Metaaldetector Techniek


De Werkingsprincipes

Tot mijn grote verbazing gaf de uitslag van de lezersenquête te zien dat er behoefte is aan meer artikelen over detectortechniek.
Dat was voor mij als technicus reden genoeg om maar eens in de pen te klimmen. Ik wil u trakteren op een korte reeks artikelen over metaaldetectors, het eerste artikel theoretisch, de volgende artikelen zoveel mogelijk praktijkgericht. Het theoretische gedeelte is beslist nodig om wat inzicht te verschaffen in het gedrag van een detector. In de volgende meer praktische artikelen zullen we de theorie zeker niet mijden als deze verduidelijkend kan werken. (Had u ook maar niet moeten zeuren over detectortechniek!).
Al met al zal ik proberen niet onnodig te verzanden in onleesbaar vakjargon... Allereerst gaan we het hebben over het werkingsprincipe van de moderne metaaldetector, de grondbalans, discriminatie en identificatie.

De voorgeschiedenis

Al lang geleden ontdekte men dat metalen invloed hadden op de werking van elektromagnetische spoelen. Sommige metalen "zuigen" als het ware magneetvelden naar zich toe, andere buigen ze juist af in andere richtingen. De zelfinductie (=de elektronische "waarde" van de spoel) wordt hierdoor beïnvloed. Het lag dan ook voor de hand dit fenomeen te gebruiken voor eenvoudige metaaldetectie. Omdat met deze techniek slechts zeer matige resultaten te boeken zijn, zullen we er hier verder niet op ingaan. We gaan meteen door met het volgende principe; pulsinductie. Pulsinductie gebruikt slechts één spoel. Deze spoel zendt vele malen per seconde een korte magnetische puls uit. Daardoor worden metalen voorwerpen in de omgeving magnetisch geladen. Als de puls stopt, zal het magnetisme dat door de voorwerpen is opgenomen weer worden afgegeven aan de omgeving. De detectorspoel vangt deze zwakke afgifte op en de elektronica maakt er een piepje van. Dit principe trekt zich zeer weinig aan van grondmineralisatie en zoutmineralisatie en is daardoor populair bij industrie- en onderwatertoepassingen. Nadeel: zeer beperkte discriminatie mogelijkheden.
schotels Een pulse inductie detector gebruikt een spoel,
deze wisselt heel snel tussen zenden en ontvangen



Een gewone detector gebruikt twee spoelen, één voor het zenden en één voor het ontvangen.



De vorm van de spoelen varieert per type

Het derde principe: de zend/ontvang detector. Het zend/ontvang principe gaat uit van minimaal twee spoelen. De één zendt een wisselend magneetveld uit en de ander ontvangt deze. De twee spoelen zijn dusdanig in de schotel geplaatst dat er minimale koppeling is tussen zendspoel en ontvangspoel. De ontvangspoel ontvangt tegelijkertijd evenveel positieve als negatieve krachtlijnen. Het resultaat is dus vrijwel nul. Komt nu een metaal in de buurt dan zal de balans tussen positieve en negatieve krachtlijnen worden verstoord. Met elektronica is dit om te zetten naar bruikbare signalering (piep). Het minimale signaaltje dat normaliter uit de ontvangspoel komt, heeft als groot voordeel dat de ontvang-elektronica erachter een extreem hoge gevoeligheid kan hebben, zonder dat ze zich "verslikt" in te grote signalen.
Onder andere hieraan dankt dit werkingsprincipe zijn hoge gevoeligheid. Aangezien de zend/ontvangdetectoren voor ons het meest bruikbaar zijn zullen we ons nu verder tot deze groep beperken. Vrijwel elke normale hobbydetector, digitaal of analoog, behoort tot deze groep. De goede gevoeligheid tezamen met de discriminatiemogelijkheden bieden prima mogelijkheden voor de amateur. Om precies te kunnen begrijpen wat de grondbalans en discriminatie doen, zullen we de werking nog wat nader moeten toelichten

Wat gebeurt er nu eigenlijk onder de zoekspoel?

