ТЕОРИЯ НА ИМПУЛСНИТЕ МЕТАЛДЕТЕКТОРИ

ИМПУЛСНИ МЕТАЛДЕТЕКТОРИ    
В последните 15 години силно нарастна упортебата на металдетектори тип ,,пулсиндакшън’’.Главната причина за това е тяхното значително усъвършенстване и отсраняване в значителна степен на многото ,,нервообразуващи’’ фактори при тяхната употреба.
        Точните данни относно годината на изобретяването на този принцип на работа и първият прототип импулсен металдетектор вероятно са в архивите на военните.През втората световна война сапиорите имат нужда от минотърсачи , стабилно работещи на всякакви терени.Простият и технологичен датчик-бобина с малко на брой на навивки и отличната чувствителност към железните мини дават ,,зелен светофар’’ за тяхното масово производство.Следва дълъг период на усъвършенстване –до 90 –те години на миналия век, когато австалийският физик Bruce Halkro Candy побликува няколко патента , в които детайлно ,, разнищва’’ работата на металдетекторите с импулсни полета.Появяват се няколко нови технологии-BBS, FBS, MPS , DVT.Търсачите на парчета самородно злато в Австралия, Африка и Аризона  оценяват безспорните предимства на новите технологии , продажбите на импулсни машини бързо нараства...                                                                          
              Принцип на работа –той е същият ,като този на радиолокаторите (в смисъл-има два периода, разделени във времето-излъчване на енергия, после-приемане на отразената от обектите енергия )-през търсещата бобина за кратко време протича ток, който създава мощно магнитно поле.Токът през бобината резко се изключва , и същата тази бобина запова да ,, слуша ‘’, т.е. тя изпълнява и функцията на приемна бобина.В последно време все повече се използват сонди тип DD, в които едната бобина е приемна, другата е предавателна .
Една от основните разлики от ,,конвенционалните’’ металдетектори- процесите на приемане и предаване са разделени във времето .Това води до :
- излъчената мощност при PI детекторите е десетки, дори хиляди пъти по-голяма
-усилването на приетите сигнали е значително по-високо
-консумираната от батериите енергия е много по-голяма
-стабилността на работа на всички видове почви , минерализирани камъни и крайбрежни пясъци ,солена вода е значително по-добра.
За да стане ясно защо PI детекторите ,,пробиват’’ с лекота абсолютно всички видове камъни и почви трябва да се изяснят някои понятия:
- активни загуби на средата-това е тази част от излъчената  енергия ,която се трансформира в топлина.
-реактивни загуби-това е тази част от енергията, която околната среда преизлъчва обратно в пространството.
-вихрови токове- токовете, които протичат в металните обекти и почвата ( почти всички видове почви провеждат електрическия тоk, стига да не са абсолютно сухи) .Причината за тези токове е магнитното поле, създавано от бобината..Вихровите токове са най-интензивни през времето на излъчване, след прекъсването на тока в бобината те бързо затихват.Различаваме 4 типа реакция на околната среда:
   1.Пълно отсъствие на загуби (активни и реактивни )- кокато сондата на металдетектора е във въздуха, далеч от всякакви предмети.По този начин се държат и чистият кварцов пясък, когато е сух, почти всички видове мрамор , варовик, някои видове скали и пясъчници .Това позволява на металдетекторите да постигнат максималните си възможности за дълбочина на откриване и дискриминация на метални предмети, но е много редко срещано.
    2.Наличие само на реактивни загуби-така се ,,държат’’ много видове скали –гранит , хематит, магнетит (въобще всички видове железна руда ) .Тези скали са обикновено с голяма плътност и се различават много лесно-с помощта на магнит.Колкото по-силно магнитът залепва за скалата, толкова по- силно тя преизлъчва променливото магнитно поле, създавано от металдетектора.Шлаката- отпадъчен продукт при добива на желязо, когато е суха, също има само реактивни загуби.
    3.Чисто активни загуби на енергия-най-яркият пример за това е морската вода и  плажа.Тъй като в морската вода има голяма концентрация на соли (особено натриев хлорид ) , тя провежда много добре електрическия ток.Напоеният с морска вода пясък или почва са много добри проводници и в тях съществуват само активни загуби .Ако обаче в пясъка има наличие на желязна руда ( черен пясък ), или други магнитни минерали , тогава имаме и активни , и реактивни загуби на енергия.
