bélyegkép|jobbra|250px|Fémkereső A fémkereső (fémdetektor) olyan készülék, amely elektromágneses indukció segítségével kijelzi (detektálja) a közelében lévő fémek jelenlétét. Fő alkalmazási területei: az élelmiszeriparban és gyógyszergyártásban a kopásfémekKopásfémnek nevezik a gyártósorról – annak elhasználódása, kopása során – véletlenszerűen lehulló kisebb-nagyobb fémrészeket, melyek a gyártott termékbe hullhatnak. kimutatása, biztonsági kapukban fegyverek és tiltott tárgyak érzékelése, aknakeresés, ipartelepek vagyonvédelme, építő- és szerelőiparban vezetékek és betonvasak érzékelése, geológiai érckutatás, régészet, hobbi. Speciális célokra használnak nem indukcióval működő fémérzékelőket is, például rádióhullámokat, ultrahangot, stb.
Története A 19. század vége felé több, az elektromosság terén jártas mérnök és tudós tűzte ki céljául fém jelenlétét jelző készülék megtervezését, mert nyilvánvalónak vélték, hogy egy ilyen készülék igen hasznos lenne a bányászatban fémtartalmú kőzetek felkutatására. Heinrich Wilhelm Dove német fizikus már kidolgozta az indukciós mérleg elvét, de ilyen rendszert csak száz évvel később építettek egy fémkeresőbe. Az első fémkeresők durva műszerek voltak, nagy volt az elektromos energia szükségletük és működési területük is korlátolt volt. Alexander Graham Bell, a telefon skót feltalálója 1881-ben ilyen készülékkel próbálta sikertelenül megkeresni James A. Garfield amerikai elnök mellkasában azt a lövedéket, amellyel meggyilkolták, de az acélrugós ágy, amelyen a halott feküdt, megzavarta a készüléket.Grosvenor and Wesson 1997, p. 107.http://arizonagoldprospectors.com/history.html History ofMetal Detector
A fémkeresők lényeges fejlődése az 1920-as években kezdődött. Gerhard Fischer rövidhullámú sugárzással működő iránymeghatározó rendszert fejlesztett ki navigáció céljára. Ez a rendszer kitűnően működött, de Fischer rendellenességeket észlelt, amikor a műszert érctartalmú kőzeteket tartalmazó területen használta. Ez nem keserítette el, sőt, egy a jelenséget használó készülékre 1937-ben szabadalmat is nyújtott be, amely a közeli fém által elhangolódó tekercs frekvenciaváltozását használta a fémtárgy felderítésére. Egy ezt az elvet követő gyakorlatban használható készüléket azonban csak később, a második világháború idején fejlesztett ki egy Skóciában szolgáló lengyel katonatiszt, Józef Stanislaw Kosacki hadnagy. Készülékét, amit nagyra becsültek, lengyel aknakutató készüléknek nevezték el."The Polish Contribution to The Ultimate Allied Victory in The Second World War" Tadeusz Modelski, Worthing, England 1986, Page 221 A készülék igen nehéz volt, mivel elektroncsövekkel működött, amelyek üzemeltetéséhez – a hordozhatóság miatt – nagyméretű és súlyos telepekre volt szükség.
Kosacki készülékét széles körben használták a második világháború alatt német aknamezők aknamentesítésére. Később a szövetséges hadsereg szicíliai, Appennini-félszigeti, majd normandiai partraszállás során használta. Mivel az aknakereső detektor megteremtése és fokozatos fejlesztése a háború kísérleti munkái közé tartozott, még a készülék tervezőjének neve is ötven évig hadititoknak számított. A háború után jó néhány készülék maradt meg és elárasztotta a piacot kincskeresők örömére, akiknek ez hasznos szórakozást jelentett.
Több gyártó cég gazdagította saját ötleteivel a fémkereső detektor tervét. Az amerikai White's Electronics nevű cége az 1950-es években kezdte árulni az Oremaster Geiger Counter néven ismert készüléket, Charles Garrett pedig a BFO-rendszerű fémkeresők úttörője lett. Később, a tranzisztor feltalálásával kisebb és könnyebb készülékek gyártása vált lehetővé.
