Чтобы пользоваться металлоискателем, вовсе не обязательно понимать принципы его работы. Вы можете искать монеты, украшения, золотые самородки, тайники или что угодно без знания того, как именно работает ваш металлоискатель. Однако чтобы лучше понимать, что именно делает металлоискатель, разобраться, почему он издает такие звуки, почему он реагирует на металлы и минералы так, а не иначе, необходимо узнать, как металлоискатель работает.
Это можно проиллюстрировать двумя примерами. Предположим для начала, что вы работаете в поле и услышали сигнал от детектора. Вы выкапываете яму в полметра глубиной – и ничего в ней не находите. Вы делаете яму еще на полметра больше – и снова ничего не находите. В конце концов вы выкопаете двух-трехметровую яму перед тем, как бросите это занятие. И, тем не менее, все это время вы слышите сигнал!
Что было не так? Это ваша собственная вина? Или виноват металлоискатель? Был тут объект или нет? Ну, в общем, да, был, хотя вовсе не обязательно, что это был металлический объект. Отклик мог быть вызван изменениями минерализации грунта.
В качестве второго примера предположим, что вы ищете небольшой железный котелок, наполненный золотыми монетами. Вы знаете, что этот котелок был оставлен где-то на лугу под большим плоским камнем, положенным сверху. К несчастью, тут лежит по меньшей мере тысяча больших тяжелых плоских камней. Сама почва с сильной минерализацией, да и в некоторых из этих больших камней тоже содержится немало железистых минералов.
В подобной ситуации знание того, как работает металлоискатель, и понимание его отклика на различные минералы сэкономят вам массу усилий. В первом случае чтобы понять, что под землей нет никаких металлических объектов, не нужно копать. Иногда может понадобиться сделать углубление не более чем на четверть метра. Если вы ничего не знаете о железистых минералах и их влиянии на обнаружение металлов, вы никогда не найдете железный котелок, если только не решите копать под каждым находящимся на лугу камнем.
Ответы на эти и другие вопросы находятся в этой книге (Чарльз Гарретт "Металлоискатели. Как найти клад...").
Она дает простое теоретическое объяснение, описывающее только самые общие характеристики работы металлоискателей. Книга призвана стать не теоретической работой, а учебником, который дома, в классе или в полевых условиях поможет оператору металлоискателя понять основные принципы работы аппаратуры. Эти принципы несложны для понимания.
Изучение этого дополнительного материала вознаградит вас. Вы станете понимать, что именно ваш металлоискатель хочет вам сообщить, почему вы слышите те или иные сигналы. Вы станете лучше разбираться в том, стоит ли выкапывать обнаруженный объект. Высокоэффективная работа с металлоискателем не так сложна. Однако она требует некоторого изучения, размышления и практики работы в полевых условиях.
Прием и передача радиосигналов
Бóльшую часть своей жизни вы уже пользуетесь своего рода половинкой металлоискателя, возможно, даже не осознавая этого, – обычным радиоприемником. Обнаружение металлических предметов достигается излучением и приемом радиоволн. Основные элементы типового металлоискателя проиллюстрированы блок-схемой:
Батарея служит источником питания. Электронный генератор передатчика генерирует сигнал.
Сигнал от передатчика идет по кабелю (кабель катушки) на обмотку катушки передатчика (антенны). Антенна передатчика представляет собой несколько витков провода, обычно намотанных в форме окружности.
Формирование электромагнитного поля
Когда по обмотке антенны проходит ток, он создает невидимое электромагнитное поле, которое излучается в воздух (или любую окружающую среду, т. е. дерево, скалы, минералы грунта, воду и т. д.). Если бы электромагнитное поле можно было видеть, оно предстало бы в виде гигантского трехмерного бублика с антенной, помещенной в центре.
Теория электромагнитного поля утверждает, что линии этого поля не могут пересекаться. Следовательно, они концентрируются в области антенны, но вне антенны их плотность ниже. Такая концентрация весьма удачна, поскольку интенсивность поля (плотность линий) – явление, которое и позволяет обнаруживать металлические предметы вблизи антенны. Обратите внимание на область, показанную как зона обнаружения на рисунке ниже:
Это зона максимальной концентрации поля. Именно здесь происходит обнаружение металлических предметов как результат двух основных явлений – генерации вихревых токов и искажений электромагнитного поля. (Обратите внимание на зеркально симметричную конфигурацию зоны обнаружения над катушкой.)
Вихревые токи
Формирование вторичного электромагнитного поля
Каждый раз, когда в область обнаружения металлоискателя попадает металлический предмет, линии электромагнитного поля проникают в его поверхность. Это вызывает протекание внутри предмета небольших токов, называемых вихревыми токами, как показано на рисунке ниже:
Энергия, или электродвижущая сила, вызывающая протекание вихревых токов, исходит от самого электромагнитного поля. Возникающая в результате потеря энергии (она тратится на формирование вихревых токов) регистрируется внутренними схемами металлоискателя. Вихревые токи генерируют собственное электромагнитное поле, которое в некоторых случаях выходит в окружающее пространство.
Часть вторичного электромагнитного поля, пересекающая обмотку антенны приемника, вызывает появление в ней сигнала. Тем самым металлоискатель информирует оператора о наличии металлического объекта.
Искажения электромагнитного поля
Обнаружение непроводящего железного (железистого) минерала осуществляется иначе. Если содержащий железо минерал оказывается вблизи или внутри зоны обнаружения, происходит перераспределение линий электромагнитного поля, что иллюстрируется рисунком на странице 34. Перераспределение нарушает «балансировку» расположенных в катушке обмоток приемника и передатчика, тем самым в катушке приемника наводится сигнал. Внутренние схемы металлоискателя, на которые поступает этот сигнал, информируют оператора о наличии железистого минерала.
Реакция на железистые минералы – серьезная проблема как для производителей, так и для операторов металлоискателей. Разумеется, обнаружение таких минералов может только порадовать золотоискателей, потому что они ищут черные магнетитовые пески, которые указывают на наличие россыпей металла. С другой стороны, для поисковиков, занятых поиском монет, украшений, исторических реликвий и т. п., такие минералы – настоящая головная боль.
Диаграмма обнаружения
Электромагнитное поле «подсвечивает» любое вещество, в которое проникает. В почве находятся многие элементы и самые разнообразные сочетания минералов, железо, а также вода. Некоторые из них обнаруживаются металлоискателем, некоторые – нет. Предполагается, что присутствует и объект, поиск которого ведется.
В любой момент отклик металлоискателя обусловлен проводящими металлами, минералами и железистыми непроводящими минералами, подсвеченными электромагнитным полем. Один из критериев при разработке металлоискателей требует устранения отклика от нежелательных элементов, оставляя только сигнал от полезных объектов. Как именно выполняется такое селективное обнаружение (дискриминация) – зависит от конструкции металлоискателя.
Связь через электромагнитное поле
Связь означает проникновение электромагнитного поля в любой объект, находящийся рядом с антенной передатчика. Такие объекты, как дерево, пресная вода, воздух, стекло и некоторые неминеральные вещества почвы, обладают почти идеальной связью.
Однако когда электромагнитное поле пытается проникнуть в железистый минерал, соленую воду и некоторые другие вещества, связь подавляется. Такое подавление электромагнитного поля (показано на рисунке ниже) снижает обнаружительную способность металлоискателя:
Несмотря на то, что современные инструменты могут подавить эффекты от железосодержащих минералов, электромагнитное поле все равно подавляется (искажается), что вызывает снижение чувствительности металлоискателя.
Реакция на соленую воду
Соленая вода (влажная соль) вызывает искажения электромагнитного поля, потому что соленая вода – проводник. Для некоторых металлоискателей соленая вода выглядит металлом! К счастью, изготовители могут сконструировать металлоискатели, способные игнорировать соленую воду.
Глубина обнаружения
Насколько глубоко металлоискатель может обнаружить объект, зависит от множества факторов. Электромагнитное поле, создаваемое антенной передатчика, проникает в окружающую матрицу и наводит внутри проводящих предметов вихревые токи. Любой обнаруживаемый объект, который достаточно сильно искажает электромагнитное поле, регистрируется. Достаточны ли искажения для обнаружения – зависит от трех факторов: напряженности электромагнитного поля, размера объекта и площади его поверхности.
Напряженность электромагнитного поля
Насколько далеко простирается электромагнитное поле в окружающей среде? Теоретически – бесконечно далеко... но там оно будет крайне слабым! Уже на расстоянии нескольких футов от катушки напряженность электромагнитного поля сильно уменьшается. Напряженность падает из-за затухания (поглощения почвой, минералами и т. д.) и расстояния. С учетом всех факторов чувствительность металлоискателя на глубине в два метра может быть в несколько тысяч раз меньше, чем на глубине полметра. Теперь вы понимаете, почему глубина поиска для металлоискателей ограничена.
Размер объекта
Объекты можно определять лучше и на большей глубине просто из-за их размера. Более крупные объекты легче обнаружить, потому что они генерируют больше вихревых токов. Сигнал обнаружения от объекта, площадь поверхности которого вдвое больше, – вдвое сильнее, но это не означает, что он будет обнаружен на вдвое большем расстоянии. Аналогично, более крупный объект даст сигнал такой же амплитуды, что и более мелкий, на большем расстоянии от катушки. Размер играет важную роль для дискриминации объекта – важного параметра металлоискателя, который мы будем обсуждать далее в этой книге.
Обнаружение площади поверхности
Металлоискатели реагируют на поверхность. Они не являются детекторами объема (массы). Чем больше поверхность металла, на которую смотрит нижняя сторона катушки, тем лучше условия обнаружения такого объекта. Реальный объемили масса металла в объекте мало влияют на обнаружение.
Можете убедиться в этом сами.
Включите свой металлоискатель и настройте его на пороговую чувствительность. Рукой поднесите к нему монету так, чтобы ее плоскость смотрела на катушку. Отметьте, на каком расстоянии металлоискатель обнаружил монету. Пусть это будет, скажем, двадцать сантиметров.
Теперь отведите монету и поверните ее на 90 градусов – так, чтобы она была обращена к катушке ребром. Снова поднесите монету к металлоискателю. Вы увидите, что на расстоянии в 20 см монета не обнаруживается. На самом деле она сможет быть обнаружена лишь на расстоянии десяти сантиметров или даже меньше.
Еще один способ доказать обнаружение по величине площади поверхности – измерить расстояние, на котором может быть обнаружена одна монета. Затем под эту монету подложите еще несколько стопкой и снова измерьте расстояние, на котором будет обнаружена стопка монет. Вы увидите, что стопка монет обнаруживается лишь на немного большем расстоянии. Это иллюстрация того, что увеличение объема металла оказывает незначительное влияние на глубину обнаружения.
Обнаружение краевой зоной
Обнаружение краевой зоной – явление, понимание которого поможет вам находить объекты на глубине, максимальной для данного инструмента. Предположим, что зона обнаружения для монеты может достигать около 30 см, считая от катушки. Зона обнаружения для небольшой банки с монетами может простираться, предположим, до двух футов, как показано на рисунке приведенном выше. В пределах зоны обнаружения формируется сигнал, который опознается безошибочно.
А что происходит за пределами зоны обнаружения? Возможно ли обнаружение там? Да, но сигнал будет очень слабым, чтобы оператор смог его различить, за исключением краевой зоны вокруг внешней границы зоны обнаружения, как показано на рисунке ниже.
Если вы хотите слышать сигналы из краевой зоны, то хорошие наушники просто необходимы. Требуется развитие в себе способности различать едва слышимые отголоски звука, соответствующие краевой зоне. Мастерство в обнаружении краевой зоной можно выработать практикой, упражнениями и концентрацией внимания. Доведите способность работать по краевой зоне до совершенства, и вас ждут потрясающие открытия, мимо которых пройдут другие операторы. Способность различать сигналы краевой зоны означает более высокую эффективность металлоискателя и успех в поиске.
Золотые самородки и драгоценности, обнаруженные с помощью металлоискателей Garrett
Читать дальше:
История металлоискателей (от библейских времен до наших дней)
Металлоискатели в мире инвалидов
Как начиналось развитие металлоискателей
Чарльз Гарретт
"Металлоискатели. Как найти клад..."