   4.Керамика- при изпичането  в пещите се промент магнитните  свойства  на глината под влиянието на високата температура.След като изстинат , тухлите, керемидите и керамичните съдове ,, запомнят ‘’ ориентацията на земното магнитно поле по време на изпичането.Ако вземете много мощен магнит –например ниобиев, от компютърен хард диск , ще забележите, че той по-силно или по-слабо залепва за керамиката, в зависимост от вида и изпичането и.Измерванията обаче показват , че в керамиката съществуват и реактивни, и активни загуби на енергия и всички типове металдетектори я  регистрират , като понякога тя дава много силен сигнал.
     Всички видове почви са съставени главно от ерозирали скали-вулканични и др., наслоен от милиони години космически прах и остатъци от органична материя..Проводимостта (активните загуби) на почвите варира в много широки граници в зависимост от техният състав и влажност. Реактивни загуби на почвите зависят само от техния състав , но обикновено са доста по-малки от тези на минерализираните камъни и керамиката.
  Когато правим настройката ,,елиминиране на почвеният ефект ‘’, почвата  е винаги между минерализираните камъни и керамиката , в смисъл ,че при въртенето на копчето ,,GROUND REJECT ‘’ настройката на почвата е в средата , отляво и отдясно са минерализираните  камъни и керамиката.                                              
        Нека сравним  двата най-разпространени типа металдетектори- пулсиндакшън и индукционен баланс , познат  още и под названието VLF-  много ниска честота .Теста се прави със сонди тип DD ( за да видим детайлно ,,какво става’’ и при пулсиндакшън по време на излъчването на енергия )  Измерванията на реакцията на средата (активни и реактивни загуби ) показват следното:                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          
      При системата VLF ( да напомним- металдетектора непрекъснато излъчва променливо магнитно поле, като отразената от обектите енергия  се приема непрекъснато, по време на самото излъчване ) забелязваме изключително силен сигнал (отразена енергия ) ,създаван от минерализираните камъни.Някои от тях –чиста железна руда  , направо претоварват металдетектора–сигналът е почти същия по сила, като от железен обект с аналогични размери.Керамиката е доста по ,,слаба’’, а най-слабите сигнали са от почвата.Именно тази отразена енергия е главният технически проблем , който ограничава дълбочината на откриване и е особено много редуцира дълбочината на дискриминация при  VLF  детекторите.
     PI  система- по време на излъчване нещата са практически същите, както при VLF.Не е така обаче  след рязкото прекъсване на тока в бобината- разликите са огромни !Веднага след прекъсването на тока започва приемането на отразената от околната среда енергия ,като този отрязък от време (не случайно в специализираната литература  пулсиндакшън системата принадлежи към Time domain metaldetectors-металдетектори от времевата област-при тях процесите се развиват във времето ) може условно да се раздели на 5 части, както следва:                                                                                         -----  1.-8 до 20 микросекунди след прекъсването на тока в бобината.Информацията от този период не се използва ,защото през това време върху бобината се развива много високо напрежение-обикновено над 200 волта , причинено от колабиращото магнитно поле.Веднага след приключването на този кратък преходен процес в бобината напрежението върху нея спада инзвъредно бързо-например на 15-тата микросекунда напрежението е 0,01 волт, на 17-тата микросекунда е 0,003 волта, 18-та- 0.001 , 20 та- 0,0005 волта и т.н.Общо взето  напрежението спада експоненциално, и при много добрите сонди (бобини ) е възможно да  започне да се ,,слуша ‘’  веднага след  15 –тата  микросекунда.                                                                                                                  ----------2.-от 15-та до около 30 –та микросекунда след прекъсване на тока в бобината.Главното ,което отличава този малък отрязък от време е, че тук сигналите  от най-проблемните минерализирани камъни практически затихват напълно-десетки, дори стотици пъти.Лошото е, че сигналите от малките парчета самородно  злато, малките златни и сребърни монети и повечето пръстени могат да се ,,хванат ‘’ само тук-след 35 до 40 микросекунди техните сигнали са стотици, хиляди пъти по-слаби ,отколкото при 15-тата микросекунда например.