Металлоискатель

Металлоиска́тель (металлодетектор, миноискатель) — электронный прибор, позволяющий обнаруживать металлические предметы в нейтральной или слабо-проводящей среде за счёт их проводимости. Металлоискатель обнаруживает металл в грунте, воде, стенах, в древесине, под одеждой и в багаже, в пищевых продуктах, в организме человека и животных и т. д. Благодаря развитию микроэлектроники современные металлоискатели являются компактными и надёжными приборами.

Металлоискатели относятся к обнаружителям — устройствам, предназначенным для точной локации скрытых предметов.^[1] Миноискатели используются для обнаружения мин в грунте, снегу, под водой на небольшой глубине. Миноискатели по принципу работы разделяются на индукционные (для мин с металлическими частями) и обнаруживающие неметаллические мины по их диэлектрической проницаемости.^[2] Для обнаружения подводных объектов используются искатели мин, работающие на гидроакустических, оптических, магнитных, электромагнитных, электрических или лазерных принципах.^[3]

Российский уголовный кодекс относит металлоискатели, радары, магнитные приборы и другие технические средства, позволяющие определить наличие археологических предметов в месте залегания к специальным техническим средствам поиска.^[4]

Стационарные и портативные (ручные) металлоискатели в рамках стандартизации в России относят к техническими средствами досмотра и используются для выявления металлических предметов, размещенных в одежде и на теле человека.^[5]

Физические принципы

О магнитах, противодействующих вооруженному врагу, которые устанавливались в воротах древнего города Гуанлина, упоминает ещё в конце V века Бао Чжао в своей «Оде о городе, заросшем сорняком» (кит. упр. 芜城赋)^[6].

Немецкий физик Хайнрих Вильхельм Дофе (нем. Heinrich Wilhelm Dove) изобрел^{[когда?]} систему индукционного баланса (импеданса), которая вошла в металлоискатель сто лет спустя.

Основа индукционного баланса — несколько катушек индуктивности, одна передающая и одна или две приёмные, образующие индуктивный датчик. Все катушки размещены в пространстве таким образом, чтобы сигнал с передающей катушки при отсутствии поблизости металлических предметов не наводился на приёмные (или наводился, но сигнал, наведённый в одной катушке, вычитался бы из сигнала другой катушки), то есть вся система была бы сбалансирована и сигнал на выходе был бы равен нулю. Если теперь поблизости от датчика появится металлический объект, то баланс нарушится и на выходе появится сигнал рассогласования, который можно будет усилить.^[7]

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.^[8]

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.

Виды металлоискателей

По принципу работы

Миноискатель ИМИ

Приборы типа «приём-передача». В основе их лежат две катушки индуктивности — приёмная и передающая, расположенные так, чтобы сигнал, излучаемый передающей катушкой, не просачивался в приёмную катушку. Когда вблизи прибора появляется металлический предмет, то сигнал передающей катушки переизлучается им во всех направлениях и попадает в приёмную катушку, усиливается и подаётся на блок индикации.
Достоинства: относительно простая схемотехника, широкие возможности для определения типа обнаруженного объекта.
Недостатки: сложность изготовления датчика, влияние минерализации грунта, относительно невысокая чувствительность.
Индукционные металлоискатели. Представляют собой разновидность приборов типа «приём-передача», однако в отличие от последних содержат не две, а только одну катушку, которая одновременно является и передающей и приёмной. Основной трудностью при создании подобных приборов является выделение весьма малого отражённого (наведённого) сигнала на фоне мощного передаваемого (излучаемого).
Достоинства: простота конструкции датчика.
Приборы — измерители частоты. В их основе лежит LC-генератор. При приближении металла к контуру его частота изменяется. Это изменение фиксируется различными методами:
- Смешивание частоты генератора с эталонной и измерение частоты биений.
- Подача сигнала с генератора на систему ФАПЧ и измерение напряжения в цепи обратной связи.
  Достоинства: простота конструкции датчика, простая схемотехника.
  Недостатки: худшие возможности дискриминации обнаруженных объектов, малая чувствительность.
Приборы, фиксирующие изменение добротности колебательного контура, входящего в состав LC-генератора. При приближении металлического предмета к катушке добротность контура уменьшается и амплитуда колебаний на выходе LC-генератора также уменьшается.
Достоинства: простота конструкции, малая потребляемая мощность.
Недостатки: низкая температурная стабильность.
Импульсные металлоискатели — принцип работы основан на возбуждении в зоне расположения металлического объекта импульсных вихревых токов и измерении вторичного электромагнитного поля, которое наводят эти токи. В данном случае, возбуждающий сигнал передается в катушку датчика не постоянно, а периодически, в виде импульсов. В проводящих объектах наводятся затухающие вихревые токи, которые возбуждают затухающее электромагнитное поле. Поле, в свою очередь, наводит в катушке датчика затухающий ток. Соответственно, в зависимости от проводящих свойств и размера объекта, сигнал меняет свою форму и длительность.
Достоинства: нечувствительность к минерализированному грунту, простота конструкции датчика.
Недостатки: повышенное потребление энергии, слабые возможности дискриминации.

