Lehrstuhl für Didaktik der Physik
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Metalldetektor

Hier gibt es verschiedene Verfahren:
  • Das erste Verfahren arbeitet mit einer Sendespule, die ein magnetisches Wechselfeld erzeugt und einer Empfängerspule, über die Veränderungen des Ausgangsfeldes erfasst werden. Das Wechselfeld verursacht Wirbelströme in metallischen Gegenständen, die wiederum das Feld verändern. Das Verfahren wird auch VLF-Verfahren („very low frequency“) genannt. Verwendet werden Frequenzen von ca. 1 – 20 kHz, in Suchgeräten für kleine Goldkörner ("nuggets") 60-70 kHz.
  • Sensoren nach dem PI-Verfahren („pulse-induction“) kommen dagegen mit einer einzigen Spule aus. Kurze starke Stromstöße werden durch die Spule geschickt. Vor allem der Ausschaltvorgang bewirkt eine große Änderung und einen entsprechenden Spannungsstoß. Aufgrund der lenzschen Regel ist die Flussänderung aber kleiner, wenn Wirbelströme in nahe positionierten metallischen Leitern auftreten.
  • BFO-Systeme („beat-frequency oscillator“) werten Schwebungsfrequenzen aus. Die Spulen werden im Radiofrequenzbereich betrieben. Durch Metallstücke hervorgerufene Frequenzunterschiede zwischen Such- und Empfängerspule führen zu Schwebungen im Tonfrequenzbereich.

metalldetekt0

Versuche

Der Aufbau ist vom Transformatorprinzip her bekannt. Metalle verändern das Signal. Damit wird das Sensorprinzip deutlich und kann durch Induktion und Wirbelströme erklärt werden. Besonders eindrucksvoll kann das Detektorsignal des Metalldetektors mit einer Spule demonstriert werden.

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Bei der Untersuchung verschiedener Materialien lassen sich zwei Effekte unterscheiden: Während ein (geblätterter) Transformatorkern den magnetischen Fluss und damit das Induktionssignal verstärkt, führt z. B. ein Kupferrohr aufgrund von Wirbelströmen zu einer Abschwächung. Bei einem Eisenrohr konkurrieren beide Effekte, die Abschwächung ist gering.

Metalldetektor_2

Das Signal ist nicht immer sinusförmig, wie bei dem oben gezeigten Metalldetektor. Bei einigen Geräten findet man eine gedämpfte Schwingung.

kosmos+oszi