Belli bir uzaklıktan metalleri algılayan cihazlara metal dedektörü denir. Metal dedektörler manyetik indüksiyon prensibi ile çalışırlar, bu açıdan tranformatörlere benzerler. Bir hedefe veya ortama manyetik alan yayınlar ve geri dönen sinyali analiz ederler, yayınlanan manyetik alan zamanla değişken olup genellikle ses frekansı civarındadır..
Metal dedektörlerinin uygulama alanı oldukça geniştir. Dünyada yaygın bir hobi olan altın, sikke ve define araması metal dedektörleriyle yapılmaktadır.Arkeolojik kazılarda mutlaka metal dedektörleri kullanılır. Mabet,mahzen, tünel gibi yeraltındaki boşlukların tespiti ile tarihi eserlerin ve takılar gibi objelerin aramasında kullanılmaktadır.Güvenlik amaçlı olarak; havaalanı, alışveriş merkezi, konserler gibi kamusal ve özel alanlarda, insanların üzerlerindeki ateşli ve ateşsiz silahlar metal dedektörleriyle aranmaktadır.
Askeri alanda ise mayınlar, bomba ve benzeri mühimmatın yerini tespit etmek için kullanılır. Telefon,doğalgaz,elektrik, su ve benzeri dağıtım kurumları; kaybolan logar kapaklarını bulmada ve yeraltındaki borular, kablolar, vanalar ve benzeri nesnelerin yerlerini tespit etmek için dedektör kullanırlar. Çeşitli endüstri ürünleri de üretim makinelerinden kaynaklanan metal kirlenmesine karşı metal dedektör kontrolünden geçirilir.
Metal dedektörleri 2 türlü sınıflandırmak mümkündür. Birincisi çalışma prensibine göre ikinci sınıflandırma ise kullanım amacına göre yapılabilir, bu sınıfl andırma ilerleyen bölümlerde anlatılacaktır.
Çalışma prensibine göre dört çeşit metal dedektör tekniği vardır.
Vuru Frekansı Osilatör Tekniği (Beat-Frequency Oscillation) ve Rezonans Frekansı Osilatör Tekniği (Resonant Frequency Oscillators) metal dedektörlerinin en eski iki türüdür. Fakat bu iki tip dedektör özellikle frekans kararlılığı sorunu nedeniyle profesyonel firmalarca artık üretilmemektedir.Bu kısımda yaygın olarak kullanılan İndiksiyon Balans (IB) ve Darbeli İndiksiyon (PI) dedektörleri anlatılacaktır.
Günümüz modern metal dedektörlerinde mikroişlemcilerin kullanılması ile artık eski cihazlarda olması hayal bile edilemeyen özellikler ortaya çıkmıştır.Geçmişte, metal dedektörlerine yeni bir özellik eklemek kolay değildi. Boyut, maliyet ve kullanım açısından kısıtlamalar vardı, kullanıcı dostu cihazlarlar değillerdi. Bir mikroişlemci, bir LCD, basit bir tuş takımı ve bir yazılım ile dedektörlere artık herhangi bir donanım eklemeden hemen hemen sınırsız sayıda özellik eklenebilmektedir.
“Frequency Domain Metal Detector” veya “VLF” olarak da bilinmektedir. Günümüzde kullanılan en popüler dedektör teknolojisidir. Algılama işlemi için biri alıcı diğeri verici olmak üzere iki bobin kullanır. Verici bobinden zamanla değişken bir manyetik alan yayınlanır ve alıcı bobin ise toprak altındaki nesnelerden gelen sinyalleri almak ve güçlendirmek için bir anten görevi görür. Yayınlanan zamanla değişken manyetik alan, şekilde mavi renkle gösterilen alan çizgileri, hedef metaller üzerinde Eddy akımları oluşturur. Bu akımlar da zayıf manyetik alan oluştururlar ve yayınlanan alandan şekil ve şiddet açısından farklıdır, şekilde kırmızı renkle gösterilen alan çizgileri. Eddy akımlarının oluşturduğu manyetik alan alıcı bobinde zamanla değişen bir voltaj, Vsec, oluşturur. Bu sinyalin elektronik olarak işlenebilir bir düzeye yükseltilmesi gerekir çünkü gömülü metallerden geri dönen bu sinyaller yayınlanan sinyalden milyonlarca kat daha zayıftır.
