопасности. Служит для обнаружения на теле человека металлических предметов (пистолет, нож). Дальность обнаружения пистолета Макарова — до 25 см.

Арочные (рамочные) металлоискатели - используются для контроля больших потоков людей, например, в метро, на вокзалах. Представляют собой рамку, через которую проходит человек.

Магнитометры — предназначены для поиска ферромагнитных целей, например железо. Данный вид металлоискателей самый компактный и самый чувствительный, так как поисковая головка может поместится на ладони. Также магнитометры могут применяться и для поиска золота, меди, алюминия… Но для этого нужен дополнительно возбудитель, который будет делать из неферромагнитных металлов образно говоря электромагниты.

§2. Физика явления

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 как бы 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:

Глубинные металлоискатели, например, работают на частоте — 6,6 кГц. Глубина обнаружения — около 4 м.

Грунтовые металлоискатели для поиска монет — до 22,5кГц. Глубина обнаружения, например каски — около 1-1,5 м, монеты — до 40 см.

Во многом работа металлоискателя зависит от катушки.

§3. Практическое применение

Незаменимы металлоискатели в строительстве и в процессе ремонтных работ. Подумайте, как обойтись без этого прибора, если Вам нужно составить проект реконструкции старого здания, на которое отсутствуют чертежи расположения балок и других несущих конструкций (нельзя ведь долбить памятник архитектуры где попало); а если необходимо проследить как проходит в земле трубопровод или электрический кабель (не перекапывать же все вокруг);

или просто Вы хотите просверлить электрической дрелью отверстие в стене своего дома, то незнание расположения проводки может стоить Вам жизни. Спасти Вашу жизнь или избавить от ненужной работы поможет металлоискатель.

В процессе обработки древесины, особенно поступающей из пригородных лесов, в стволах попадаются гвозди и другие металлические предметы. Избежать поломки пилы или другого оборудования можно только, проверив древесину металлоискателем. Специальная рамка, установленная перед циркулярной пилой, автоматически остановит транспортер при обнаружении металла в древесине.

При сортировке мусора на мусороперерабатывающих предприятиях возникает необходимость избавить, например, макулатуру от металлических предметов. Хорошо, если предметы – железные, и их можно удалить магнитом. Обнаружить и удалить немагнитные металлические объекты можно только индукционным металлоискателем.

Археологу металлоискатель поможет определить наиболее перспективное место для детальных раскопок, даст возможность извлечь интересные находки там, где сплошные раскопки просто невозможны по разным причинам. Бок о бок с археологами работают искатели кладов и сокровищ

Глава II . ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Каким условиям должен отвечать электронный металлоискатель? Прежде всего он должен иметь высокую чувствительность (чтобы реагировать не небольшие предметы), обнаруживать металлические предметы на большой глубине и точно определять их границы. Такие условия выполнить нелегко. Каждый металлоискатель имеет источник электромагнитных колебаний ВЧ, проникающих в исследуемую среду. Приведем несколько общих закономерностей.

Металлический предмет диаметром 20 им вызывает изменения сигнала, в 64 раза меньшие, чем предмет диаметром 80 мы, находящийся на том же расстоянии. Металлический предмет, удаленный на 400 мм, вызывает изменении сигнала в 4096 раз меньшие, чем тот же предмет на расстоянии 100 мм. Присутствие пресной воды не препятствует поискам. Необходимо только защитить устройство от попадания влага. Затухание сигналов в воде меньше, чем о грунте. Наиболее удобен диапазон частот 50 кГц. 2 МГц.

В любительской практика применяют три разновидности металлоискателей (табл.)

Следует сразу же сказать, что я построил модель, иллюстрирующую принцип действия прибора, а не практический электронный искатель, который очень сложен в регулировке, и, кроме того, работа с ними требует знания техники коротких волн.

§1. Простой металлоискатель

Принципиальная электрическая схема простого металлоискателя (приложение 1), обнаруживает 50-копеечные монеты на глубине около 2 см, большие металлические предметы, зарытые на глубине до нескольких десятков сантиметров, скрытую в стене проводку на расстоянии 5. 10 см.

Принцип действия.

Устройство состоит из двух генераторов ВЧ (транзисторы Т1 и Т2), детектора-усилителя (ТЗ). Когда катушку L 2 искателя приближают к металлическому предмету, частота генератора на транзисторе Т1 изменяется, частота другого генератора на транзисторе Т2 остается постоянной. В результате изменяется разность частот, которую, прослушивают на головные телефоны.