Een voorwerp komt in het wisselend magneetveld van onze zoekspoel. Vele malen per seconde wordt de richting van het magnetisme omgepoold. Om het spel goed te snappen, bekijken we slechts één magnetisehe trilling.
sinus Een metaaldetector zendt heel snel achter elkaar magnetische velden uit. Dit gebeurt afhankelijk van het model tot duizenden keren per seconde. De sinus van hiernaast laat zes van die magnetische velden zien. Eén naar beneden gericht wordt opgevolgd door één naar boven gericht
rijksdaalder Een metalen voorwerp zal het magnetische veld dat het opvangt opslaan als magnetische energie.
rijksdaalder Als het magnetische veld van de detector tijdelijk even wegvalt (sinus beweging) dan zal het metalen voorwerp de extra energie kwijt willen. Er wordt door het voorwerp een magnetisch veld uitgezonden dat opgevangen wordt door de detector.
sinusverschillen Het teruggekregen veld wordt vergeleken met het verzonden veld. Aan de hand van de verschillen kan de detector bepalen wat er onder de schotel ligt.

Het voorwerp, wordt dus blootgesteld aan magnetisme.Hierdoor ontstaan twee fenomenen:
1 Elektrische stroom wordt in het voorwerp opgewekt.
2 Magnetisme wordt als magnetisme opgeslagen in het voorwerp.
Als nu de magnetische zendertrilling eindigt en tot nul reduceert, zal de in het voorwerp, "gepompte" energie weer worden afgegeven. Zowel de elektrische als de magnetische energie in het voorwerp, treden als magnetisme naar buiten en worden opgevangen door de ontvangspoel. De grap is nu dat elk voorwerp en materiaal zijn eigen verhouding heeft tussen de magnetische en elektrische component. Daardoor is de reactie op het magneetveld voor elk voorwerp anders. De ontvangen energie wordt vergeleken met het zendsignaal, en het faseverschil tussen zend- en ontvangsignaal is kenmerkend voor ons voorwerp. Dit faseverschil geldt overigens ook voor grondmineralisatie en hier gaan we de boel even lekker neppen! We maken in de detector opzettelijk een faseverschil dat omgekeerd evenredig is met het faseverschil van de bodem. In de detector heft het één het ander op en we krijgen dus geen reactie meer op de grondmineralisatie! Er is nu, sprake van "Grondbalans".
Soortgelijke nepperij wordt gebruikt om te kunnen discrimineren. De discriminatieknop bepaalt vanaf welk faseverschil het voorwerp hoorbaar wordt gemaakt.
Classic

In de identificatiedetectoren wordt het faseverschil ook nog gewoon gemeten en naar een wijzerplaat toegevoerd. Nu is het helaas zo dat DRIE factoren belangrijk zijn voor het op deze manier identificeren of discrimineren van een voorwerp:
1 het soort materiaal
2 de vorm van het voorwerp
3 de ligging van het voorwerp.

Om dit te demonstreren het volgende bekende experiment: Buig een ring van dik koperdraad (doorsnede 2 cm). Zorg dat de ring niet helemaal gesloten is, en beweeg het langs uw zoekspoel. Draai nu de discriminatie op tot de ring wordt gediscrimineerd. Buig nu de ring verder dicht zodat de uiteinden elkaar goed raken; de ring zal nu vlot door de discriminatie komen! (Mensen die geen koperdraad hebben kunnen natuurlijk ook gewoon hun trouwring doorknippen ... ) Om een goede indruk te krijgen van de eigenschappen van de grondbalans en discriminatie kijken we naar de volgende figuur. Lineaal
Bodemmineralisatie en vondsten zijn als het ware verdeeld over een lange lineaal. Links zien we de grondmineralisatie. Je moet nu de gele pijl zien als het scharnierpunt van een balansweegschaal. Alles wat rechts van de vertikale pijl zit, geeft in de detector een POSITIEVE uitslag. Alles wat links zit een NEGATIEVE. Deze verticale pijl kunnen we met de grondbalansknop verschuiven over de lineaal.
We kunnen dus met de grondbalansknop een punt opzoeken waar de grondmineralisatie zowel geen negatieve als geen positieve uitslag veroorzaakt. De weegschaal is nu precies in balans: grondbalans!

Grondontstoring Als er in de grond mineralen zitten zal het signaal van een metalen voorwerp gestoord worden door het magnetische veld dat de grond zelf terug geeft. Hierdoor is het moeilijk te bepalen wat er onder de schotel ligt.
sinus Om de grondontstoring te bepalen moeten we de detector boven de grond houden, zonder voorwerpen onder de schotel, zodat aleen de grond het magnetisch veld van de detector ontvangt.
sinus De grond zal een magnetisch veld terug geven. Nu kunnen we aan de hand van het signaal dat de detector geeft de grondbalans instellen. Bij de top modellen gebeurt dit automatisch.
Aan de hand van de grondbalansinstelling zal de detector het magnetisch veld van de grond wegfilteren uit het veld dat het ontvangt tijdens het zoeken, zodat het voorwerp duidelijk herkenbaar is.

Iets vergelijkbaars is nu te bedenken in het rechter (discriminatie) deel van de lineaal. Alles wat rechts van de blauwe pijl zit, geeft een hoorbare piep, alles wat links ervan zit wordt weggefilterd (gediscrimineerd). Ook hier kunnen we de verticale pijl verschuiven langs de lineaal, met behulp van de discriminatieknop. We bepalen hiermee wat wel en wat niet wordt gemeld door onze detector. Dit lineaalmodel zal nog diverse keren worden gebruikt om specifieke eigenschappen van een detector duidelijk te maken, en ook om te laten zien hoe onvolmaaktheden in de bediening roet in het eten kunnen gooien!

Discriminatie De vorm van het magnetisch veld dat een voorwerp terug geeft, wanneer het onder de schotel ligt is grofweg afhankelijk van drie factoren:
- materiaal
- vorm
- positie
Als de discriminatie aanstaat van een detector zal er bij elk signaal gekeken worden naar het magnetisch veld van het voorwerp. Als deze in het gebied valt dat gediscrimineerd moet worden zal er geen pieptoon gegeven worden. Valt het magnetisch veld buiten het gebied, dan zal de detector een signaal geven. Hieronder een voorbeeld
wel_signaal geen_signaal


Genoeg theorie voor nu. De volgende keren gaan we in op de specifieke eigenschappen die je bij de diverse detectoren aantreft. We gaan geen merken noemen; de lezer moet zelf bepalen welke detector zijn "ideale" detector is. lk vestig alleen de aandacht op zoveel mogelijk aspecten die een rol (kunnen) spelen bij de aanschaf van een detector. We zullen het o.a. hebben over de invloed van de zoekfrequentie, de werking en het nut van meerdere zoekschotels, over foute bediening, foute montage, foute zoektechniek...

Een ding moet mij echter nog van het hart: een klant meldde mij onlangs dat in een ander clubblad een artikeltje had gestaan over het zelf geschikt maken van je detector voor voeding door een grote accu. Hij stuurde mij een kopietje en ik heb dit verhaaltje met kippenvel en krullende tenen gelezen. Het was volkomen duidelijk dat de schrijver van het artikel ver boven zijn macht aan het knutselen was geweest. Ofschoon het ieders goed recht is om zijn detector als experimenteerdoos te gebruiken, wil ik hier ernstig voor waarschuwen. Een gouden regel is: doe alleen dingen die je echt snapt en waarvan je alle consequenties kunt overzien. Doe je dit niet, dat heb je of enorme mazzel nodig, of een dikke portemonnee. Mogelijk zal mijn kommentaar worden uitgelegd als broodnijd, maar ook je huisarts zal je beslist niet stimuleren om je eigen blindedarm te verwijderen.

Intussen kunt u mij altijd bellen voor suggesties of vragen.
Liefst tussen 19.00 en 21.00 uur. (druk, druk, druk!)
Wil Hofman,
Hofman Electronica V.O.F.
Wingerdstraat 6
6641 BN beuningen
Tel: 024-6774063


lijn