Típusai bélyegkép|jobbra|Abszorpciós kézi fémkereső személyek vizsgálatára, háttérben egy kapu alakú IB-fémkereső
Különböző anyagú és méretű fémek detektálására többféle elven működő fémkereső (-érzékelő) készülék létezik, amelyek a fémeket más és más módon érzékelik. A legfontosabb típusok:http://ec.elf.stuba.sk/kme/buxus/docs/predmety/SOBO/Doplnky/Moderne_systemy_detekcie_kovov2.pdf Milan Kempný: Moderné systémy detekcie kovov Abszorpciós (Drop-out) fémkereső Üttető oszcillátoros (BFO) Induktív híd (Induction Balanced) Félrehangolt rezgőkörű (Off-resonance) Alacsonyfrekvenciás (Very Low Frequency) Impulzusüzemű (Pulse Induction) Rádiós (Ultra High Frequency)Donald E. Lanchester: ELECTRONIC METAL LOCATORS - Basic Types and Design Factors, Electronics World, 1966, h.n. Terahertz-es képalkotók (TeraHertz) Magnetométer Geo Radar Földradar
Abszorpciós fémkereső Az abszorbciós fémkereső működési elve az örvényáramok illetve mágneses vasveszteség által elvesztett energiákon alapul. A keresőtekercs jelét egy kis teljesítményű, nagyfrekvenciás oszcillátor biztosítja. Ezen tekercs által keltett mező a fémekben nagy veszteségű örvényáramokat eredményez. Az energiaelvonás következtében a rezgés amplitúdója csökken, sőt túl közeli nagy fém esetén akár teljesen meg is szűnik. A – csökkent energiájú – rezgés amplitúdóját szűrés után általában egy feszültség összehasonlító IC (komparátor) érzékeli, amelynek kimenete eltérés esetén jelzést ad. Ezen az elven működik a legtöbb biztonsági rendszer hordozható fémkeresője és a kincskeresők pin-pointereinek túlnyomó része.
BFO-fémkereső A BFO-rendszerű (Beat Frequency Oscillator ~ üttető oszcillátorral működő)http://www.hobby-hour.com/electronics/metal_detectors.php Metal Detectors - Theory and Practice fémkereső a legegyszerűbb és a legrégebbi típusúnak számít. Működési elvéből adódóan aránylag érzéketlen. A BFO-rendszerű fémkereső a szinkrodin rendszerű vevőkészülékek keverőjéhez hasonlóan működik: Egy helyi oszcillátor jelet állít elő, amelynek rezgőköri tekercse a fémkereső érzékelő tekercse, egy másik független oszcillátor pedig az előzővel (közel) megegyező frekvenciájú rezgéseket. Mindkét jelet egy keverő (mixer) áramkörre vezetik, amely a két frekvencia különbségét állítja elő. A különbségi frekvenciát ezután további szűrő- és erősítő áramkörökön át juttatják el a hallgatóba (esetleg hangszóróba). Ha például az egyik oszcillátor 100 kHz-en rezeg, a másik pedig 101 kHz-en, a hallgatóból folyamatos 1 kHz-es fütty hallható. Amennyiben az érzékelő tekercséhez fémtárgy közelít (vagy a tekercs a fémtárgyhoz), akkor a fémtárgy – mint hangolómag – az érzékelő oszcillátor frekvenciáját elállítja (elhangolja), így a keverő kimenetén más hangfrekvencia jelenik meg. Végeredményben a fémtárgy közeledése a hallgatóban lévő hang magasságának változásával jár: mágnesezhető anyagok (például vastárgyak) jelenlétére a különbségi frekvencia csökken – a hang mélyül. A nem mágnesezhető fémtárgyak hatására (alumínium, réz, ezüst, stb.) pedig a különbségi frekvencia növekszik – vagyis a hallható hang magasabb lesz. Tehát a BFO-rendszerű detektor nemcsak a fém jelenlétét, hanem az érzékelt fém típusát is képes kimutatni. Előnye mellett számos hátránya is van: Egy BFO-rendszerű fémkereső érzékenysége kisebb fémtárgyakra csak azáltal növelhető, ha az oszcillátorok frekvenciáit növelik. Egy aprócska tárgy ugyanis csak jelentéktelen módon képes elhangolni az érzékelő tekercsét, ezáltal a keverőben keletkezett különbségi frekvencia is nagyon kicsi lesz. Következésképpen a már hallható hang megváltozása is nagyon kicsi és kívül eshet az emberi fül érzékelési tartományán. Ha az oszcillátorok magasabb frekvencián működnek, akkor az elhangolódás kisebb fémtárgy hatására is jelentősebb lesz, ami relatív érzékenységnövekedést okoz. Az oszcillátorok frekvenciájának növelése azonban nem minden közeg esetén járható. Például talajban való detektálás esetén a magasabb frekvenciák sokkal inkább elnyelődnek, emiatt a BFO-rendszerű detektorok csak a felszín közeli keresésre (kb. 5-10 cm mélységig) alkalmasak, jellemzően strandok homokjában való keresésre. A BFO-rendszerű fémkeresők 100 kHz körüli frekvencián működnek. Két oszcillátora a nagyon közeli frekvenciák miatt hat egymásra, azaz a keverőn keresztül képesek egymást bizonyos mértékben elhangolni, „utánhúzni”, ami az apróbb tárgyak érzékelése ellen hat. Ezért egy BFO-rendszerű fémkereső érzékenysége döntően a keverő tulajdonságain múlik. Hallgatójában folyamatos sípolás (fütty) hallható, ami a működés elvéből következően nem szüntethető meg. Nem tiltható ki egyes fémek érzékelése, így például „szemetes” területen (alufólia darabok, robbanás okozta szilánkok, stb.) használhatatlanná válik, mert állandóan jelez. Gyakori utánhangolást, állítgatást igényel a telepek (áramforrások) kimerülése és a hőmérséklet okozta frekvenciaváltozások miatt. Földhatásra érzékeny, vagyis elektrosztatikus árnyékolás, Faraday-kalitka nélkül nemcsak a fémtárgyak, hanem a talaj közeledése-távolodása is elhangolja. A talaj egyenetlensége miatt ez hamis találatot jelez. Az elektrosztatikus árnyékolás (a tekercs sztaniolba való burkolása) viszont az amúgy is kicsiny érzékelési távolságot csökkenti.
Hiányosságai miatt többnyire csak kísérleti, oktatási céllal építik meg.
Induktív híd bélyegkép|jobbra|IB-rendszerű aknakereső az 1960-as évekből Az IB (Inductive Balance ~induktív híd) típusú fémkeresőben az amplitúdó-modulált jeleket adó oszcillátor két tekercset táplál. Ezen két adótekercs csévélési iránya ellentétes. Egymásra helyezve őket, a kettő közötti mágneses tér elvileg zérus. A harmadik tekercs a előbbi kettő között helyezkedik el, és ennek kivezetésein fémmentes állapotban nincsen feszültség (Kompenzáló áramkörrel kiegyenlíthetőek kisebb gyártási és szerelési eltérések). Ha bármely irányból fém kerül a tekercsek közelébe, valamelyik adótekercshez közelebb lesz, így az aszimmetrikus elrendezés miatt felbomlik a mágneses mező kiegyenlítettsége, és ez a középső (kereső)tekercsben jelfeszültséget indukál. Ezen jelet felerősítve és egyenirányítva hangjelet kapunk a fülhallgatón. Az induktív hidakat főként az iparihttp://www.adsdetection.com/Metal-Detection-Guide.pdf ADVANCED DETECTION SYSTEMS: Metal Detection Inspection Guide és biztonsági fémdetektálásban alkalmazzák.http://www.muszeroldal.hu/measurenotes/femdetektalas.pdf A fémdetektálás alapjai
Félrehangolt rezgőkörű Az Off-resonance avagy félrehangolt rezgőkörű fémkeresőben a keresőfej közelébe kerülő fémtárgytól annak rezonanciafrekvenciája is megváltozik, azaz elhangolódik az oszcillátor frekvenciájától (innen ered a neve). A fém okozta elhangolódás következtében a rezgőkör kimenetén csökkenő feszültség lesz tapasztalható. A kapott jel szűrés és jelalakformálás után egy komparátor (feszültség-összehasonlító – rendszerint integrált áramkör) egyik bemenetére kerül, míg a másik bemenetre az oszcillátor jelét vezetik. A komparátor IC kimenetén a két feszültség különbségével arányos jel jelenik meg. A technika fejlődése túlhaladottá tette az ilyen elvű fémkeresőket.
Alacsonyfrekvenciás A VLF-detektor (Very Low Fequency ~ nagyon alacsony frekvencia)http://electronics.howstuffworks.com/gadgets/other-gadgets/metal-detector2.htm How Metal Detectors Work nevétt onnan kapta, hogy a BFO-rendszerű detektorokkal ellentétben nagyon alacsony frekvenciát használ. A szokásos működési frekvencia 3 kHz és 50 kHz között vanhttp://www.nuggethunting.com/detector_technology.htm ~Principles of Understanding a Metal Detector~ What is Very Low Frequency (VLF) Technology? az alkalmazás céljától függően: 3-6k Hz közötti tartományban nagyobb a behatolási mélység, azonban a apróbb tárgyakra érzéketlenebb; 6-17 kHz közötti tartományban működő VLF-fémkeresők érzékenyek az egészen apró tárgyakra, azonban a nagyobb frekvencia miatt kisebb a keresési mélység. Egyes gyártók multifrekvenciás VLF-fémkeresőket gyártanak, amelyek egy érzékelés során több különböző frekvenciát bocsátanak ki és érzékelik a kapott válaszjeleket abból a célból, hogy elnyomják a hátrányos tulajdonságokat.http://www.minelab.com/emea/consumer/knowledge-base/minelab-technologies Minelab Technologies Knowledge