HD001 – Teorie sul funzionamento dei cercametalli

Da molti anni i cercametalli continuano a affascinare molte persone, storici, archeologi, militari o semplici curiosi, è risaputo che spesso in molte zone frequentate come spiagge o zona campeggio, non è difficile trovare orecchini, anelli, braccialetti o collanine, ma per la maggior parte di casi si tratta di bigiotteria, come quando si crede di aver trovato delle monete e poi scoprire che si trattava solo di tappi di bottiglia.

Alcuni storici perlustrano zone famose per delle battaglie durante la prima guerra mondiale e spesso ritrovano gavette, piastrine di riconoscimento, cinturoni e bossoli dei militari, ma non è la prima volta che qualcuno perlustrando a caso un terreno (magari nel giardino di casa) ha rinvenuto qualcosa di grande e profondo.

 

Una volta un cittadino qualunque che aveva acquistato un terreno incolto vicino casa, tratto dalla curiosità, prese un cercametalli acquistato in internet e iniziò a perlustrare il terreno palmo a palmo.

Sapendo che in passato fu usato come deposito di rottami, non sarebbe stato poi così difficile trovare qualcosa, quando all’ improvviso il cercametalli indicò qualcosa di grosso.

Allora si mise a scavare sperando do trovare un forziere pieno di monete d’ oro e invece alla fine trovò un oggetto cilindrico simile a uno scaldabagno e stava per prenderlo a calci quando qualcosa attrasse la sua attenzione.

Una volta informati i carabinieri della sezione locale, questi provvidero evacuare la zona e far intervenire gli artificieri.

Invece del forziere pieno d’ oro, aveva trovato una bomba americana della seconda guerra mondiale.

Allora si mise a scavare sperando do trovare un forziere pieno di monete d’ oro e invece alla fine trovò un oggetto cilindrico simile a uno scaldabagno e stava per prenderlo a calci quando qualcosa attrasse la sua attenzione.

Una volta informati i carabinieri della sezione locale, questi provvidero evacuare la zona e far intervenire gli artificieri.

Invece del forziere pieno d’ oro, aveva trovato una bomba americana della seconda guerra mondiale.

Alcuni storici perlustrano zone famose per delle battaglie durante la prima guerra mondiale e spesso ritrovano gavette, piastrine di riconoscimento, cinturoni e bossoli dei militari, ma non è la prima volta che qualcuno perlustrando a caso un terreno (magari nel giardino di casa) ha rinvenuto qualcosa di grande e profondo.

Tutti sanno che gli elettroni in movimento in un conduttore, generano un campo magnetico intorno al conduttore stesso

Quando sono più conduttori affiancati, il campo magnetico aumenta di intensità e avvolgendo un filo conduttore in modo da formare una bobina, si crea il flusso magnetico.

Se un oggetto metallico o materiale ferroso (come la magnetite) viene a trovarsi in prossimità di questo campo magnetico, si creano delle alterazioni che influiscono sul circuito elettrico.

Se il campo magnetico irradiato è generato da un oscillatore a onda sinusoidale, facente capo alla stessa testa cantatrice, la presenza di oggetti metallici produce sia una variazione in frequenza del segnale stesso (principio del theremin), questi cercametalli si chiamano a “battimento”. Altri sfruttano il brusco calo dell’ ampiezza del segnale generato (principio del grid dip), questi cercametalli sono chiamati a “variazione di ampiezza” o “riluttanza variabile”

Altro tipo di rilevamento è quello degli impulsi a bersaglio, attraverso un generatore di impulsi si bombarda la zona da perlustrare e in presenza di oggetti metallici, gli impulsi di “ritorno” si alterano notevolmente (aumentano di durata ma diminuiscono di ampiezza per l’ isteresi magnetica) rilevando questi ultimi, è possibile capire se ci sono metalli e a che profondità.

Un ultimo tipo di cercametalli è quello a bobine bilanciate, di tutti è quello più complesso da costruire per la criticità delle bobine della testata.

 

Adesso descriviamo alcuni tipi di cercametalli di uso comune:

Cercametalli a battimento:

Si tratta di uno dei più diffusi e di facile costruzione, il principio di funzionamento è lo stesso del Theremin e fu scoperto in Unione Sovietica circa 100 anni fa, quando Lev Sergeji Termen, stava cercando un metodo tutto suo per rilevare segnali radio e invece di usare il classico sistema a rivelazione diretta (la supereterodina era ancora a livello sperimentale) sfruttava il principio della miscelazione di due frequenze radio, ottenendo il classico “battimento” ovvero attraverso un miscelatore le due frequenze FC (captata) e FO (generata dall’ oscillatore locale) si miscelano tra loro. Ammesso che FC e FO siano uguali, esse danno come risultato la somma FC + FO che equivale al doppio di FC e FO, mentre la differenza deve essere uguale a zero.

Se FC è leggermente diversa da FO, la differenza tra le due genera una frequenza udibile.

Invece di captare FC con un’ antenna si genera FC con un oscillatore facilmente influenzabile dall’ esterno, si ha una frequenza facilmente alterabile avvicinando o allontanando oggetti metallici dalla bobina oscillatrice (mentre net theremin questo avviene per via capacitiva).

Per ottenere la giusta sensibilità, la bobina oscillatrice deve essere avvolta su un supporto di forma e dimensioni adeguate con la dovuta schermatura per evitare che oggetti non metallici, erba o umidità, influiscano sulla frequenza creando false indicazioni.

Un cercametalli a battimento deve essere costituito da un oscillatore a frequenza fissa (FO) e uno a frequenza controllabile (FC) usando la stessa testata come bobina oscillatrice.

Un miscelatore a soppressione di portante (come quelli dei radioricevitori) miscela le due frequenze, scartando la frequenza “somma” si rileva solo la “differenza” (FO – FC) e si amplifica questo segnale in banda audio, più l’ oggetto metallico è grande e più la nota acustica aumenta di frequenza.

Di questo tipo ne esistono diverse varianti, non ve ne descriviamo due:

Il primo tipo è costituito da un oscillatore FC con controllo di sintonia mediante diodi varicap, un secondo oscillatore FO è formato da un quarzo oscillante a 400Khz, 500Khz, 1Mhz, le frequenze vanno miscelato da un mixer (come il S042P, NE602 o diodi selezionati), un filtro passa basso e un amplificatore.

Spesso è inserito un voltmetro in AC che ne misura l’ ampiezza, ma a volte si tratta di un frequenzimetro analogico che misura la deviazione in frequenza.

In presenza di masse metalliche il battimento tra le due frequenze produce una nota che aumenta di tonalità in funzione delle dimensioni dell’ oggetto captato, misurando tale frequenza, è possibile stabilire le dimensioni dell’ oggetto e la profondità.

Il secondo tipo, differisce dal primo solo per il controllo di sintonia, che non si effettua più sulla bobina cantatrice, ma sull’ oscillatore di riferimento.

 

Cercametalli a filtro ceramico:

Di semplice costruzione rispetto al cercametalli a battimento, consiste inun solo oscillatore (quello della testata cantatrice) sintonizzable attraverso diodi varicap sulla frequenza centrale del filtro ceramico (solitamente 455Khz), lo stesso segnale viene fatto passare attraverso un filtro ceramico a banda stretta (come quelli usati per ricevere la SSB), poi amplificato e raddrizzato (come in un ricevitore AM) la tenione di uscita è massima, ma quando un oggetto metallico viene a trovarsi in prossimità della testata cantatrice, la deviazione di frequenza (solitamente di 3 o 4 Khz) fa ridurre la tensione di uscita, uno strumento collegato come S.meter, indica la presenza del metallo.

Un comparatore attiva poi il generatore di nota che avverte col classico bip bip.

Cercametalli a variazione di ampiezza:

Questo tipo di cercametalli riprende il funzionamento del grid dip. Apparecchi di questo tipo erano molto diffusi tra le truppe inglesi durante la seconda guerra mondiale, il principio di funzionamento si basa sull’ assorbimento del flusso magnetico da parte di oggetti metallici.

L’ oscillatore produce un segnale a tensione costante, quando un pezzo metallico viene a trovarsi in prossimità della testata cantatrice, si crea un assorbimento del flusso magnetico che a sua volta fa calare l’ ampiezza del segnale generato.

Misurando queste variazioni di ampiezza, è possibile determinare sia la profondità che le dimensioni dell’ oggetto captato.

Questo tipo di cercametalli è più sensibile di quello a battimento e di quello a filtro ceramico.

 

Cercametalli a impulsi:

Questo tipo di cercametalli, si basa sul principio funzionamento del radar, Un generatore di impulsi, crea un segnale a bassa frequenza (70-80Hz) con duty cycle dell’ 1% (vale a dire che la durata dell’ impulso, è un centesimo di tutto il periodo).

Questo impulso attraverso un transistor di potenza o un mosfet fa scorrere della corrente all’ interno della bobina della testata cantatrice, una volta terminato l’ impulso, per effetto induttivo, si crea un impulso di ritorno (un controimpulso da parte della bobina) di ampiezza superiore, in presenza di corpi metallici, la loro influenza sulla bobina finisce con fare aumentare la durata del controimpulso.

Un comparatore, seguito da un filtro a pesatura, misura la variazione di durata degli impulsi di ritorno e avvisa della presenza del pezzo metallico.

La sensibilità è molto elevata (come pure il costo) quindi questo apparecchio fa parte della serie più professionale, unico inconveniente è che spesso durante il funzionamento, la testata emette un leggero ronzio, fatto che si avverte solo in luoghi chiusi, perché all’ aperto è troppo flebile.

 

Cercametalli a bobine bilanciate:

Questo tipo di cercametalli è tra i più professionali e costosi (anche più costosi di quelli a impulsi).

Se dal primo impatto, lo schema possa sembrare semplice (più semplice di quello a impulsi) ricordiamo che la parte veramente critica del circuito è la testata cantatrice.

A differenza degli altri tipi di cercametalli dove la testata è formata da una sola bobina, in questo circuito le bobine sono 3, una interna normale e due esterne di tipo bifilare.

Le estremità devono essere poi unite in modo da tale da ottenere due avvolgimenti in opposizione di fase.

In assenza di pezzi metallici, sull’ uscita non è presente alcun segnale, ma in presenza di oggetti metallici anche piccoli, si crea uno sbilanciamento (come in un trasformatore differenziale) e questa differenza è poi amplificata e rettificata da un circuito a transistor.

Questo segnale risultante in continua, sarà direttamente proporzionale alla massa metallica ma inversamente alla profondità, il valore medio efficace di questo segnale (rilevabile dal filtro a pesatura) servirà per controllare un amplificatore VCA che farà aumentare il segnale audio udibile e nello stesso tempo può agire anche su un indicatore visivo.

Dopo avere spiegato (seppure sommariamente) il funzionamento dei cercametalli in genere, vi anticipiamo che a breve ne presenteremo uno costruito da noi di facile realizzazione.