«Физический принцип действия металлоискателя»

  Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Средняя общеобразовательная школа №128

Проект на тему:

«Физический принцип действия металлоискателя»

Выполнил:

                                  Ученик 8 «А» класса

                                  Горшенин Никита Александрович

                                  Руководитель проекта:

                                 Буданова Ольга Евгеньевна

Самара

2022

Оглавление

Введение......................................................................................….........3

1. История возникновения металлоискателя.......................................5

2. Основные характеристики мателлоискателя....................................6

2.1 Виды металлоискателей....................................................................6

2.2 Область приминения металлоискателя............................................9

2.3 Строение металлоискателя..............................................................10

3. Физический принцип работы металлоискателя..............................12

3.1 Практическая часть..........................................................................14

Заключение.............................................................................................17

Список литературы................................................................................18

Приложение

Введение

Металлоискатель является незаменимым помощником в быту. Он пригодится не только при поиске «дедушкиного клада», спрятанного после революции в огороде, но и поможет найти в стене арматуру, скрытые гвозди и провода, а в огороде – зарытый металлический водопровод. Это облегчит ремонтные работы квартиры, дома или дачи. Металлоискатель для некоторых может стать первым путеводителем в чудесный мир нашей истории, застывшей под землёй в виде монет, украшений, кладов, военных реликвий. 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 металлоискатель. Однако чтобы лучше понимать, что именно делает металлоискатель, разобраться, как зависит глубина обнаружения целей от частоты работы металлоискателя, я решил провести исследование и понять физический принцип работы металлоискателя.

Цель проекта:

1. Провести опыт по обнаружению металлических предметов с целью выявления физического принципа действия металлоискателя.
2. Сделать сравнительный анализ как зависит глубина обнаружения целей от частоты работы металлоискателя.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

Задачи проекта:

1. Изучить историю возникновения металлоискателя;
2. Рассмотреть виды металлоискателей и определить область применения данного устройства;
3. Изучить принцип работы металлоискателя;
4. Выяснить физический принцип действия металлоискателя и как зависит глубина обнаружения целей от частоты работы металлоискателя.

Предмет исследования:

Металлоискатель модель gold hunter T90

1. История возникновения металлоискателя

В 20-е годы в США были разработаны приборы, обнаруживающие инструменты и готовые изделия, с целью предотвращения их выноса рабочими с заводов. Приборы назывались металлодетекторы (дословно - металлообнаружитель).

Металлодетекторами или, по-русски, "металлоискателями" заинтересовались также и военные. Во время Второй мировой войны быстро развивалась техника обнаружения металлов, и было разработано специальное оборудование для поиска мин.

После войны такие приборы дешево распродавалось в США, и многие люди быстро оценили возможности миноискателей при поиске различных металлов, в том числе и ценных.

Послевоенные металлоискатели работали на вакуумных лампах, поэтому они были громоздки и потребляли очень много энергии.

Лишь в середине 60-х годов были созданы малогабаритные, стабильные и чувствительные приборы, которые могли различать металлы и позволяли отстраиваться от влияния окружающей среды.

В конце 1960-х по заказу Министерства авиации СССР на заводе (в настоящее время ОАО «ТЗИА») была проведена разработка и начато производство металлодетекторов для досмотра авиапассажиров. С 1972 по 1990 год было выпущено 12 000 стационарных металлодетекторов (МИС, МИС-2, МИС-3, МИС-4).

С каждым годом расширяется область использования металлоискателей в самых различных сферах. [5, стр. 24-26]

2. Основные характеристики мателлоискателя

2.1 Виды металлоискателей

Металлоискатель - это электронный индукционный прибор, позволяющий обнаруживать металлические в нейтральной и слабовидящей среде (в грунте, воде, стенах, древесине и т.д). [3, стр. 5-8]

Приборы для поиска металлов делят на группы в соответствии с тем, где и для чего их применяют. Бывают грунтовые, арочные, ручные приборы. Прибор выбирают в зависимости от того, что и как нужно искать.

Виды металлодетектеров: 

- Арочный металлодетектор (рис.1) (бывает стационарным и мобильным): предназначен для обеспечения общественного порядка (сканирует людей).

Рис.1

- Компактный ручной металлодетектор (рис.2): используется для проверки людей и их ручной клади или багажа.

Рис.2

- Грунтовый (рис.3): предназначен для сканирования грунта на предмет наличия металлосодержащих предметов, сканирования стен зданий, для поиска мин и боеприпасов.      

