Un détecteur de métaux est un dispositif permettant de localiser les pièces métalliques cachées , les pipelines et les conducteurs électriques sur terre et sous l'eau.

Histoire et développement

A partir de 1870 on a commencé à développer des dispositifs pour la localisation des métaux. Des avantages ont été promis, notamment dans le secteur minier. Le physicien Heinrich Wilhelm Dove a inventé le système de balance à induction au 19ème siècle, qui a été utilisé dans les détecteurs de métaux cent ans plus tard comme premier système pour détecteurs de métaux. Les premiers appareils nécessitaient beaucoup d'énergie par batterie et ne fonctionnaient que dans une mesure très limitée. Alexander Graham Bell a tenté d'utiliser un tel appareil pour trouver une balle dans la poitrine du président américain James A. Garfield en 1881. La tentative a échoué, apparemment parce que les ressorts hélicoïdaux métalliques du lit ont interféré.

Le développement moderne des détecteurs de métaux a commencé dans les années 1930. Le technicien Gerhard Fischer a reconnu que les ondes radio étaient perturbées ou déviées par de la roche et des pièces métalliques contenant du minerai. À l'inverse, il devrait être possible de localiser le métal à l'aide d'ondes à haute fréquence. En 1937, il a acquis le premier brevet pour un détecteur de métaux.

Józef Stanisław Kosacki, un officier polonais en poste à St Andrews , en Écosse, dans les premières années de la Seconde Guerre mondiale, a réussi à développer des équipements plus légers et plus puissants. Cependant, ces appareils fonctionnaient également avec des tubes électroniques et avaient donc des batteries séparées grandes et lourdes. Néanmoins, l'appareil a été très réussi et répandu, par exemple il a été utilisé pour la première fois pour rechercher des mines à grande échelle. Les fabricants de nouveaux appareils ont apporté de nouvelles idées sur le marché, par exemple, White's Electronics of Oregon a commencé à développer le compteur Oremaster Geiger dans les années 1950 . Un autre inventeur de la technologie des détecteurs était Charles Garrettqui a développé le BFO (Beat Frequency Oscillator), c'est-à-dire le battement audio-fréquence entre deux oscillateurs LC , dont l'un est désaccordé par le métal.  Avec l'invention et le développement du transistor dans les années 1950 et 1960, il était possible de développer des dispositifs toujours plus petits et plus légers avec des circuits améliorés et des batteries plus petites.

Le système d'équilibrage à induction a apporté le plus grand développement technique. Ce système se composait de deux disques conductrices de courant alternatif, dont les inductances étaient équilibrées. Dès que le métal se rapproche, ils se déséquilibrent, cela permet même de distinguer les métaux les uns des autres, car chaque métal entraîne un déphasage différent.

Le système d'équilibrage à induction d'origine se composait de deux bobines identiques disposées l'une au-dessus de l'autre. Compass Electronics a produit un nouveau design: les deux bobines ont été amenées en forme de D et placées l'une à côté de l'autre avec les sections droites. Ce système a été utilisé dans les années 1970. La fréquence pourrait être ajustée afin de bloquer l'influence perturbatrice des sols ferreux en particulier.

Des dispositifs à induction d'impulsions ont été créés en même temps. Contrairement au principe de battement ou au système d'équilibrage à induction, les dispositifs à induction d'impulsions envoient des impulsions magnétiques dans le sol. Une fois qu'une impulsion a été envoyée, le temps qui s'écoule jusqu'à ce que l'impulsion se soit calmée est mesuré. Le temps de décroissance augmente en raison des courants de Foucault qui se produisent dans le métal présent. Les appareils sont moins sensibles à la nature du sol et atteignent de grandes profondeurs.

Constitution et fonctionnement de base

Les détecteurs de métaux sont constitués d'un circuit électronique principalement alimenté par batterie et d'une bobine de recherche à travers laquelle circule un courant alternatif à basse fréquence et dont le champ magnétique doit atteindre le plus loin possible. La forme de la bobine est soit plate (forme plaque ou anneau, double-D sans noyau), soit étirée (disque cylindrique).

Les formes plates sont utilisées pour rechercher des personnes ou des surfaces au sol, tandis que les formes allongées sont utilisées pour localiser des objets dans des cavités telles que des trous de forage ou des crevasses rocheuses.

L'électronique et le disque sont reliées l'une à l'autre au moyen d'un câble et sont généralement montées sur une tige avec des accoudoirs.

Fonctionnement

Fondamentalement, les détecteurs de métaux peuvent être subdivisés en fonction de la méthode de mesure sous-jacente:

• Mesure d'impulsion ( mode d'impulsion anglais ): Ici, les impulsions d'un champ magnétique sont périodiquement transmises via la bobine de l'émetteur . Ceux-ci génèrent des courants de Foucault dans les objets métalliques à proximité du disque. Les courants de Foucault provoquent à leur tour un changement de signal dans la bobine de réception, qui peut être mesuré en tant que tension immédiatement après la coupure de l'impulsion de transmission. En fonction de l'évolution du temps et de la durée de ces réponses par courants de Foucault aux impulsions et aux séquences d'impulsions de différentes longueurs, des conclusions peuvent être tirées sur différents métaux et la taille des objets métalliques. L'évaluation du signal a lieu dans le domaine temporel .
• Excitation en courant alternatif ou onde continue anglaise ou mode CW : Ici, un courant alternatif continu est généré dans un disque émetteur. Il existe 2 procédures:
  • Analyse d'atténuation: champ de transmission dans la gamme de fréquences de quelque 10 kHz. Le signal reçu est analysé en termes d'amplitude et de position de phase dans le disque de réception . Le principe de transmission est un système à couplage magnétique, similaire à un transformateur . À travers des objets métalliques, mais aussi à travers des liquides électriquement conducteurs ( électrolytes), il y a un changement de l'amplitude reçue et de la position de phase par rapport au signal émis. Ces deux paramètres indépendants permettent de distinguer différents matériaux et objets métalliques. En outre, en utilisant différentes fréquences de transmission, qui peuvent également être transmises en même temps, une classification supplémentaire des objets de recherche peut avoir lieu.
  • De nombreux appareils (artisanaux et de loisirs) n'ont qu'un seul disque de recherche et fonctionnent dans le domaine spectral . le disque fait partie d'un oscillateur LC et a une fréquence de résonance naturelle de quelque 100 kHz. Les changements de fréquence résultant du déplacement de champ et / ou de la perméabilité des objets métalliques à rechercher sont rendus audibles sous forme de battements au casque par comparaison avec un oscillateur de référence . Le déplacement de champ augmentant la fréquence et la perméabilité réduisant la fréquence peuvent s'annuler, de sorte que des parties en fer d'une certaine forme ne peuvent pas être trouvées.

Les différentes réponses aux signaux avec différents métaux et substances et la possibilité de détection sont liées à leurs constantes matérielles. Les principaux facteurs influençant la différenciation sont la perméabilité magnétique et la conductivité électrique . En termes de ces constantes, les non-métaux diffèrent considérablement des métaux. La mobilité des porteurs de charge est également importante.

Le changement de signal est évalué électroniquement dans toutes les méthodes de mesure et rendu visible sur une échelle optique (par exemple diverses LED ) ou rendu audible par un émetteur de signal acoustique au-dessus d'une certaine valeur seuil. Avec les détecteurs de métaux utilisés industriellement, par exemple dans l' industrie alimentaire pour l'assurance qualité et la prévention des éclats de métal dans les aliments, l'évaluation du signal est utilisée pour le contrôle automatique de l'usine de production.

Application

Les détecteurs de métaux ont de nombreux domaines d'application:

• Dans les loisirs de prospection, la détection de loisir avec un détecteur de métaux se pratique essentiellement pour retrouver des objets perdus et faire de la dépollution métallique des sols.
• Dans les aéroports et autres zones sensibles pour le contrôle d'identité.
• Pour trouver la position des lignes métalliques et des tuyaux dans le sol et les murs.
• Dans l'industrie alimentaire et pharmaceutique pour trouver des éclats de métal dans les produits.
• Pendant la chasse au trésor pour trouver des objets métalliques tels que des pièces de monnaie, des bijoux, etc. (voir aussi les utilisateurs de la sonde )
• En archéologie , le détecteur de métaux fournit des services précieux pour l'orientation initiale sur les sites de fouilles des époques métallifères, la planification à grande échelle (prospection) et le sauvetage de monuments sur les grands chantiers (sauvetage d'urgence). Cependant, leur utilisation correcte exige le plus haut niveau de discipline, de sorte que les situations dans lesquelles ils ont été retrouvés ne soient pas détruites prématurément sans documentation. En raison de ce risque, de nombreux archéologues sont sceptiques quant à l'utilisation du détecteur de métaux dans les fouilles. Il existe pour cela plusieurs types de détecteur de métaux différents pour différents types de cibles.
• Lors de l'élimination des munitions pour traquer les mines terrestres , les ratés, les munitions, etc.
• Dans le domaine de la protection des machines: Examen des troncs d'arbres avant sciage ou des granulés plastiques avant traitement dans l'extrudeuse ainsi que lors de la fabrication de la toison et du film.

Les détecteurs de proximité inductifs fonctionnent sur le même principe que les détecteurs de métaux, mais sont relativement petits et ont donc de courtes distances de commutation . Ils sont utilisés dans la technologie d'automatisation pour la détermination de la position et comme interrupteurs de fin de course.