METAL DETECTOR

Máy dò kim loại – cơ sở và lý thuyết

Introduction – Giới thiệu

Bài viết dưới đây cung cấp nhiều thông tin hữu ích cho những người sử dụng máy dò kim loại mà quan tâm đến công nghệ. Bài viết cung cấp kiến thức về lý thuyết cơ bản và thiết bị điện tử của máy dò kim loại.

Đây là một bài báo kỹ thuật, chứ không phải là một bài báo khoa học và do đó ngôn từ được sử dụng ở đây là nhằm mục đích giúp cho người đọc dễ hiểu hơn

Ngoài ra, một số thuật ngữ được sử dụng chưa được chặt chẽ. Ví dụ; thuật ngữ "magnetic soils" hoặc "mineralised soils" chỉ đất chứa vật liệu có độ thẩm từ đáng kể (hoặc nhạy cảm từ).

Minelab đã dành một phần lớn trong doanh thu hàng năm để đầu tư cho việc nghiên cứu và phát triển. Kết quả của nỗ lực này được thể hiện trong các công nghệ đột phá mà Minelab đã kết hợp và áp dụng trên các dòng máy dò của mình.

Một cách tiếp cận cơ bản để tạo ra một máy dò kim loại cao cấp bao gồm:

   1. Sản phẩm cung cấp các tính năng hữu ích nhất và hiệu suất tốt nhất có thể

   2. Sản phẩm có độ tin cậy cao

   3. Các sản phẩm vượt quá mong đợi mỗi khi chúng được sử dụng.

Để đạt được những mục tiêu này chúng ta phải biết được tường tận lý thuyết xây dựng các máy dò tiên tiến.

Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn một cái nhìn tổng quan về cách mà Minelab tạo ra các máy dò của họ

1. Basic operation – Nguyên tắc hoạt động cơ bản

Máy dò kim loại làm việc theo nguyên tắc phát ra một trường điện từ và phân tích tín hiệu phản hồi từ mục tiêu và môi trường. Trường điện từ phát ra biến thiên theo thời gian, luôn ở tốc độ của các tín hiệu âm thanh khá cao. Bộ phát từ là theo mẫu của cuộn dây phát với dòng điện biến thiên chạy qua nó - được tạo ra bởi mạch phát. Bộ nhận là theo mẫu của cuộn dây nhận được kết nối với mạch nhận và xử lý tín hiệu. Cuộn dây phát và cuộn dây nhận đôi khi là một (mẫu đĩa dò monoloop). Các cuộn dây được đặt trong một vỏ bọc mà thường gọi đơn giản là "đĩa dò" và tất cả các thiết bị điện tử được đặt trong một hộp bảo vệ kết nối với cuộn dây thông qua một dây cáp, thường được gọi là "hộp điều khiển".

Sự biến thiên của từ trường phát sinh ra dòng điện chạy trong mục tiêu kim loại. Các dòng điện này được gọi là dòng điện xoáy, chúng lần lượt tạo ra một từ trường yếu và từ trường được tạo ra của chúng là khác với từ trường phát ra của cuộn dây (đĩa dò) cả về hình dạng và độ mạnh tín hiệu. Hình dạng thay đổi của từ trường được tạo ra này là cái mà máy dò kim loại sử dụng để phát hiện mục tiêu kim loại. ("Hình dạng" khác nhau cũng có thể dưới hình thức một sự trễ thời gian.)

Từ trường được tạo ra từ các dòng điện xoáy gây ra một tín hiệu điện áp đảo chiều ở cuộn dây nhận. Tín hiệu này sẽ được khuếch đại lên bằng các mạch điện tử bởi vì các mục tiêu được chôn ở độ sâu tương đối sẽ tạo ra tín hiệu trong cuộn dây nhận có thể là yếu hơn hàng triệu lần so với các tín hiệu trong cuộn dây phát và do đó chúng cần phải được khuếch đại đến một mức độ hợp lý để các thiết bị điện tử có thể xử lý. Tóm lại:

   1. Tín hiệu phát từ các mạch điện sinh ra dòng điện phát trong cuộn dây phát.

   2. Dòng điện trong cuộn dây phát tạo ra một từ trường phát

   3. Từ trường phát tạo ra dòng điện chạy trong mục tiêu (gọi là dòng điện xoáy.)

   4. Dòng xoáy sinh ra một từ trường. Từ trường này là khác so với từ trường được phát ra từ cuộn dây phát.

   5. Cuộn dây nhận phát hiện từ trường được sinh ra bởi dòng điện xoáy như một điện áp rất nhỏ.

   6. Tín hiệu từ cuộn dây nhận được khuếch đại lên bởi các mạch nhận, sau đó xử lý các tín hiệu từ mục tiêu một cách chính xác, chứ không phải là tín hiệu từ các nguồn môi trường khác như từ trường của trái đất.