Рис.3

Грунтовый металлодетектор (как самый популярный среди кладоискателей) в свою очередь можно разделить по бюджетной стоимости на три группы:

- Бюджетные модели: обладают минимумом регулировок и настроек. Используются новичками для обучения и для поиска любых металлических объектов.

- Средний класс: оборудуются электронным блоком с широким диапазоном настроек и продвинутых программ. Такие металлодетекторы приобретают уже продвинутые операторы, профессионалы и любители с целью поиска интересных предметов на глубине.

- Профессиональное оборудование: предназначается для использования в профессиональных целях, потому что набор функций компьютера может поразить воображение новичка и отпугнуть любителя. Цена на такие аппараты от 80000 рублей до бесконечности.

2.2 Область применения металлоискателя

 Существует масса разновидностей металлоискателей, корпус которых адаптирован под определенные условия работы. В различных модификациях данные приборы применяются в следующих областях [5, стр. 31-33]:

- Поиск металлолома, ювелирных изделий, монет, кладов в грунте;

- Досмотр людей для пропуска их на ответственные объекты. Этими металлоискателем пользуются службы безопасности для обнаружения металлических предметов на теле человека;

- Контроль качества пищевых продуктов на наличие в них металлической стружки;

- В медицине для поиска стальных протезов и штифов у больных прибывающих в бессознательном состоянии, перед исследованием в МРТ;

- В военном деле для обнаружения мин и скрытых боеприпасов.

2.3 Строение металлоискателя

В настоящее время существует множество различных видов металлоискателей: от больших и неподъемных, до сравнительно маленьких и едва заметных. На примере моего грунтового метеллоискателя модели gold hunter T90, рассмотрим его «архитектуру».

На рис. 4 изображена структура грунтового металлоискателя модели gold hunter T90.

Рис. 4

1. «Катушка». Данная часть прибора включает в себя две антенны (передатчик и приемник сигналов), конструктивно соединенные в одном корпусе. Обычно катушка представляет собой круглую или эллиптическую решетчатую конструкцию, выполненную из пластика. Сигнал от катушки к блоку управления прибора передается по кабелю, выполненному заодно с катушкой. На конце кабеля имеется резьбовой электрический соединитель для подключения к блоку управления.

2. Нижняя штанга. Штанга представляет собой полую пластиковую или металлическую трубку. Предназначена для фиксации поисковой катушки и позволяет регулировать угол наклона катушки для более точной проводки над землей.

3. Средняя штанга. Средняя штанга является промежуточным звеном между нижней штангой, на которой расположена поисковая катушка, и верхней штангой с блоком управления.

4. Верхняя штанга. Обычно имеет S-образную форму для удобства работы с прибором. На верхней штанге прибора обычно расположены - подлокотник, блок управления, рукоятка.

5. Подлокотник. Служит для упора локтя.

6. Блок управления. Блок управления предназначен для обработки поступающей от катушки информации, преобразования ее в удобный для пользователя вид, а также для настройки режимов прибора.

7. Рукоятка. Расположена на верхней штанге выполняется из пористого материала и служит для удобства удержания прибора пользователем.

3. Физический принцип работы металлоискателя

Различные модели металлоискателей работают на различных частотах. Это связано с физикой явления распространения электромагнитных волн. Так металлоискатели, работающие на низких частотах, могут находить предметы глубоко, но большого размера. При этом на поверхности земли они не в состоянии заметить металлические предметы. Если частота работы металлоискателя высокая, то приборы хорошо обнаруживают мелкие объекты, но не могут находить предметы в глубине почвы. Бывают модели с настраиваемой частотой. [3, стр.15]

Частота детектора — это количество раз, которое сигнал передается в землю и принимается обратно, за секунду (измеряется в Герцах-Гц). 1000 Гц = 1 кГц.

Пример частот металлоискателей по назначению:

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

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

В практике поисковых работ с использованием металлоискателя рабочие частоты первичного сигнала подбирают следующим образом рис.5:

- Низкочастотные радиоволны более чувствительны, по сравнению с высокими частотами - излучением к мишеням из металлов, обладающих высокой электрической проводимостью (золото, серебро, медь и их сплавы). Низкие частоты - сигналы глубоко проникают в землю, поэтому глубинные металлоискатели, способные выявлять металлические предметы на глубине до 4 метров, работают на частотах в пределах 2,5-6,6 кГц. При этом чувствительность прибора к мелким мишеням снижается.