1 Indiksiyon Balans Dedektöründe alıcı bobindeki dalga şekli Alıcıdaki sinyal aşağıdaki gibi tanımlanır:
Vsec(t)=AsecSin(ωt + ?)=Vr Sinωt +Vx cosωt Burada Vr = Asec Cos? ve Vx = Asec Sin? Sec: Alıcı bobin, Sekonder
1 Tx bobininden yayımlanan zamanla değişen bir manyetik alan B(t), Faraday kanuna göre çevresinde zamanla değişen bir elektrik alanı endükler, E(t), Maxwell denklemlerine göre elektrik ve manyetik alan ilişkisi aşağıdaki gibi ifade edilir. Bu elektrik alanı bir iletkende Ohm kanuna göre J akımı yoğunluğu oluşturur. (σ iletkenlik değeridir): Ve (uniform) permeability µ ‘ye sahip metal üzerinde akan bu akım Ampere kanuna göre (ikinci) bir manyetik alan oluşturur. Birinci bileşen, Vr, alınan sinyalin gönderilen sinyal ile aynı fazdaki bileşenidir (“eş-fazlı” veya rezistif bileşen) ikincisi, Vx, gönderilen sinyale göre 90 derece faz farklı olan bileşenidir (“karesel faz” veya reaktif bileşen). Vx ve Vr sinyalleri, hedefi n bobinden uzaklığına bağlı olarak değişir; uzaklaştıkça, iletilen alan zayıfl ar, hedefteki manyetik alan ve eddy akımlarından kaynaklanan sinyal de zayıflar. Vx ve Vr bileşenleri eşzamanlı bir demodülatör ile çözümlenir. Demodülatörde kullanılan referans fazın çok doğru ve sürekli bir kontrolü olması gerekir.
IB Dedektörlerinin Avantajları (PI dedektöre kıyasla)
1. Daha küçük altın külçelerini bulabilir. Frekans arttıkça daha küçük külçeleri bulur.
2. Maliyeti daha düşüktür.
3. Daha hafi f ve ergonomiktir.
4. Kullanımı kolaydır.
5. Pil ömrü daha uzundur.
6. Kentsel ortamda kullanımı kolaydır.(elektriksel gürültüye daha az duyarlıdır)
7. Belirli boyutlardaki külçeleri algılayamadığı “ölü bölgesi” yoktur.
Demir hurda alanlarında veya mineralize kayaların olduğu alanlarda arama yapmak için çoğu IB modeli dedektör, demiri ayırdetme imkânı sunar. Bazı modeller, eski eser (relic) ve sikke avcılığı (coinshooting) için uygun çok amaçlı ayırt edici sunar. PI, Darbeli indüksiyon Dedektörü Pulse Induction veya Time domain Metal Detector olarak da adlandırılır. Bu teknikte bobinine bir akım darbesi gönderilir ve aniden, mikrosaniyeler içinde kesilince bobinde ters yönde yüksek bir voltaj endüklenir (back emf, 100 Volt civarında), bu işlem 1 mili saniye arayla tekrarlanır.
Darbe Indiksiyon Dedektöründe bobindeki dalga şekli Metal hedef üzerinde Eddy akımları oluşur ve kendisini yaratan kaynak kapandığı için sönümlenmeye başlar, Eddy akımı etrafında ikinci bir manyetik alan oluşturur ve alıcı bobinde aynı karekterde voltaj endükler Oluşan bu voltaj akım anahtarının kapanmasından kısa bir süre sonra okunur.
Darbeli İndiksiyon dedektörü, tuzlu su veya mineralize topraklarda çalışırken tercih edilmektedir. PI ve IB, her ikisinin de altın madeni araştırmasında yeri vardır. Az sayıda altın araştırmacısı koşullara bağlı olarak her iki cihazı da kullanmaktadır. Bazen bir alanı önce PI ile ararlar daha sonra, PI’nın kaçırdıklarını bulmak için aynı alanı bir VLF ile tararlar. (Veya önce VLF’yi yapabilir ve ardından PI ile takip edebilir.) Bununla birlikte, PI dedektörler giderek IB dedektörlerin yerini almaktadır.
Farklı arama türleri için farklı tipte dedektörler vardır ve bir metal dedektöründe arzu edilen özellikler, amaçlanan kullanıma bağlıdır. Sektörde aşağıda tanımlanan dört tip Metal dedektörü vardır:
1. Çok Amaçlı Dedektörler
2. Sikke ve Relik Dedektörleri
3. Altın Dedektörleri
4. Sualtı Dedektörleri
Arama bobini (Search Coils) metal dedektörlerin en hayati parçasıdır. Kullanım amacına bağlı olarak genel olarak 6 çeşit arama bobini mevcuttur.
Eş-merkezli,Tekli, İmgeleme, Çift-D arama bobinleri ile bazı özel uygulamalarda kullanılan 2-kutulu ve araca monte edilebilir arama bobinleri görülmektedir. Arama bobinleri düz ve genellikle dairesel disk şeklinde olup bir manyetik alan oluşturarak çevresindeki metalik hedefleri algılar. Arama Bobini Türleri Bir arama bobininin algılama örüntüsü (pattern) Tx’nin ürettiği alan deseni ve Rx’in algılama alan deseni ile birlikte belirlenir. Alıcı bobinde (pick up) endüklenen gerilim aşağıdaki formül ile hesaplanabilir:
ε = µ Np Nf ϖ R p 2 I0 ω/(2Rf)....(Eş.1) ε: Rx bobininde endüklenen gerilim Np Rx bobini tur sayısı Nf Tx bobini tur sayısı Rp Rx bobini çapı Rf Tx bobini çapı I 0 : Akım tepe değeri ω: Akım frekansı
Bir arama bobininin algılama derinliği, madeni para büyüklüğünde bir nesne için yaklaşık madeni para çapına eşit olacaktır.Bununla birlikte, bir arama bobininin boyutu arttıkça ve alan deseni daha büyük olduğunda, alan deseni daha az yoğunlaştırılmış hale gelir ve küçük nesneleri atlamaya başlar. Bir madeni para büyüklüğünde nesne için, bu etki, yaklaşık 15 inch çaptan daha büyük arama bobinleri kullanıldığında fark edilir hale gelir. Büyük bir arama bobini tarafından üretilen alan, küçük bir arama bobininden daha derine gider fakat daha az yoğundur, genellikle büyük ve derine gömülü olan hedefler için en iyi seçimdir.
Eş-merkezli Arama Bobini (Concentric Search Coil):
Eş-merkezli yapılandırma, genellikle dairesel olan Tx ve Rx bobinden oluşur. Bu yapılandırmanın avantajı, bobinlerin olabildiğince geniş olarak sarılması ile mümkün olan en geniş algılama alanının ve derinliğinin sağlamasıdır. Bunlar çok kullanılan arama sondası olup çoğu ortamda en iyi performansı sağlamaktadır. Malesef, bu yapılandırma, topraktaki minerallerden kaynaklanan etkileşime çok duyarlıdır.
Tekli-Arama Bobini (Mono-Search coil)
Sadece PI dedektörlerinde kullanılır, eş-merkezli yapının bir çeşididir. Tekli arama bobini, Tx ve Rx bobinleri olarak birlikte ya da hem Tx hem de Rx olarak kullanılan tek bir bobin olarak da üretilebilir.
İmgeleme Arama Bobini (Imaging Search Coil)
İmgeleme Bobini, ilave bir Rx bobinine sahip eşmerkezli yapının gelişmiş bir çeşididir. Bu ekstra bobin, doğru hedef derinlik ve boyutlandırması için gerekli olan bilgileri dedektöre sağlar. Dedektör, bu ek boyut bilgisi ile bir hedefi n özelliklerini daha iyi tanımlayabilir. İlk seferde aynı iletkenliğe sahip örneğin altın bir paraya karşı bir soda kutusunu ayırd edebilir.
Çift-D Arama Bobini (Double-D Search Coil)
Zemin ile etkileşimi önemli ölçüde azaltmak ve böylece eşmerkezli bobinin mineralize toprak tarafından bozulan performansını düzeltmek üzere tasarlanmıştır. Çift-D bobini ile Tx ve Rx bobinlerinin düzeni zeminden gelen bozucu sinyalleri elimine eder. Bu yapılandırma DD olarak adlandırılır, çünkü Tx ve Rx bobinleri “D” şeklindedir.
2-Kutulu Arama Bobini (2-Box Search Coil)
Tx ve Rx bobinleri fi ziksel olarak yarım metre kadar ayrıktırlar. Bu yapılandırma, 7,5-10 cm çapında bir arama bobini performansına ulaşmak için pratik bir imkân sağlar. Büyük boyutları ve dolayısıyla büyük algılama alanı nedeniyle 2-Kutu Arama bobini, büyük ve derine gömülü kalıntıları, örneğin eski eserleri ve define sandıkları gibi nesneleri tespit etmek için en iyi seçimdir. Ayrıca, geniş saptama alanı nedeniyle yaklaşık 7,5 cm çaptan küçük nesneleri görmezden gelir. Bu özellik, küçük işe yaramaz hurda nesneleri ile dolup taşan alanlarda arama yaparken avantajlıdır.
Çeşitlil şekillerde ve boyutlarda arama bobini vardır. Doğru bobin seçimi, aranılan gömünün özelliklerine bağlı olmakla birlikte arama yapılacak ortama da bağlıdır. Genellikle arama bobinleri dairesel veya eliptik şekildedir. Eliptik arama bobini, dairesel arama bobininden daha iyi manevrakabiliyetine sahiptir ve daha geniş kapsama alanı sağlar. Bununla birlikte, dairesel bir arama bobini,mineralize olmayan topraklarda biraz daha fazla algılama derinliği ve hassaslığı vardır, bu nedenle halen en çok kullanılan şekildir.
Aşağıdaki tabloda ve şekilde boyutlara göre bir sınıflandırma gösterilmiştir.
Arama Bobini Çap Özellik
En Küçük Boyutlu 12,7 cm’e kadar,Up to 5” Birbirine yakın duran metal hurda ve değerli madenleri daha iyi ayırır.
(Super snipper) Küçük Boyutlu 12,7-20,3 cm, 5 “- 8” Metal hurda” alanlar ve aşırı mineralize zeminler için kullanılırlar.
Orta Boyutlu: 20,3-29,2cm, 8 “- 11,5” “Altın orta” olarak da adlandırılır, ortalama metal tespit koşulları altında, geniş bir hedef yelpazesi için, genel kullanım için tasarlanmıştır.
Büyük Boyutlu 29,5-61cm, 11,5”- 24” Daha çok derine nüfuz edecek şekilde tasarlanmıştır.Büyük bir arama bobininin maksimum pratik boyutu deneysel olarak 38,1 cm (15 inç) olarak belirlenmiştir. Daha büyük boyuttaki bir arama bobininin kullanılması derinliği artırmaz çünkü tespit edilen mineralizasyon miktarı dedektörün performansı üzerinde negatif etkiye sahiptir. Daha derine inmek için Darbe İndüksiyon (PI) metal dedektörü kullanılmalıdır.
Piyasada bulunan çeşitli metal dedektörlerini karşılaştırmak için kullanılabilecek dört ana özellik vardır. Bunlar derinlik, duyarlık, ayırd etme kabiliyeti ve toprak dengeleme özellikleridir.
Derinlik (Depth)
Dedektörün, toprağa nüfuz edebileceği ve metal nesneleri tespit edebildiği mesafeyi tanımlar. Derinlik, dedektör teknolojisine ve birçok çevresel faktöre bağlı olarak değişir. Derinliği etkileyen en temel faktörler; dedektörün çalışma frekansı (düşük frekans, yüksek frekanstan daha iyi bir derinlik verir), arama bobinin büyüklüğü ve toprağın mineralizas yonudur. Bununla birlikte aşağıda listelenen hedefe ait özellikler de derinliği etkiler:
- Hedefi n büyüklüğü; büyük hedefler küçük hedeflerden daha derinden tespit edilebilir.
- Hedefi n şekli; paralar ve yüzükler gibi dairesel şekiller çivi gibi uzun ince şekilden daha derinden tespit edilebilir.
- Hedefi n cinsi; yüksek iletken metaller (örneğin gümüş) düşük iletken metallerden (örneğin kurşun) daha derinden tespit edilebilir.
- Hedefin oryantasyonu; yatay duran bir bozuk para dikey duran paradan daha derinden tespit
Duyarlılık (Sesitivity)
Bir metal dedektörünün küçük veya derinlerdeki hedefl eri tespit edebilmesinin ölçüsüdür.
Dedektörün duyarlığı, Eş.1’den de görüldüğü gibi çalıştığı frekans, akım tepe değeri, daha büyük arama bobini kullanılması ile artar. Özellikle mineralize topraklarda duyarlığı artırmak kararsızlığa neden olabilir. Dedektör, toprağın içindeki çok küçük metal zerrelerden sinyal almaya başlar tıpkı sisli bir gecede sisin zerrelerinden ışığın yansıması ile görüşün azalması gibi. Bazı metal dedektörleri şimdilerde 50 ve 60 kHz gibi oldukça yüksek frekansta üretilimekte ve bu onları küçük kibrit kafası boyutundaki külçe altınlara karşı çok daha hassas hale getiriyor. Frekans arttıkça derinlik azalır. İki ya da üç frekansa sahip metal dedektörler vardır, aradıklarına ve hangi zeminde çalıştıklarına bağlı olarak düşük ve yüksek frekans arasında seçim yapabilirler Duyarlığın doğru ayarı bir telsizin susturma (sequelch) ayarı gibi yapılabilir, şöyleki hata sinyali vermeye başladığı yere kadar duyarlık artırılır sonra sinyalin kesildiği ilk noktaya kadar azaltılır.
Metalleri Ayırdetme Özelliği (Discrinimation)
Sikke ve define dedektörleri her zaman metal hedefleri ayırd etme, tanımlama yeteneğine sahiptirler. Ayırdetme şöyle seçilir:
- Demir/Demir-olmayan (Ferrous / non-Ferrous)
- Zaman sabiti (bazen iletkenlik denir)
Bir metal hedef, mıknatıs tarafından çekilirse buna demirli bir hedef, aksi takdirde demir-olmayan bir hedef denir. Demir hedefl er normal olarak “çöp” veya “önemsiz” olarak kabul edilir ve bu nedenle, demirli bir hedef tespit edildiğinde, metal dedektörünün ayrıdedici kontrolleri genellikle sesli tepki veya “bip” sesi çıkarmayacak şekilde ayarlanır. Gömülü metal hedeflerin büyük çoğunluğu demirlidir, ayırt edicinin en önemli kabiliyeti bu hedefl ere uyarı vermemesi, yalnızca demir-olmayan hedefleri tespit etmesidir. Metal dedektörler, Eddy akımlarının ölçerek farklı demir-olmayan hedefleri ayırdedebilir. Bu ayrım, hedefi n “zaman sabiti” ile belirlenir. Bir metal hedefi n iki özelliği zaman sabitini belirler.Birinci özelliğe endüktans denir.Bir diğer özelliğe “iletkenlik” denir.Zaman sabitleri hedefl er arasında çok büyük farklılık gösterir. Aşağıdaki listede kısa zaman sabitinden uzun zaman sabitine doğru artan hedefler gösterilmiştir.
- Küçük alüminyum folyolar,
- Mücevher zincirleri,
- Küçük eski Roma sikkeleri,
- ABD doları (küçük 10 c jeton),
- Som bronz kemer tokası,
- Som Bronz Çağ balta başı,
- Büyük altın külçe veya büyük kalın bakır veya alüminyum plaka.
Toprak Dengesi (Ground Balance)
Kum ve toprakta bir miktar demir bulunur. Yeraltı suları çözünmüş tuzların varlığına bağlı olarak iletken özelliklere sahip olabilirler ıslak deniz kumu ve kırmızı toprakta. Sonuçta, metal dedektörler, zeminin kendisinden dolayı, gömülü küçük metal nesnelerden kaynaklanan sinyalden binlerce kat daha güçlü sinyaller alabilmektedir.Arama bobini yerden yükseltildiğinde ve indirildiğinde ya da toprak altında bir höyüğün veya deliğin üzerinden geçildiğinde toprak sinyalinde önemli ölçüde değişiklikler meydana gelir.Bu değişiklikleri karşılamak için metal dedektörün toprak dengeayarı yapılarak dedektörün çıktısı sabit yapılır. Doğru bir toprak dengesi ayarı, zemindeki hedeflerin derinliğini tahmin etmenin yanı sıra, hedefl erin konumunu çok iyi bir hassasiyetle “tespit”etmeyi mümkün kılar.Toprak dengesinin en basit şekli,elle ayar (Manuel) yapmaktır. Bu yöntem oldukça etkili olmasına rağmen bazı kullanıcılar bunu zor ya da kafa karıştırıcı bulur. Daha gelişmiş metal dedektörleri,arama bobini havadayken, daha sonra yerde iken bir takım ölçümler yaparak toprak dengesini otomatik olarak ayarlar. En gelişmiş toprak dengesi metal dedektörleri, zemin kompozisyonunda değişiklikler meydana geldiğinde kademeli olarak kendilerini ayarlarlar. Buna “Toprak Dengesi İzleme” denir.
Sektörde en çok tutulan “Garrett , Minelab , Makro , Conrad , DRS” modelin özelliklerini incelemek faydalı olacaktır.
Örnek olarak incelemek gekirsek Garrett AT Pro Metal Dedektörü ve Kontrol paneli
Teknik Özellikler
- 15 kHz çalışma frekansı:
- Pro Mod Audio: Hedef detay bilgileri ile modüle edilen ses özelliği.
- Yüksek duyarlıklı demir ayırdetme: Değerli madenleri değersizlerden ayırmak için 40 seviyede demir ayarı.
- Sayısal Hedef Tanımlaması:Hedefl erin iletkenlik değerlerini sınıfl andırma özelliği. 0’dan 99’a kadar hedef tanımı skalası.
- Demir uyarı sesi: Ayırd edilmiş demirleri kullanıcının duymasını ve dedektörün mid-tone sinyal aralığını değiştirmesine izin verir.
- Çok hızlı ilk duruma dönüş (Fast Recovery Speed): Bu sayede hurda yığını içinden değerli madenlerin tespiti sağlanır.
- Toprak Dengesi: otomatik ve manuel
- Grafi k hedef analizörü (GTA): Hedefi n iletkenliğini gösterir.
- Sürekli sikke derinlik göstergesi: Hedefi n derinliğini gösterir.
- Pil durum göstergesi: Sürekli gösterilir
- Hedef tanımlama (ID) Cursor Segments: 12 (notchable)
- Demir ayırdetme Segments: 40
- Kabul/Red Ayırd etme: Var
- Arama modu: 6 (3 Standard, 3 Pro mod) + elektronik pinpointing
- Duyarlık/Derinlik Ayarı: 8 kademeli
- Elektronik Pinpointing: Var
- Sesli ID Seviyeleri: 3
- Standard Arama bobini: 8.5” x 11” DD
- Uzunluk (Ayarlanabilir):1.06m - 1.29m
- Ağırlık: 1.4 kg.
- Pil: 4 AA
- Arama Bobinleri: - 8.5” x 11” DD dalgıç arama bobini - 9” x 12” eşmerkezli arama bobini - 6.5” x 9” eşmerkezli arama bobini - 4.5” Super Snipper arama bobini
Endüstriyel metal dedektörleri, ilaç, gıda, içecek, tekstil,konfeksiyon, plastik, kimyasallar,kereste, madencilik, ambalaj endüstrisinde kullanılmaktadır.
Üretim hattında kullanılan Konveyörlü bir metal dedektörü (Inline Product Inspection).
Endüstriyel metal dedektörü için temel çalışma prensibi 3 bobin tasarımına dayanır. Bu tasarım, bir AM (genlik modülasyonlu) verici bobini ve iki alıcı bobini vericinin her iki tarafında yerleştirilmiştir. Alma bobinlerinin tasarımı ve fi ziksel yapılandırması, 1 mm veya daha küçük boyuttaki çok küçük metal kalıntıları tespit edebilme becerisine sahiptir.Ürünler üçlü bobbin sistemine girip çıkarken, iki alıcı bobinde eşit ama 180 derece faz farklı iki sinyal oluşur. Elde edilen sinyaller toplandığında birbirlerini etkisiz hale getirirler. Ürüne metal kalıntı karıştığında iki alıcı bobinde eşit olmayan bir sinyal oluşur.
Bu daha sonra çok küçük bir elektronik sinyal oluşturur. Uygun amplifi kasyonun ardından, konveyör sistemine monte edilmiş bir pick and place cihazı ile, kirletilen ürünü üretim hattından çıkarmak için işaretlenir. Bu süreç tamamen otomatiktir ve imalatın kesintisiz çalışmasına izin verir.
