Wykrywacz metalu nie szuka po prostu rzeczy przyciąganych przez magnes
Wykrywacz metalu może reagować na miedź, aluminium czy inne przewodniki, które nie przyklejają się do magnesu. Cewka nadajnika wytwarza zmienne pole magnetyczne, a ono indukuje prądy wirowe w pobliskim przewodzącym przedmiocie. Prądy tworzą własne pole, które zmienia sygnał odbierany przez układ detektora. Urządzenie analizuje tę wtórną odpowiedź elektromagnetyczną. Ferromagnetyzm może dodatkowo wpływać na sygnał, ale nie jest warunkiem wykrycia. Dlatego nazwa „wykrywacz metalu” jest trafniejsza niż wyobrażenie go sobie jako bardzo czułego magnesu.
Cewka tworzy zmienne pole
Podstawowy detektor zawiera jedną lub więcej cewek zasilanych zmiennym prądem. Pole wokół cewki również zmienia się w czasie. Jeśli w zasięgu nie ma przewodzącego przedmiotu, układ odbiorczy ma określoną odpowiedź bazową. Zbliżenie metalu zmienia warunki, ponieważ pole elektryczne związane ze zmiennym strumieniem może wprawić swobodne nośniki ładunku w ruch.
Przedmiot staje się wtórnym źródłem pola
W przewodniku pojawiają się prądy wirowe. Ich rozkład zależy od kształtu, przewodnictwa, częstotliwości oraz orientacji obiektu. Każda pętla prądu wytwarza własne pole magnetyczne, więc zakopana moneta zaczyna działać jak słabe wtórne źródło sygnału. Detektor nie musi widzieć ani dotykać przedmiotu — mierzy zmianę elektromagnetyczną w przestrzeni.
Dlaczego miedź i aluminium są wykrywalne
Miedź i aluminium nie są silnymi ferromagnetykami, ale dobrze przewodzą. Dzięki temu zmienne pole może wywoływać w nich znaczące prądy. To dokładnie ten sam powód, dla którego poruszający się magnes jest hamowany przez miedzianą rurę. W wykrywaczu sytuacja jest odwrócona: to elektronika celowo generuje zmienne pole, a następnie szuka odpowiedzi przewodnika.
Ferromagnetyki dodają własną komplikację
Żelazo i stal nie tylko przewodzą prąd, lecz również silnie zmieniają pole przez swoją dużą przenikalność i możliwe namagnesowanie. Ich sygnał może więc różnić się fazą i charakterem od sygnału dobrego niemagnetycznego przewodnika. Zaawansowane detektory wykorzystują takie różnice do częściowej klasyfikacji obiektów, choć wynik zależy od wielu parametrów i nie jest laboratoryjną analizą składu.
Głębokość wykrycia nie jest jedną stałą
Zasięg zależy od wielkości i kształtu celu, jego orientacji, przewodnictwa, częstotliwości pracy, rozmiaru cewki, mineralizacji gruntu i zakłóceń elektromagnetycznych. Duży metalowy obiekt można wykryć głębiej niż małą monetę. Dlatego reklamowa liczba opisująca „maksymalną głębokość” bez podania rodzaju celu i warunków nie jest uniwersalnym parametrem fizycznym.
Dlaczego urządzenie może odróżniać cele
Prądy indukowane nie reagują natychmiast i identycznie w każdym materiale. Oporność oraz indukcyjność skutecznych pętli wpływają na przesunięcie fazowe i tempo zaniku odpowiedzi. Elektronika może porównywać amplitudę i fazę sygnału z modelem, aby szacować rodzaj obiektu. To nie jest bezpośrednie „rozpoznawanie złota”, lecz analiza elektromagnetycznych właściwości celu.
Ta sama fizyka, inne zastosowanie
Prądy wirowe mogą być problemem w transformatorze, hamulcem w kolejce górskiej, źródłem ciepła w kuchence indukcyjnej albo sygnałem w wykrywaczu metalu. Różnica wynika z tego, co projektant chce uzyskać. W detektorze nie zależy nam na dużej sile ani mocy grzewczej, tylko na możliwie czułym pomiarze niewielkiej zmiany pola powodowanej przez ukryty przedmiot.
Różne architektury wykrywaczy wykorzystują tę samą ideę na odmienne sposoby. W urządzeniach typu VLF nadajnik i odbiornik pracują z ciągłym sygnałem sinusoidalnym i analizują amplitudę oraz fazę. Detektory impulsowe wysyłają krótkie impulsy pola i obserwują późniejszy zanik odpowiedzi celu. W obu przypadkach istotna jest odpowiedź elektromagnetyczna przedmiotu, a nie mechaniczne „przyciągnięcie”. To dlatego konstrukcja cewki i elektronika analizy są co najmniej tak ważne jak moc samego pola.