- Высокочастотные радиоволны имеют повышенную чувствительность к металлическим целям с низкой электропроводностью, изготовленным из алюминия, никеля и т.п., однако проникающая способность высокие частоты - излучения в почву довольно низкая. Зато высокие частоты способны обнаруживать мелкие мишени размерами до 1 мм.

- Излучение среднечастотного интервала представляет собой своеобразный компромисс между vlf (СВЧ-сверх высокие частоты) и hf (ВЧ-высокие частоты) сигналами и считается подходящим для поиска находок любого типа.

Рис.5

3.1 Практическая часть

 Просмотрев множество видеороликов про кладоискателей и видеоблогеров - копателей, я решил провести исследование на примере своего металлоискателя модели Gold Hunter T90 и изучить, как зависит глубина обнаружения целей от частоты работы металлоискателя, то есть частоты на которой осуществляется поиск.

Изучив характеристики (Рис.6) я выяснил, что мой металлоискатель может работать на различных частотах: 3 кГц, 7,5 кГц и 18,75 кГц.

1. Частота 3кГц - низкая частота. Данная частота больше подходит для поиска крупных целей на большей глубине, и монет с высокой проводимостью (например монеты США).
2. Частота 7,5 кГц - стандарная частота. Данная частота может проникать глубоко в землю, и она является наиболее подходящей для поиска общих целей. (для всех типов металла).
3. Частота 18,75 кГц - высокая частота. Данная частота больше подходит для поиска небольших целей у поверхности, золотых самородков и целей с низкой проводимостью (чеканных монет, небольших украшений).

Рис. 6

В таблице 1 можно увидеть, как рабочая частота влияет на глубину поиска металлоискателя.

Таблица 1.

С частотой 3 кГц можно найти только крупные металлические предметы (трубы, шестеренки, большие монеты), которые находятся под землёй. Данная частота подходит для глубинного поиска целей. Монеты или другие металлические приборы не обнаружит.

Частота 7,5 кГц является более универсальной, она подходит как для поиска мелких целей, так и крупных предметов не зависимо от глубины. В данном случае глубина обнаружения увеличивается с падением частоты. Идеально подходит для поиска монет.

С частотой 18,25 кГц можно проводить серьёзные поисковые операции на меньшей глубине. Такую частоту можно использовать при поиске мелких монет и украшений. Чем выше частота, тем ниже глубина обнаружения.

На основании данной таблицы и моих наблюдей можно сделать вывод. Чем ниже частота, тем выше глубина обнаружения. Данная теория подходит для крупных целей и кладов. А для тех, кто ищет металл и золотые украшения подойдет теория, чем выше частота, тем ниже глубина обнаружения.

Так же нельзя утверждать, что от увеличения частоты, увеличивается глубина или от увеличения частоты падает глубина, всё зависит от того какую цель мы хотим найти. Под каждую цель обнаружения необходимо выбрать определенную частоту.

Заключение

В рамках данного проекта была поставлена цель ознакомиться с теоретическими сведениями, характеристиками, описаниями, классификациями и функциями металлоискателя, выяснить физический принцип действия металлоискателя и как зависит глубина обнаружения целей от частоты работы металлоискателя. Данная цель достигнута.

Выполненная практическая работа способствовала получению навыков работы при выборе необходимой частоты для обнаружения конкретных целей.

Список  литературы

1. ГОСТ Р 53705-2009 Системы безопасности комплексные. Металлообнаружители стационарные для помещений.
2. Дьяконов В.Н., Малышенко Ю.В. Теория и практика применения технических средств таможенного контроля. Учебное пособие / под ред. Ю.В. Малышенко. Владивосток: ВФ РТА, 2004, - 352 с.
3. Дубровский С.Л. - Как собрать металлоискатели своими руками, 2010г.
4. Корякин-Черняк С.Л., Семьян А.П. Металлоискатели своими руками.: НиТ, 2009 г.
5. Чарльз Гаррет. Металлоискатели. Как найти клад..., пер. С англ.- М.: ООО «РЕЙКОМ ГРУПП», 2013 - 364 с.
6. Щербаков Г.Н. Обнаружение скрытых объектов - для гуманитарного разминирования, криминалистики, археологии, строительства и борьбы с терроризмом. - М.: Арбат-Информ, 2004 г.
7. Металлоискатель — Википедия (wikipedia.org)

Приложение

Арочный металлодетектор

Ручной металлоискатель

Грунтовый металлоискатель