В профессиональных металлоискателях могут совмещаться несколько способов обнаружения объектов.

По выполняемым задачам

Грунтовый металлоискатель — предназначен для поиска кладов, монет и ювелирных изделий, металлолома. Как правило, построен по индукционной технологии. Имеет множество настроек, DSP-процессор, дискриминатор металлов — специальную функцию для определения металла, из которого предположительно состоит объект в земле. Глубина обнаружения объектов от 20 см до 1 метра.
Военный металлоискатель (миноискатель) — предназначен для поиска преимущественно мин. Как правило, построен на принципе «приём-передача». Имеет минимум настроек. Глубина обнаружения мины от 20 см (советский миноискатель ИМП) до 1 метра (современные военные миноискатели ИМП-2).
Досмотровый металлоискатель — ручной металлоискатель предназначенный для служб безопасности. Служит для обнаружения на теле человека металлических предметов (пистолет, нож). Дальность обнаружения пистолета Макарова — до 25 см.
- Арочный (рамочный) металлоискатель — досмотровый металлоискатель, используемый для контроля больших потоков людей, например, в метро, на вокзалах. Представляют собой рамку, через которую проходит человек.
Глубинный металлоискатель — предназначен для поиска больших глубинных целей, таких как сундук с золотом. Имеет две разнесённые друг от друга катушки, либо одну большую рамку с катушкой. Основан на принципе «приём-передача». Отличительной особенностью данного вида металлоискателей является то, что он реагирует не только на металлы, но и на любые изменения в глубине грунта (переходы от одной почвы к другой, старые фундаменты зданий и т. д.). Глубина обнаружения объектов от 50 см до 3 метров.
Магнитометр — предназначен для поиска ферромагнитных предметов (например железо). Данный вид металлоискателей самый компактный и самый чувствительный, так как поисковая головка может поместиться на ладони. Также магнитометры могут применяться и для поиска золота, меди, алюминия… Но для этого нужен дополнительно возбудитель, который будет делать из неферромагнитных металлов, образно говоря, электромагниты.

Практическое применение

Досмотр пассажиров с помощью металлоискателей в аэропорту Владивостока

Первый патент на изобретение металлодетектора подал Жерар Фишер в 1910 году^[9]в США. Первоначально прибор разрабатывался для предотвращения воровства металлических деталей с заводов. Но, впоследствии, польза металлоискателей была замечена и в других отраслях, как промышленных, так и военных. Первоначально эти аппараты были чересчур велики и неудобны для массового использования, но в начале 60-х годов были разработаны более компактные модели.

Шотландский физик Александр Белл использовал металлоискатель, чтобы попытаться обнаружить место нахождения пули в груди американского президента Джеймса Гарфилда в 1881 году^[9], хотя эта попытка и была безуспешной, поскольку тело президента находилось на металлической кровати, что вводило металлоискатель в заблуждение.
В военном деле (см. миноискатель).
Нашли широкое применение при поиске кладов и реликвий.
При поиске метеоритов:

Группа искателей применила грунтовые и глубинные металлодетекторы и металлоискатели для поиска железного метеорита «Дронино». Экспедиции состоялась в 2007—2008 годах совместно с Лабораторией метеоритики ГЕОХИ РАН. Применение современной поисковой техники принесло положительные результаты. Из земли с глубины до 2-х метров на поверхность было извлечено более 200 килограмм метеоритного железа. Немногим ранее были опробованы металлодетекторы для поиска каменных метеоритов «Царев». Мельчайшие вкрапления металла в камне были замечены металлоискателем.
— Журнал «Палео Мир», 1, 2008. стр. 22

