«Metal detecting» дослівно - «виявлення металу», далі просто «пошук») - одне з найбільш цікавих, і може бути, одне з найбільш вигідних хобі, в які ви будете коли-небудь залучені. Саме хобі складається з багатьох різних розділів загального терміна «Treasure Hunting» (дослівно - «полювання за скарбами», або просто «шукання скарбів»).
При пошуку знахідок, грунт завжди буде впливати на вхідний сигнал котушки приймача. Це виражається в 2-х «шкідливих» ефекти; - ослаблення зондуючого сигналу металошукача і відгуку від мети, сигналу від землі (шум).
На щастя, фазовий зсув сигналу від грунту залишається досить постійним в межах певної площі поверхні Землі, а зміни фази сигналу, викликані присутністю металевої мети - маленькі і короткочасні. З цього металошукачів необхідні цифрові електронні схеми, щоб виявити і відфільтрувати ці короткочасні зміни, на тлі потужного але постійного сигналу від грунту (шуму).
Грунтовий металошукач мають засіб компенсації та усунення «шкідливих» ефектів землі - функцію настройки на грунт (Ground Balance). Щоб видалити помилкові сигнали, як правило, потрібно регулювати чутливість в сторону зменшення. Параметр, безпосередньо пов'язаний з чутливістю - глибина виявлення. При пошуку завжди бажано виявляти знахідки глибоко під землею. Хороша відбудова від землі так само робить можливим визначити з великою точністю, як розташування об'єкта, так і оцінити глибину його залягання.
У сучасних металошукачів, в залежності від способів настройки і методів обробки сигналів, функцію компенсації ефекту грунту можна розділити на 3 типи:
- Автоматична (попередньо встановлена) регулювання балансу грунту.
- Автоматична, з можливістю ручного регулювання балансу грунту.
- Автоматично стежить регулювання балансу грунту.
Області, виділені на малюнку різним тоном, показують ступінь мінералізації грунту. Над ламаної - обстежений шар землі, під нею обсяг, яка не обстежений належним чином - білим кольором.
Ручна відбудова від землі виглядає так: оператор піднімає і опускає пошукове кільце металошукача, обертаючи ручку настройки і домагаючись зникнення звукового сигналу або показань візуального індикатора. Хоча цей метод ефективний, він може здатися утомливих, а для деяких користувачів і досить складним. Він не є продуктивним для пошуку на великих площах, тому що вимагає візуально визначити зміни в складі грунту, а часта настройка балансу грунту забирає багато часу.
Виділені на малюнку різним тоном області показують зони різного ступеня мінералізації грунту. Над ламаної - обстежений шар землі, під нею обсяг, яка не обстежений належним чином - білим кольором.
Грунтові металошукачі типу TR VLF ( «приймач - передавач» з врівноваженою індукції на низькій частоті), стали самими масовими приладами для загального використання в аматорській археології. У цих приладах зазвичай використовується робоча частота від 6 до20кГц-нижче не можна з технологічних міркувань. У пошуковому датчику у них розташовано дві котушки. Одна з яких, «передавач» випромінює змінне магнітне поле, а інша «приймач» приймає сигнал від мети. У приймальній котушці датчика металошукача випромінюється поле врівноважено і на її виході немає ніякого електричного сигналу.
Насправді в приймальній котушці є залишковий сигнал, обумовлений не ідеально конструкції. Металеві предмети, які наближаються до котушок, змінюють конфігурацію поля і в результаті - на виході приймальної котушки з'являється корисний сигнал. Цей сигнал обробляється в приладі і за допомогою індикації інформує оператора про знахідку. Сучасні комп'ютерні металошукачі, які використовують цей тип роботи, мають потужну електроніку, обробну сигнал і дає оператору масу додаткової інформації: відносну питому провідність металу, глибину залягання, і т.д. Глибина виявлення металошукача залежить, в першу чергу від його датчика.
Конструкція пошукового датчика
В даний час найбільш часто використовуються конструкції з «точковим» захопленням. Приймальна котушка розташована всередині передавальної (рис.1в) їх осі збігаються. Таке концентричне розташування котушок ще називають компланарності. Наводиться випромінює в приймальній котушці ЕРС компенсується спеціальним трансформаторних пристроєм, відбирає частину сигналу випромінює котушки. Схема датчиків з еліптичними котушками представлена на мал.1а. Форма і взаємне розташування котушок вибрано таким, щоб сумарний потік вектора магнітної індукції через поверхню, обмежену приймальні котушкою, дорівнював нулю.