През този период сигнала от керамиката затихва само няколко пъти, практически същото е и с повечето видове почви- техните сигнали затихват много плавно ,и чак след около 300 микросекунди сигналите от почва и керамика са практически напълно затихнали. В този отрязък от време големоте по размери монети, обектите от немагнитни или благородни метали, както и досадното желязо затихват относително много по-бавно ,отколкото малките парчета самородно злато например.                                                                                                                        ---3.-30 до 90  микросекунди.Тук енергията от всички видове минерализирани камъни затихва  до пренебрежимо малки стойности, същото става и с почти всички монети и малки обекти (конкректно-по-малки от кибритена кутийка ) от немагнитни метали и сплави.Този времеви интервал е способен да докара ентусиастите и дори професионалистите-инженери, занимаващи се с разработка на нови модели металдетектори до пълно отчаяние.Практически всеки обект от немагнитен метал има своя ,, индивидуална ‘’ крива на затихване на сигнала, нещо повече-тази крива се променя, понякога значително , когато обекта  има друга ориентация спрямо сондата ! Тук определено е царството на хаоса-някои обекти затихват отначало по-бързо от почвата , след това става точно обратното...                                                                            – 4. 90 до около 250 микросекунди .Сигналите от всички видове минерализирани камъни и скали за затихнали напълно, керамиката в края на този период практически създава изключително слаб сигнал и не създава проблеми.Не така стоят нещата с почвата-някои видове почви затихват преди 90-тата микросекунда, други все още създават много слаб сигнал дори и 200 микросекунди след прекъсването на тока в бобината.Всичко зависи от състава и влажноста на почвата.Около 30-40 процента от обектите от немагнитни метали , големи приблизително колкото кибрит тук затихват напълно.В този период  сигналите са само от желязо и обекти от немагнитни метали, по-големи от кибрит.За съжаление това не важи за големи обекти от алуминии и чиста мед ! Меден котел с диаметър 30-40 см създава  десетки пъти по –слаб сигнал, отколкото консервена кутия с диаметър около 10 см .Дори и най-модерните модели пулсиндакшън не могат да ,,хванат ‘’алуминиев  рефлектор от лампа например по- дълбоко от около 80 см , при това рефлектора е с диаметър повече от метър !                                                                      - 5. 250  микросекунди след края на токовия импулс  сигнали има само от железни  обекти и от някои обекти от цветни метали , големи приблизително колкото бирена кутия –те са до около 400-600 микросекунди , но те затихват по-бързо от сигналите, създавани от всички видове железни обекти. Дори и при 1000 миккросекунди се наблюдават сигнали от някои железни обекти !                                                                       -  Като резюме може да се каже следното :                                                                             --  реакцията на околната среда ( почва, минерализирани камъни, керамика, морски плаж ) след прекъсване на токовия импулс е значително по-слаба , отколкото по време на излъчването на енергия .Или по-точно казано-ако по време на протичане на ток през бобината един минерализиран камък позициониран на 5 см от бобината създава сигнал със сила 1000 ( реактивни загуби ,преизлъчване на енергията ), то след прекъсване на тока сигнала от него е 1 .Ако по време на излъчване метален обект със същите размери като тези на камъка и отстоящ пак на 5 см от бобината създава сигнал 1000, то след прекъсване на тока сигнала от него е със сила 500. Именно от този пример личи огромното предимство на пулсиндакшън технологията при работа на проблемни терени. Дори и най-съвършената BBS технология направо ,,блокира’’ от страшното претоварване, което създава минерализият камък , защото при BBS ( както и при широкоразпространената  VLF например ) се обработват само сигналите по време на излъчването на енергия.                                                                                                              -колкото по-добре една почва провежда електрическият ток , толкова по-бавно затихват вихровите токове в нея . В  това отношение - работа на морският плаж (активни загуби на околната среда-трансформиране на излъчената енергия от бобината енергия в топлина ) PI технологията отново  няма съперник – валиден е горният пример.

Браво колега, много изчерпателно обяснение на двете технологии.

Много полезна статия може да намери място в новия брой на списание www.imperio.bg