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).
Компания CEIA (Construzioni Elettroniche Industriali Automatismi), Италия — родоначальник и основной двигатель прогресса в разработке металлодекторов, была основана в 1968 году. В 2018 году компания отметила свою 50-ю годовщину успешной работы на рынке безопасности, поставив более 500 000 металлодетекторов по всему миру и завоевав доверие лучших специалистов.
В 1979 году она патентует первый проходной металлодетектор с блоком управления на микропроцессорной основе. В 1982 году впервые выпускает металлоискатель с антеннами колонного типа и винтообразными обмотками.
Компания «Garrett Metal Detectors» (США) на Олимпийских играх 1984 года впервые представила досмотровые арочные и ручные металлодетекторы. С тех пор детекторами для безопасности оснащают аэропорты США и многих других стран, в том числе и России.
В 1996 году CEIA патентует арочный металлодетектор с колоннами эллиптической формы. Это высокоэффективное устройство благодаря своему эстетичному и оригинальному внешнему виду может устанавливаться в государственных учреждениях высокого уровня и частных корпорациях, с непринуждённой легкостью вписываясь в окружающую обстановку и не нарушая её гармонии. Именно металлодетектор с антеннами эллиптической формы был выбран для обеспечения безопасности получившей широкую известность кампании «Jubilee 2000».
В 1997 году CEIA разрабатывает технологию для гуманитарного и военного разминирования по запросу нескольких международных агентств.
В 2002 году компания CEIA выбрана ООН как поставщик грунтовых металлодетекторов для программы разминирования в Афганистане.
Инженеры компании Nokia разработали^{[когда?]} мобильный телефон, Nokia №97 оснащенный возможностями металлоискателя. Устройство позволит владельцу обнаружить спрятанное оружие, определить место прохождения электрических кабелей или найти потерянные автомобильные ключи. В основе устройства лежат две катушки индуктивности, одна из которых выполняет функцию приемника, другая — передатчика. При появлении вблизи мобильного телефона какого-либо металлического предмета, сигнал катушки-передатчика отражается от него и попадает в приёмную катушку, после чего раздается звуковой сигнал^[10].

Основные производители

США

Турция

Nokta & Makro Metaldtectors

Украина

Франция

XP Metal Detectors

См. также

Примечания

↑ Обнаружители//Гидроакустическая энциклопедия. Под общ. ред. В.И. Тимошенко —Таганрог: Издательство ТРТУ, 1999.
↑ Миноискатель//Военно-морской словарь —М.: Военное издательство, 1990
↑ Искатель мин//Военно-морской словарь —М.: Военное издательство, 1990
↑ Статья 243_2. Незаконные поиск и (или) изъятие археологических предметов из мест залегания//Уголовный кодекс Российской Федерации (с изменениями на 10 июля 2023 года)
↑ ГОСТ Р 55249-2012 Воздушный транспорт. Аэропорты. Технические средства досмотра. Общие технические требования пп. 3.1.5, 3.1.6
↑ Примечания // Антология китайской поэзии (рус.) / Перевод с китайского под общей редакцией Го Мо-Жо и Н. Т. Федоренко. — М.: Государственное издательство художественной литературы, 1957. — Т. 1. — С. 413.
↑ Как работает индукционный миноискатель ИМП (неопр.). zpostbox.ru. Дата обращения: 8 декабря 2018. Архивировано 9 декабря 2018 года.
↑ "Как выбрать металлоискатель". 2018-05-16. Архивировано 14 ноября 2018. Дата обращения: 13 ноября 2018.
↑ ¹ ² Металлоискатель - история изобретения. История происхождения металлоискателя. (неопр.) kladoiskatel.net. Дата обращения: 8 июня 2022. Архивировано 18 февраля 2020 года.
↑ см. еженедельник New Scientist
↑ LORENZ Detecting Systems (неопр.). Дата обращения: 31 июля 2021. Архивировано 31 июля 2021 года.

Ссылки

[1] Обнаружители//Гидроакустическая энциклопедия. Под общ. ред. В.И. Тимошенко —Таганрог: Издательство ТРТУ, 1999.

[2] Миноискатель//Военно-морской словарь —М.: Военное издательство, 1990

[3] Искатель мин//Военно-морской словарь —М.: Военное издательство, 1990

[4] Статья 243_2. Незаконные поиск и (или) изъятие археологических предметов из мест залегания//Уголовный кодекс Российской Федерации (с изменениями на 10 июля 2023 года)

[5] ГОСТ Р 55249-2012 Воздушный транспорт. Аэропорты. Технические средства досмотра. Общие технические требования пп. 3.1.5, 3.1.6

[6] Примечания // Антология китайской поэзии (рус.) / Перевод с китайского под общей редакцией Го Мо-Жо и Н. Т. Федоренко. — М.: Государственное издательство художественной литературы, 1957. — Т. 1. — С. 413.

[7] Как работает индукционный миноискатель ИМП (неопр.). zpostbox.ru. Дата обращения: 8 декабря 2018. Архивировано 9 декабря 2018 года.

[8] "Как выбрать металлоискатель". 2018-05-16. Архивировано 14 ноября 2018. Дата обращения: 13 ноября 2018.

[:0-9] ¹ ² Металлоискатель - история изобретения. История происхождения металлоискателя. (неопр.) kladoiskatel.net. Дата обращения: 8 июня 2022. Архивировано 18 февраля 2020 года.

[10] см. еженедельник New Scientist

[11] LORENZ Detecting Systems (неопр.). Дата обращения: 31 июля 2021. Архивировано 31 июля 2021 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]