Контур L 1С1 — это фильтр ПЧ (465 кГЦ) от радиоприемника. Можно использовать весь фильтр вместе с экраном или только катушку с сердечником. В приборе она может быть и не экранирована. Катушка L 2 содержит 31 виток провода ПЭВ 0,38, витки намотаны на деревянном или пластмассовом кольце диаметром 250мм, от вод от 10-го витка (по схеме сверху). Конденсатор переменном емкости (КПП) С2 — малогабаритный с твердым диэлектриком или воздушный. Можно применить подстроечный конденсатор с параллельно подключенным конденсатором постоянной емкости. Источник питания — батарея напряжением 4,5 В. Транзисторы имеют коэффициент передачи тока h _12э 30. 40. В качестве транзистора Т1 и Т2 можно применить ВЧ транзисторы (П401 . 403, ГТ309, ГТ 313, AF 416. 535).

Конструкция.

Катушка L 2 представляет собой выносную головку и закрепляется на деревянном шесте, который держат о руке (рис 2). КПП (С 2) размещается на 200. 500 мм выше катушки. Катушку можно заключить в пластмассовый мешок для защиты от влаги.

Регулировка.

После включения металлоискателя, вращая ручку КПЕ, добиваемся в телефонах изменяющегося звука. Если сто звука не будет, нужно увеличить емкость конденсатора СЗ до 200 пФ или замкнуть его отрезком провода. Подбирая величину емкости конденсатора С3, следует стремится к тому, чтобы звук возникал приблизительно при среднем значении емкости конденсатораС2.

Работа с прибором.

Надев телефоны и включив напряжение питания, приближаем выносную головку искателя к поверхности земли и, меняя емкость конденсатора С2, стараемся получить самый низкий тон. Затем начинаем перемещать катушку L 2 параллельно поверхности земли. В момент повышения частоты звука в телефонах движение головки искателя следует замедлить для четкого определения местонахождения металла.

Предметы небольших размеров лучше разыскивать, перемещая головку с катушкой L 2 по поверхности земли. Влажный грунт понижает частоту звука (в противоположность металлу). Поэтому в зависимости от вида грунта может потребоваться подстройка конденсатором С2.

§2 Конструкция

Перед началом работы я изучил множество литературы, выбрал принципиальную схему прибора, изучил физические принципы действия, затем подобрал все необходимые детали (описаны в п. 1.2)

2.1 Механическая сборка

На этом этапе я подготовил текстолитовую пластинку для платы и увеличил принципиальную схему прибора (для удобства электрического монтажа), приклеил схему к пластинке и высверлил все необходимые отверстия. Они нужны для крепления деталей (прложение2 ).

Закрепил детали на плате согласно схеме ( приложение 3 ). Для получения надежного контакта все монтажные соединения пропаял ( приложение 4 ). В качестве припоя использовал сплав олова и свинца. Чистое олово не применяется из-за низкой прочности соединения. Для удаления оксидной поленки с поверхности паяемого материала использовал канифоль.

Основу для выносной катушки изготовил из остатков кабельканала. ( приложение 5 ).

2.2 Электрический монтаж

эти детали от высоких температурах могут выйти из строя.

Когда монтаж был закончен, сразу же хотел проверить, как работает прибор. К сожалению, потребовалось еще немало времени, чтобы его отрегулировать. Принципы регулировки описаны в п.1.5.

В ходе изготовления прибора я научился понимать целостность научного мировоззрения. Идея основанная на желании изучить историю, реализованная с помощью физических знаний, помогла мне понять что нет физики, химии, истории отдельно, все школьные предметы связаны единой цепью.

Радиоэлектроника это область физики которая является просто поэзией современной техники. Я заглянул в ее мир загадочный, увлекательный. Получил небольшой опыт по сборке простых механизмов: научился пользоваться паяльником, отличать конденсатор от транзисторов, чуть – чуть изучил принцип их работы. В результате собрал простой прибор, способный находить металлические предметы. Мой прибор можно применять как для разведывательной работы на местности, так и в бытовых условиях (поиск электропроводки в бетонных стенах).

Я не собираюсь останавливаться на достигнутом и хочу продолжить начатое. В дальнейшем я думаю создать металлоискатель, в котором я учту недостатки и немного усовершенствую его конструкцию.

Читайте также: