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Physikalisches Funktionsprinzip des Metalldetektors

Grundsätzlich kann man die verschiedenen Metalle nach ihrer magnetischen Permeabilität voneinander unterscheiden, die wichtig für die Bestimmung durch den Metalldetektor ist.
  • Diamagnetische Metalle
  • Paramagnetische Metalle
  • Ferromagnetische Metalle
Diamagnetische Metalle sind beispielsweise Kupfer, Silber oder Gold. Wasser und Schwefel sind ebenfalls diamagnetische Stoffe. Das besondere an diesen Stoffen ist, dass sie ein Magnetfeld abschwächen können, indem sie die Dichte der magnetischen Feldlinien beeinflussen. Diamagnetische Metalle werden von beiden Polen eines Magneten abgestoßen.
Paramagnetische Metalle sind beispielsweise Aluminium und Platin. Im Gegensatz zu den diamagnetischen Metallen haben sie die Eigenschaft, dass sie Magnetfelder leicht verstärken. Dadurch nimmt die Dichte der magnetischen Feldlinien zu. Paramagnetische Metalle werden von beiden Polen eines Magneten angezogen und gelten in der Praxis als unmagnetisch.
Ferromagnetische Metalle sind Nickel, Kobalt und Eisen. Auch Legierungen aus diesen Stoffen sind ferromagentisch. Ferromagnetische Stoffe werden bei einem Kontakt mit einem Magneten selber magnetisch, beziehungsweise lassen sie sich leicht magnetisieren. Sie bestehen aus sehr vielen kleinen Elementarmagneten, die sich durch das Anlegen eines äußeren Magnetfeldes in die gleiche Richtung anordnen. Dadurch werden ferromagnetische Stoffe selbst zu einem Magneten. Diese Ordnung kann dann durch eine Erschütterung oder durch sehr hohe Temperaturen wieder aufgelöst werden. Darüber hinaus kann man mit ferromagnetischen Stoffen Magnetfelder bündeln und damit sehr stark machen, was bei elektrischen Spulen eines Transformators genutzt wird.

Moderne Metalldetektoren arbeiten mit einem Magnetfeld, das Reaktionen in metallenen Gegenständen bewirkt. Die Sonde ist in der Lage, diese Reaktionen zu erkennen und zu verarbeiten

Es gibt aber verschiedene Funktionsprinzipen bei Metalldetektoren, die in modernen Geräten zum Einsatz kommen, die aber alle auf Basis der magnetischen Permeabilität Messergebnisse erzielen.

Bei dem Induktions-Balance-System, das von Heinrich Wilhelm Dove in der ersten Hälfte des 19. Jahrhundert entwickelt wurde, gibt es zwei Spulen, zwischen denen eine elektrisch ausgeglichene Ladung herrscht. Wie der Name nun schonVollautomatisches Metallsuchgerät Metalldetektor Seben Deep Target andeutet kommt es zu einem Ungleichgewicht zwischen diesen beiden Ladungen, wenn man in die Nähe von Metallen kommt. Nun macht man sich den Effekt zunutze, dass jedes Metall eine unterschiedliche Phasen Reaktion bewirkt, wenn man es Wechselstrom aussetzt. Die Diskriminierungsfunktion eines Metalldetektors beruht auf genau diesem Prinzip. Mit ihrer Hilfe können diejenigen Metalle ausgeschlossen werden, die man nicht bei seiner Suche mit einbeziehen möchte. Dieses Konzept wurde von Compass Electronics zum ersten Mal in Form eines neuen Designs umgesetzt, bei dem zwei Spulen in eine D-Form gebracht und gegenüberliegend fixiert werden, sodass sie einen Kreis bilden. Dieses Design wurde in den 1970er Jahren entwickelt und findet bis heute noch Anwendung.

Bei der Wechselstrommessung sendet die Sonde ein sehr niederfrequentes Wechselstromsignal aus. Das Empfangssignal, was wiederum nun auf die Sonde zurückgeworfen wird, wird nun im Metalldetektor auf Amplitude und Phasenlage im Spektralbereich analysiert. Im Display kann dann der Nutzer erkennen, um welches Metall es sich bei diesem Objekt handelt.

Ebenfalls eine recht neue Entwicklung sind Geräte, die auf einer sogenannten Puls-Induktion beruhen. Bei dieser Messmethode werden in bestimmten Zeitabständen einzelne Magnetimpulse über die Spule des Metalldetektors ausgesandt. Treffen diese Impulse nun auf ein metallisches Objekt in der Nähe des Metalldetektors, so erzeugen sie darin Wirbelströme. Nach dem Abschalten dieser Impulse verbleiben die Wirbelströme noch für kurze Zeit im Objekt, sodass sie von der Empfangsfunktion der Sonde wahrgenommen werden können, die sich nun einschaltet. Durch diese Veränderungen im Metallobjekt kann die Sonde eine Signaländerung wahrnehmen, die elektronisch als eine kleine Spannung messbar ist. Je nachdem wie groß das Objekt ist und aus welchem Metall es besteht, kann die Sonde unterschiedliche Wirbelstromantworten empfangen, die dann an das Messgerät des Metalldetektors weitergeleitet werden und dem Nutzer über eine Anzeige diese Ergebnisse präsentiert. Der Vorteil der Pulsinduktion ist, dass man durch ein Vergrößern der Suchspule auch eine wesentlich größere Suchtiefe generieren kann. Da die Sonde nicht Teil eines Schwingkreises ist, sind bei der Gestaltung der Sonde bezüglich Größe und Form keine Grenzen gesetzt.

Da die Sendephase und die Empfangsphase zeitlich voneinander getrennt sind, kann man zudem mit einer viel höheren Sendeleistung arbeiten als bei anderen Systemen.

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