Eesti Detektoristide Foorum 2.0 Eesti Detektoristide Foorum 2.0
edfoorum@gmail.com
 
 KKKKKK   OtsiOtsi   Liikmete nimekiriLiikmete nimekiri   KasutajagrupidKasutajagrupid   RegistreeriRegistreeri 
 ProfiilProfiil   Privaatsõnumite lugemiseks logi sissePrivaatsõnumite lugemiseks logi sisse   Logi sisseLogi sisse 

Metalliotsijate töö põhiprintsiibid ja peamised liigid

 
Uus teema   Vasta teemale    Eesti Detektoristide Foorum 2.0 -> Detektorid
Vaata eelmist teemat :: Vaata järgmist teemat  
Autor Teade
Aare
Site Admin


Liitunud: 16 Apr 2017
Postitusi: 172

PostitusPostitatud: Püh Apr 16, 2017 2:09 pm    Teema: Metalliotsijate töö põhiprintsiibid ja peamised liigid Vasta viitega

- Tehnikamaailm - http://www.tehnikamaailm.ee/metalli-ja-miiniotsijad/
Metalli- ja miiniotsijad
Posted By Tõnu Ojala On juuni 8, 2011 @ 11:49

Tänu elektroonika kiirele arengule on viimastel aastakümnetel mobiiltelefonide ja positsioneerimisseadmete kõrval massikasutusse jõudnud ka näiteks metalliotsijad, mis on sünnitanud uue harrastuse ja vaba aja veetmise vormi. Harrastajaile pakuvad paljud firmad kokku sadu erinevaid metallidetektorite mudeleid. Samal ajal on oluliselt täiustunud ka sõjatandritel arvutute miinide ja lõhkekehade avastamise ja kahjutustamise vahendid.

Metalle hakkas inimkond kasutama juba pronksiajal, kuid seadmed kaotatud või peidetud metallesemete avastamiseks arenesid välja alles viimase saja aasta vältel, sest nad põhinevad suures osas raadiotehnikal. Nagu sageli paljud uued tehnikaseadmed, nii on ka miini- ja metalliotsijad välja kasvanud sõjatehnikast.
Esimeses maailmasõjas massiliselt kasutusse võetud metallkorpuses maamiinid tekitasid suuri inimkaotusi, mis andis tugeva tõuke miiniotsijate – mis on sisuliselt metalliotsijate eriliik – väljatöötamisele. Esimese patendi metallidetektorile sai G. Fisher 1937. a, kuid praktikasse läks esimesena poolaka J. Kosacki seade, mille 500 eksemplari toetasid hiljem marssaliks tõusnud B. Montgomery operatsioone Saksamaa vastu Egiptuses 1942. aastal. Sõjatehnika objektina kehtis Kosacki miiniotsijale salastatuse nõue, mis kestis 50 aastat. See seade oli raske, robustne ning töötas elektronlampidel ja vajas eraldi patareideplokki. Pärast sõda algasid mitmetes firmades selle analoogide täiustamised ja edasiarendused. Olulisemad edusammud olid seotud transistoride, mikroskeemide ja mikroprotsessorite kasutuselevõtuga.

Metalliotsijate töö põhiprintsiibid ja peamised liigid
Metalli- ja miiniotsijate töö põhineb elektromagnetismil – ainete magnetilistel ning elektrilistel omadustel ja elektromagnetlainete leviku seaduspärasustel. Elektri- ja magnetväli on teineteisega seotud ja kokkukasvanud nagu siiami kaksikud – kui üks neist muutub või muudab end, siis paratamatult muutub ka teine. Samuti tekib iga elektrivoolu ümber alati magnetväli ning viimase muutus indutseerib elektrivoolu. See nähtus kannab elektromagnetilise induktsiooni seaduse nime ning sellel põhineb paljude metalli- ja miiniotsijate töö.