Круглий датчик O10 '' (25см)
Еліптичний 6''Х 10 '' (15Х25см)
Діаграми спрямованості пошукових котушок
Глибина виявлення металошукачем залежить від діаметра його датчика вірніше від площі котушок, розмірів проводить об'єкта, його провідності, від розташування об'єкта та його форми, від частоти випромінюваного поля. Для простоти будемо вважати, що магнітне поле по всьому об'єму проводить об'єкта однорідно, тобто він був знищений на значну відстань від випромінюючої котушки. Щоб не виникало проблем з орієнтацією об'єкта, проведемо тести з монетою 5 коп СРСР, площина якої, паралельна площині котушки. На практиці це означало, порівняння глибини виявлення 5 коп СРСР; - перше за допомогою металошукача з круглим датчиком 10 дюймів (25 см) і друге - з еліптичних габаритними розмірами 6 Х 10 дюймів (15Х25см). Максимальної глибина виявлення монети і в першому і в другому випадку виявилася приблизно однаковою і рівною 25см.
На рис.2 приведена діаграма спрямованості датчика з еліптичної котушкою, а на рис.3 - з круглими концентричними котушками. Наведені діаграми спрямованості котушок, різні за формою і площі підстави в залежності від типу датчика - коло для котушки з «точковим» захопленням і еліпс для котушки з «широким» захопленням. У підстави еліпсоїда довжина великої півосі, дорівнює радіусу кола.
Це поверхні 2-го порядку, які обмежують максимальний обсяг під котушкою металошукача, де можна отримати сигнал від мети - монети. Сигнал від мети розташованої на будь-якій точці цієї поверхні має одну й ту ж саму силу і відсутній за межами обсягу обмеженого поверхнею. Силові лінії індукції магнітного поля передавальної котушки йдуть перпендикулярно до цих поверхонь в будь-якій точці. Область максимальної глибини виявлення монети виділена на малюнках 3 і 2, синім кольором по осі Z в вершині поверхонь. Перетин площиною ZOY діаграми спрямованості датчика з еліптичної котушкою на рис.2 дає еліпс, а діаграми з круглими концентричними котушками - криву 2 го порядку параболу.
На малюнку 5, показані ці фігури, по осі Z вказана глибина, що видається приладом, коли монета знаходиться під котушкою, а Y - це відстань від монети до осі через центр котушки. Зона виявлення під кільцем являє собою площу фігуру з віссю в центрі котушки і вершиною спрямованої в землю і обмежену параболою (в разі котушки з «точковим» захопленням) або еліпсом (еліптична котушка).
Перший висновок полягає в тому, що глибина виявлення під котушкою різна, вниз у країв котушки мінімальна, а в центрі на осі котушки максимальна.
Другий висновок - за один помах при скануванні ви не покриваєте весь обсяг ґрунту під котушками.
Розглядати обстежених площа в пошуку, буде не зовсім справедливо. Правильно буде розглядати обстежений обсяг грунту. Частку% обстеженого обсягу від максимальної можна отримати, якщо обчислити і порівняти площу фігур на малюнку 5-параболи і еліпса з прямокутником розміром 25х25см. За один помах під котушкою покривається 100% площі, але перевіряється тільки 67% від максимально можливого обсягу грунту в разі використання котушки з «точковим» захопленням і 80% з «широким». (Результати по% часток обстеженого обсягу отримані після обчислення і порівняння площ відповідних фігур на рис 5; - прямокутника 25х25см., Параболи і еліпса)
Який датчик краще, еліптичний або круглий з «точковим» захопленням?
Працюючи з котушкою, що має «точковий» захоплення необхідно особливо стежити за щільністю сканування, кожний наступний помах котушкою повинен не більше ніж на полдіаметра перекривати попередню траєкторію. Тільки застосувавши 50% перекриття попереднього проходу можна збільшити% частки обстеженого обсягу грунту під котушкою до прийнятного, в іншому випадку пропуски цілей неминучі, особливо на граничній глибині виявлення (рис 6.). Переривчаста пряма на рис 5. показує глибину, на якій при використанні 50% перекриття, забезпечується 100% дослідження обсягу грунту під пройденої площею.
За точністю визначення місцеположення цілі котушки з «точковим» захопленням краще, так як мають меншу кількість зон нечутливості по крену і напрямку сканування. Такі котушки хороші при роботі на сильно засмічених ділянках, ними легше і швидше встановити точне місце залягання знахідки. Котушки з «широким» захопленням не мають точкової спрямованості, встановити точне місце мети важче - для розкопок доводиться рити більший розмір ямки.
Проаналізувавши селективність металошукача, тобто його здатність розрізняти об'єкти, виготовлені з різних металів або сплавів, то котушки з «широким» захопленням володіють тенденцією приймати фальшиві сигнали від залізних предметів, які знаходяться на околицях діаграми спрямованості. Основна складність так само полягає в найменші зміни величини сигналів при скануванні, особливо від механічних деформацій елементів еліптичних котушок або через крен самої котушки над землею, що теж призводить до невірних показаннями або помилкових спрацьовувань приладу.
За вартістю - датчики з круглими концентричними котушками коштують дешевше в середньому на 15-20%, ніж еліптичні з таким же найбільшим діаметром.