Với hầu hết các phần giới thiệu, mô tả ngắn gọn ở trên là quá đơn giản. Tín hiệu được cảm ứng trong cuộn dây nhận, bởi từ trường của dòng điện xoáy, có thể được coi như được tạo ra đồng thời từ hai thành phần, mà không chỉ là một thành phần được thay đổi:

   • Một thành phần có hình dạng tương tự như tín hiệu truyền. Đây được gọi là tín hiệu phản ứng ("X"). Do nó có hình dạng như của từ trường phát, nên theo định nghĩa, tín hiệu đáp ứng ngay lập tức với những gì tín hiệu truyền phát ra.

   • Khi thành phần X này bị trừ  khỏi tín hiệu cảm ứng của dòng điện xoáy trong cuộn dây nhận, thì hình dạng của tín hiệu còn lại chỉ phụ thuộc vào lịch sử của từ trường được phát ra và không phải là giá trị tức thời. Tín hiệu này được gọi là thành phần trở kháng hoặc thành phần tổn thất ("R").

Cả hai tín hiệu mục tiêu X và R thay đổi phụ thuộc vào khoảng cách từ mục tiêu đến cuộn dây tìm kiếm; khoảng cách xa hơn, từ trường được phát ra ở đối tượng yếu hơn và tín hiệu được nhận từ các dòng điện xoáy yếu hơn; do đó các tín hiệu R và X của cuộn dây nhận cũng yếu hơn, như đã nói ở trên chúng có thể là rất yếu đối với các mục tiêu được chôn sâu.

Tín hiệu nhận được thường được xử lý bằng các mạch điện tử để tạo ra ít nhất là 2 tín hiệu: Độ mạnh của một tín hiệu là tỉ lệ thuận với độ mạnh hoặc biên độ của tín hiệu R, nhưng nó không còn là một tín hiệu xoay chiều. Tương tự như vậy, tín hiệu kia cũng không phải là một tín hiệu xoay chiều, mà chỉ đơn giản là một tín hiệu liên quan đến độ mạnh hoặc biên độ của tín hiệu X. Thật không may, cả hai thuật ngữ "tín hiệu X" và "tín hiệu R" có thể gắn với cả hai hai ý nghĩa khác nhau này: một ý nghĩa đề cập đến tín hiệu nhận xoay chiều ở tần số phát và một ý nghĩa khác là đề cập đến độ mạnh hoặc biên độ của tín hiệu nhận được. Vì vậy, thuật ngữ "tín hiệu X" có thể ám chỉ dạng sóng tín hiệu X ở tần số phát, hoặc chỉ độ mạnh hoặc biên độ tín hiệu X, thay đổi khi cuộn dây tìm kiếm di chuyển trên các khu vực đất khác nhau. Áp dụng tương tự đối với tín hiệu R.

Ý nghĩa kép của cùng thuật ngữ này là chung trong ngành điện tử. Ví dụ, khi đề cập đến một tín hiệu sóng - trung, nó không phải là luôn luôn rõ ràng nếu người thiết kết đề cập đến tín hiệu ở tần số sóng trung, hoặc biên độ thay đổi của nó; cụ thể là, các thông tin được phát ra mà không quan tâm đến tần số truyền. Trong máy dò kim loại, các thuật ngữ tín hiệu "X" và "R", thường là đề cập đến độ mạnh (biên độ) của chúng, chứ không phải là tín hiệu xoay chiều.

Những tín hiệu X và R (độ lớn, biên độ) được tiếp tục xử lý để đưa ra một tín hiệu đầu ra – cái mà có thể được báo cáo cho người vận hành theo một số cách khác nhau, hai cách phổ biến nhất đó là:

  1. Một tín hiệu âm thanh cân bằng mặt đất, độ lớn của nó thường tỷ lệ thuận với độ mạnh tín hiệu được nhận từ dòng điện xoáy trong các mục tiêu kim loại.

   2. Một tín hiệu phân biệt – cái mà chỉ phát ra một tiếng "bíp" khi một mục tiêu với các đặc tính lựa chọn được phát hiện. Các đặc tính này có thể  được thay đổi bởi người vận hành máy dò bằng cách thay đổi các điều chỉnh của máy dò. Hầu hết các máy dò phân biệt cũng có một màn hình hiển thị để chỉ ra đặc tính của một mục tiêu kim loại được phát hiện.

Trong các Máy Dò Vàng, khai thác mỏ hoặc dò mìn, thì tín hiệu cân bằng mặt đất là quan trọng nhất và trong các máy dò tiền xu, dò kho báu, thì các tín hiệu phân biệt là quan trọng nhất.

Còn tiếp