Metallidetektor

Metallidetektor on metallesemete asukoha määramise seade, mida kasutatakse näiteks turvavaldkonnas, lennujaamades reisijate peidetud relvade avastamiseks, militaarvaldkonnas miinitõrjeks, maapinnas peituvate objektide otsimiseks, arheoloogias iidsete esemete otsimiseks, samuti meditsiinivaldkonnas, näiteks metallide tuvastamiseks enne MRT-seadme kasutamist.
Metallidetektoreid kasutavad nii professionaalid kui ka harrastajad. Arheoloogilise ja ajaloolise pärandi kahjustamise piiramiseks on metallidetektorite kasutamine riiklikult reguleeritud.
Üldine tööpõhimõte.
Metallidetektorid kasutavad oma töös elektromagnetvälja. Kui metallese satub detektori tekitatud välja mõjupiirkonda, indutseeritakse objektis vahelduvvool (pöörisvoolude kujul). See vool saab tekkida ainult hea elektrijuhtivusega objektides, seega eriti metallides. Pöörisvoolud loovad omakorda elektromagnetvälja. Detektori vastuvõtja tuvastab selle välja muutused elektrivooluna, võimendab seda, töötleb protsessoriga ja annab märku metalli olemusest. Lihtsustatult nimetatakse seda protsessi raadiolainete metallesemelt peegeldumiseks. Metallidetektoreid on küll mitut tüüpi, kuid nende töö põhineb ühel või teisel viisil elektromagnetilise induktsiooni nähtustel.
Metallidetektoreid liigitatakse elektromagnetvälja tekitamise ja selle tuvastamise tehnika järgi. Levinuimad on VLF ("Very Low Frequency"), PI ("Pulse Induktion") ja BFO ("Beat-Frequency Oscillator") tehnika. Vastavad detektorid erinevad oma tundlikkuse, eristusvõime ("discriminationi") ja kasutusalade poolest. Oluline on valida vastava rakenduse jaoks sobiv mudel.
Metallidetektorite tüübid.
VLF-detektorid.
Detektori otsimisraamis on kaks isoleeritud traadist mähist, millest üks töötab saate- ja teine vastuvõtuantennina. Saatemähisesse läheb ostsillaatorist (elektrivoolu võnkumise tekitajast) vahelduvvool, mille sagedus jääb vahemikku 10–20 kHz (seega elektromagnetlainete spektris õige madal sagedus). Kui saatemähis läheb üle metalleseme, indutseerib sellest mähisest kiirguv elektromagnetväli metallis pöörisvoolud ja nende tekitatud elektromagnetlaine tabab vastuvõtumähist, kutsudes selles esile vahelduvvoolu. Protsessor analüüsib tuvastamise eesmärgil indutseeritud voolu tugevust ja selle faasinihet. See analüüs võimaldab tal hinnata objekti elektrijuhtivust, suurust ja paiknemissügavust. Mida lähemal pinnale ese on, seda tugevam on ka vastuvõetav signaal. Teatud sügavusest alates on objekti elektromagnetväli pinnal nii nõrk, et vastuvõtja ei suuda seda tuvastada.
PI-detektorid.
PI- ehk impulssinduktsioondetektoritel on erinevalt VLF-süsteemist ainult üks mähis, mis töötab nii saatjana kui ka vastuvõtjana. Täiustatud mudelitel aga võib neid mähiseid olla ka kaks või enam, mis töötavad kõik korraga.
PI-süsteem saadab tugevaid lühikesi vooluimpulsse läbi otsimismähise. Kui impulss lõppeb, muudab magnetväli polaarsust ja variseb väga järsku kokku, mille tulemuseks on terav elektriimpulss. See mähisesse antav elektriimpulss kestab mõne mikrosekundi, aga peegelduv impulss umbes 30 mikrosekundit, sest eseme väli ei lase peegelduval impulsil nii ruttu kaduda. Üks vooluring metallidetektori protsessoris jälgib peegelduva impulsi pikkust, võrreldes seda oodatud pikkusega. Kui impulsi lagunemine kestab kauem kui mõni mikrosekund, siis seal on ilmselt metallist objekt seda impulsi pikkust mõjutamas.
Seejärel saadetakse järgmine impulss ja kogu protsess kordub. Tüüpiline PI-metallidetektor saadab umbes 100 impulssi sekundis, aga see oleneb tootja mudelist.
PI-detektorid ei ole väga head elektrijuhtide eristamisel, sest peegelduva impulsi pikkused ei ole erinevatel metallidel kergelt eraldatavad. Siiski on nad kasulikud mitmetes olukordades, kus VLF-põhised metallidetektorid oleksid raskustes, nagu näiteks alad, kus on väga juhtiv materjal pinnases või üldises keskkonnas. Hea näide on soolastes vetes uurimine. Lisaks suudavad PI-põhised süsteemid tihti tuvastada metalli palju sügavamal kui teised süsteemid.
FMF-detektorid.
FMF ("Fast Multi-Frequency") süsteemi detektorid kiirgavad samuti impulsse nagu PI-detektorid, kuid nad teevad seda mitmel sagedusel, seejuures valikuliselt või korraga. Niisugused metallidetektorid suudavad üheaegselt edastada kuni mitukümmend eri sagedust. Need detektorid on suure tundlikkusega ja suudavad metalle paremini eristada.
Selle tehnika peamiseks eeliseks on detektori võime tuvastada objekte erinevatel sügavustel, mis on väga kasulik sihtmärkide otsimisel mineraliseerunud pinnasest või rasketes tingimustes. Parem eristusvõime tuleb sellest, et igal sagedusel on erinev võime maapinnast läbi tungida ja seega tuvastada ka sügavamal paiknevaid objekte.
Lisaks aitab samaaegne mitme sageduse kasutamine vältida häireid ja valesignaale, mida võivad põhjustada maapinnas leiduvad mineraalid või muud läheduses olevad häireväljad. Mitut sagedust kiirates suudab detektor paremini välja filtreerida segavaid signaale ja seega paremini keskenduda ka väikestele metallesemetele. See meetod on eriti kasulik kullast, hõbedast või vasest sihtmärkide tuvastamiseks, mis võivad olla maetud märkimisväärsele sügavusele.
Samaaegset mitme sagedusega tehnikat kasutatakse paljudes kaasaegsetes metallidetektorites, olgu need mõeldud professionaalseks või harrastuslikuks kasutamiseks. 
BFO-detektorid.
BFO ehk lööksagedusostsillaatori süsteemiga detektoris on kaks mähist – üks suur mähis on otsimispeas ja väiksem mähis peakarbis. Mähised saavad ostsillaatorist tuhandeid vooluimpulsse sekundis, kusjuures väikesesse mähisesse antav sagedus on püsiv, otsimismähise vooluringi sagedust aga mõjutab metallilt peegelduv signaal. Kui otsimispea läheb üle metallist eseme, kaldub sagedus otsimismähise vooluringis veidi kõrvale peakarbis asuva mähise sagedusest ning kuuldavate löökide kestus ja toon, muutub.
BFO-põhiste süsteemide lihtsus lubab neid toota ja müüa väga madala hinna eest ja neid pole ka kuigi raske ise ehitada, aga need detektorid ei paku sellist täpsust nagu VLF- ja PI-süsteemid.