Madalsageduslikud seadmed
Üheks kõige levinumaks metalliotsijate liigiks on madalsageduslikud ehk induktsioonibalansi seadmed. Nendes tekitab elektrigeneraator madalsagedusliku (enamasti alla 30 kHz, kuid mõnel juhul ka kuni 300 kHz) vahelduvvoolu, mis suunatakse maa lähedal liigutatava otsimispea rõngakujulisse mähisesse ehk pooli, mida kutsutakse ka transmitteriks (saatjaks). Vahelduvvool rõngakujulises poolis tekitab omakorda selle tasapinnaga ristsuunalise ja seega pinnasesse suunatud magnetvälja, mille suurus ja suund muutuvad sinusoidselt sünkroonis seda indutseerinud elektrivooluga. Kui transmitteri magnetväli kohtab oma teel mingit elektrit juhtivat (eeskätt metallist) objekti, siis indutseerib ta selles nn pööris- ehk Foucault’-voolud, mis omakorda tekitavad vastava magnetvälja. Selle magnetvälja tuvastamiseks on otsimispea transmitteri rõngaspooli sees kontsentriliselt veel teine rõngaspool (receiver ehk vastuvõtja), milles objekti magnetväli indutseerib oma nõrga elektrivoolu, mida on võimalik võimendada, mõõta ja analüüsida, sest seade on ehitatud nii, et vastuvõtja on kaitstud saatja magnetvälja mõju eest. Vastuvõtjas registreeritud signaali võib muundada kõrvaklappides kuuldavaks piiksuks või teha nähtavaks elektrilise mõõteriista osuti kõrvalekaldena. Kuid otsimisseadme teeb tõeliselt kasulikuks siiski alles see, kui ta suudab „öelda” mitte ainult seda, et midagi on maa sees, vaid ka seda, millest see koosneb, kui suur ta on ja kui sügaval ta asub. Tänapäevastel metallidetektoritel on välja arendatud ka sellekohaseid võimeid.
Madalsageduslikel detektoritel on siinjuures abiks eeskätt nn faasinihke mõõtmine. Asi on nimelt selles, et vastuvõtja poolis indutseeritud vahelduvvoolu sinusoid on veidi „hilinenud”, võrreldes saatja poolist lähtuva voolu sinusoidiga, ning seda hilinemist saab vastavate elektrooniliste skeemide abil mõõta kui faasinihet ja väljendada kraadides ehk osadena täisperioodist. See faasinihe on otseselt seotud otsimisseadme magnetvälja sattunud eseme elektrilistest omadustest (induktiivsusest ja takistusest/elektrijuhtivusest ning nende vahekorrast), need on aga erinevatel ainetel ja metallidel erinevad. Suurim faasinihe ilmneb metallide korral, millel on suhteliselt suur induktiivsus. Sellised on suured ja paksud esemed, mis on valmistatud suure elektrijuhtivusega metallidest nagu kuld, hõbe ja vask. Väiksem faasinihe ilmneb esemete korral, mida iseloomustab peamiselt suurem elektritakistus. Nendeks on väikesed ja õhukesed esemed, mis on valmistatud väiksema elektrijuhtivusega materjalidest. Eriti tugevalt reageerivad saatja magnetväljale ferromagneetikud – raud, nikkel ja koobalt, kuid nende puhul on faasinihe väga väike. Malm ja teras evivad nii ferromagnetilisi kui ka elektrilisi omadusi.
Tänu faasinihke mõõtmise võimalusele ei ole tarvis iga maa sees avastatud objekti korral asuda seda kohe välja kaevama, vaid saab veenduda, kas ta kuulub antud juhul ka otsitavate esemete hulka. Siinjuures on valiku tegemisel otsustamise aluseks eeskätt faasinihke suurus. See võimaldab metallidetektoreid ka juba eelnevalt kalibreerida ja kanda vastavad andmed otsimisseadme skaalale või ekraanile. Samuti on võimalus selekteerimiseks ehk detektoristide keeles diskrimineerimiseks, mis tähendab, et seade reageerib üksnes teatud valitud faasinihkest suurematele väärtustele, sellest väiksemad aga jäävad arvestamata ehk „diskrimineeritakse”. Näiteks kui otsijat huvitavad vaid kullast või hõbedast esemed (see ongi enamikul otsingutel just nii), siis võib ta seadmel diskrimineerimisnuppu pöörates lülitada välja sadu kordi sagedamini esinevad kõrvalised piiksud kuuldeklappides või näidud ekraanil, mis on põhjustatud näiteks pudelikorkidest või õllepurkide avamisklõpatsitest. Samuti on võimalus diskrimineerida ka suuremaid näitusid ja häälestada otsija selliselt, et ta reageerib esemetele vaid mingis kindlas vahemikus (metalliotsijate keeles notch). Näiteks White’s metallidetektoril Spectrum XLT on võimalus valida isegi 19 erineva diapasooni vahel. Detektoris genereeritav signaal (faasinihe) sõltub objekti induktiivsuse ja elektrijuhtivuse vahekorrast, see aga omakorda ka kasutatavast voolusagedusest. Seepärast kasutatakse objektide täpsemaks identifitseerimiseks kahte töösagedust samaaegselt ning võrreldakse tulemuste erinevusi/suhet ja väljastatakse ekraanil nii graafiliselt kui ka numbriliselt.
Üheks tõsisemaks probleemiks metallidetektorite puhul on pinnase (ground) signaalide arvestamine. Nimelt sisaldab pinnas sageli rauasisaldusega mineraale, mis tekitavad detektoris vastava signaali (fooni), mille tugevus võib mõnikord ületada objekti signaali isegi tuhandeid kordi. Õnneks jääb selle signaali faasinihe detektori liigutamisel konstantseks, mis võimaldab kavalate elektronskeemide abil seda enamasti lõppnäidust eraldada. Eriti oluline on selle kasutamine ilma diskrimineerimiseta (nn all-metal) töörežiimides. Pinnase signaali neutraliseerimiseks pööratakse juhtpuldil vastavat nuppu, uusimatel mudelitel võib see toimuda ka automaatselt.

Impulss-induktsioonil põhinevad seadmed
Teine levinum metallidetektorite tüüp on impulss-induktsioonil põhinevad seadmed (PI), mis erinevalt eespool käsitletutest ei väljasta mitte madalsageduslikke sinusoidseid raadiolaineid, vaid väga tugevaid (mitu amprit) alalisvoolu impulsse, mille kestus on väga lühike, kuid mille arv võib varieeruda mõnest kümnest kuni tuhandeteni sekundis. Samuti vajavad seda tüüpi detektorid otsimispeas vaid ühte rõngaspooli, mis töötab nii saatjana kui vastuvõtjana. Iga vooluimpulsi ja tema magnetvälja lõppedes indutseeritakse poolis tugev vastassuunaline elektripinge piik (100–130 V), mille kestus on vaid 30 mikrosekundit. Seda nimetatakse ka peegeldusimpulsiks. Ta tekib analoogiliselt auto süütepoolis sädeme indutseerimisega. Kui detektor liigub üle metalleseme, genereerib impulss selles vastassuunalise magnetvälja. Impulsi ja selle magnetvälja lõppedes tekkinud peegeldusimpulss kestab aga metalleseme magnetvälja mõjul pisut kauem kui saatja impulss ning „hilineb”. Piltlikult võiks seda nähtust võrrelda kajaga, mille puhul toimub helilainete peegeldumine olenevalt ümbritsevast keskkonnast. Samuti sõltub metallesemes indutseeritud peegeldusimpulsi kestus ja hilinemine objekti omadustest. Kuna peegeldusimpulsid on üldiselt väga nõrgad, siis nende paremaks mõõtmiseks kogutakse ja liidetakse need erilise elektronskeemi e integraatori abil teatud aja vältel ja muudetakse mugavalt mõõdetavaks alalisvooluks. PI-tüüpi metallidetektorite eelisteks on võime avastada metallesemeid tunduvalt sügavamal ja teha seda ka hästi elektrit juhtivas pinnases ning ka soolases vees.

BFO-tüüpi metallidetektorid
Tuiklemissageduse mõõtmisel põhinevad BFO (Beat Frequency Oscillator) tüüpi metallidetektorid. Need on lihtsaimad ja odavaimad seadmed, mida võib muretseda metalliotsimise hobiga tutvumiseks ja ka lastele huvitavateks mängudeks. Seda tüüpi seadmetes genereeritakse otsimispea poolis madalsageduslik elektromagnetväli (raadiolained) ja teine analoogne juhtimisplokis olevas väikeses poolis sealse generaatori poolt. Kui otsimispea liigub üle metalleseme, nihutab temas indutseeritud magnetväli raadiolainete sagedust võrreldes juhtimisploki pooli voolusagedusega ning nende liitmisel tekivad lainetemehaanikast hästi tuntud tuiklemised, mille sagedus ja valjus on hõlpsasti kuuldavad kõrvaklappides.

Maa sisse nägev radar GPR
GPR (Ground Penetrating Radar) on universaalne seade, mis suudab sügaval maa sees (kuni 20 m) avastada mitte ainult metallist, vaid ka plastmassist, klaasist , puidust jms objekte ning igasuguseid ruumilisi erinevusi keskkonnas. GPRi tööpõhimõte seisneb, nagu õhuradarilgi, lühikeste ülikõrgsageduslike raadiolainete (mikrolainete) väljastamises suunatud antenni abil ning keskkonna ebaühtluste piiridelt peegeldunud lainete vastuvõtmises, edasi-tagasi kulgemiseks kulunud aja mõõtmises nanosekundilise täpsusega ning signaali digitaliseerimises ja analüüsimises. Seadet veetakse mingil alusel üle uuritava piirkonna ning iga sekundi murdosa järel väljastatakse uus uurimiskiir ning signaalitöötlusprotsessori abil sünteesitakse radari poolt läbitud trassi alla jääva pinnase kahemõõtmeline ristlõige, millel on eristatavad nii maa sees olevad objektid kui ka selle üldine struktuur. Näiteks kasutasid USA sõjaväelased Vietnamis GPR-seadet vaenlase salajaste maa-aluste käikude avastamiseks. Kaasajal kasutatakse seadet plastmassist valmistatud lõhkekehade avastamiseks Afganistanis.
Erinevalt eespool nimetatud metallidetektoritest, mis kõik põhinevad elektromagnetlainete väljastamisel, kasutatakse metallidetektoritena ka moodsaid ülitundlikke kvantnähtustel põhinevaid magnetomeetreid, mis suudavad avastada metallide, eriti ferromagneetikutest valmistatud esemete poolt põhjustatud Maa magnetvälja üliväikesi häiritusi (alla sajandiku nanotesla, ühik nT). Et Maa magnetväljas toimuvad pidevalt väikesed muutused, siis kasutatakse nende elimineerimiseks samaaegselt kahte üksteise kohale asetatud andurit, milliste näitude vahe lokaalsed muutused viitavad antud vertikaalil ferromagneetiku olemasolule.

Alternatiivsed miiniotsijad
Et lõhkekehade otsimine on inimestele eluohtlik tegevus, siis on väljatöötatud mitmesuguseid alternatiivseid viise nende leidmiseks, mis enamasti põhinevad eritreeningu läbinud loomade kasutamisel. Eeskätt kasutatakse selleks arenenud lõhnatajuga koeri, kukkurrotte ja mungosid, kes on võimelised eristama lõhkeainete lõhnu. Biotehnoloogiliste meetodite abil arendatakse välja bakteritüvesid, mis lõhkeainete läheduses muudavad värvust või fluorestseeruvad UV toimel. Kasutatakse isegi taimi, näiteks sinepiliik Arabidopsis thaliana muudab lõhkeainete mõjul oma värvust.

Metallidetektorite kasutusvaldkonnad
Viimastel aastakümnetel on plahvatuslikult kasvanud harrastajate hulk, kes on liitunud arvukatesse klubidesse (ka Eestis), mida ühendab vastav ülemaailmne organisatsioon, kuni arheoloogide, detektiivide, turvateenistuste ja toodangu kvaliteedi kontrollini välja. Militaarvaldkondades on metallidetektorid spetsialiseerunud maamiinide, lõhkemata jäänud mürskude ja isevalmistatud lõhkekehade avastamisele ja kahjutuks tegemisele, mis toimub kõige massilisemalt Iraagis ja Afganistanis. .

Article printed from Tehnikamaailm: http://www.tehnikamaailm.ee

URL to article: http://www.tehnikamaailm.ee/metalli-ja-miiniotsijad/

Copyright © 2013 Tehnikamaailm. All rights reserved.
Tagasi üles
Vaata kasutaja profiili Saada privaatsõnum Saada e-mail
Reasta teated:   
Uus teema   Vasta teemale    Eesti Detektoristide Foorum 2.0 -> Detektorid Kõik ajad on GMT + 2 Tundi
Lehekülg 1, lehekülgi kokku 1

 
Hüppa:  
Sa ei saa teha siia alafoorumisse uusi teemasid
Sa ei saa vastata siinsetele teemadele
Sa ei saa muuta oma postitusi
Sa ei saa kustutada oma postitusi
Sa ei saa hääletada küsitlustes
You can attach files in this forum
You can download files in this forum


Powered by phpBB © 2001, 2005 phpBB Group
Tõlkinud: