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MetalldetektorEin Metalldetektor (auch Metallsuchgerät und Metallsonde) ist ein Gerät zur Lokalisierung verborgener Metallteile, Rohrleitungen und elektrischer Leiter an Land sowie unter Wasser. Zu den Sensoren, mit denen Metalle geortet werden können, gehören insbesondere Magnetometer sowie kapazitive und induktive Sensoren (bzw. kapazitive und induktive Näherungsschalter).  Geschichte und EntwicklungAb 1870 begann man, Geräte zur Lokalisierung von Metallen zu entwickeln. Vorteile versprach man sich vor allem im Bergbau. Der Physiker Heinrich Wilhelm Dove erfand im 19. Jahrhundert das Prinzip der Induktionswaage (engl. induction balance), das hundert Jahre später in den ersten Metallsuchgeräte angewandt wurde. Diese Geräte benötigten große Batterien und hatten keine große Reichweite. Alexander Graham Bell versuchte 1881 erfolglos eine Kugel in der Brust von US-Präsident James A. Garfield mit einem Metalldetektor zu finden. In den 1930er Jahren wurden modernere Metalldetektoren entwickelt. Der Techniker Gerhard Fischer erkannte, dass Radiowellen durch erzhaltiges Gestein und Metallteile abgelenkt wurden und baute Ortungsgeräte, die mit hochfrequenten Wellen arbeiteten. Im Jahr 1937 erhielt er das erste Patent für einen Metalldetektor. Józef Stanisław Kosacki, einem polnischen Offizier, der in St Andrews in Schottland in den frühen Jahren des Zweiten Weltkrieges stationiert war, gelang die Entwicklung eines leichteren und leistungsfähigeren Geräts. Auch dieses enthielt Elektronenröhren und benötigte dementsprechend große Batterien. Das Gerät war sehr erfolgreich und wurde erstmals auch in größerem Umfang zur Suche nach Sprengminen verwendet. White’s Electronics of Oregon entwickelte in den 1950er Jahren den Oremaster Geigerzähler zu Ortung von Erzvorkommen. Charles Garrett entwickelte den BFO (Beat Frequency Oscillator), also die tonfrequente Schwebung zwischen zwei LC-Oszillatoren, von denen sich einer bei Annäherung an Metalle verstimmt.[1] Mit der Erfindung und Entwicklung des Transistors in den 1950er und 1960er Jahren wurde es möglich, wesentlich kleinere und leichtere Geräte zu entwickeln. Die größte technische Entwicklung brachte die Induktionswaage mit zwei wechselstromdurchflossenen Spulen, deren Induktivitäten gegeneinander abgeglichen werden. Bei Annäherung an metallische Körper geraten sie aus der Balance. So können sogar Metalle voneinander unterschieden werden, da jedes Metall eine abweichende Phasenverschiebung ergibt. Das ursprüngliche Induktionsbalancesystem bestand aus zwei übereinander angeordneten identischen Spulen. Compass Electronics hingegen verwendete ab den 1970er Jahren Spulen in einer D-Form, deren gerade Abschnitte aneinander liegen. Um den störenden Einfluss insbesondere eisenhaltiger Böden auszublenden, konnte die Frequenz verstellt werden. Zur gleichen Zeit entstanden Pulsinduktionsgeräte. Im Gegensatz zum Schwebungsprinzip oder der Induktionswaage verwenden Pulsinduktionsgeräte gepulste Magnetfelder. Nach dem Aussenden eines Pulses wird durch ein Magnetometer die Zeit gemessen, die vergeht, bis der Puls abgeklungen ist. Die Abklingdauer erhöht sich durch Wirbelströme, die in metallische Körper induziert werden. Die Geräte sind unempfindlicher gegenüber der Bodenbeschaffenheit und erreichen große Tiefen. Aufbau Metalldetektoren bestehen aus einer meist batteriebetriebenen elektronischen Schaltung und einer von niederfrequentem Wechselstrom durchflossenen Suchspule, deren Magnetfeld möglichst weit reichen soll. Die Form der Spule ist dazu entweder flach (Teller- oder Ringform, Doppel-D ohne Kern) oder gestreckt (Zylinderspule). Die flachen Formen werden zum Absuchen von Personen oder von Bodenflächen verwendet, während die gestreckten Formen zur Lokalisierung von Objekten in Hohlräumen wie Bohrschächten oder Gesteinsspalten dienen. Elektronik und Spule sind mittels einer Leitung miteinander verbunden und meist auf ein Gestänge mit Armstütze montiert. FunktionGrundsätzlich können Metalldetektoren nach dem zugrundeliegenden Messverfahren unterteilt werden:
Die unterschiedlichen Signalantworten bei verschiedenen Metallen und Stoffen und die Möglichkeit zur Detektion hängen mit deren Stoffkonstanten zusammen. Primäre Einflussfaktoren zur Unterscheidung sind die magnetische Permeabilität und die elektrische Leitfähigkeit. Nichtmetalle unterscheiden sich bei diesen Stoffkonstanten wesentlich von Metallen. Darüber hinaus ist auch die Beweglichkeit der Ladungsträger von Bedeutung. Die Signaländerung wird bei allen Messverfahren elektronisch ausgewertet und auf einer optischen Skala (beispielsweise verschiedene LEDs) sichtbar oder durch einen akustischen Signalgeber ab einem bestimmten Schwellenwert hörbar gemacht. Bei industriell eingesetzten Metalldetektoren, zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie zur Qualitätssicherung und Vermeidung von Metallsplittern in Lebensmitteln, wird die Signalauswertung zur automatischen Steuerung der Produktionsanlage verwendet. AnwendungMetalldetektoren haben viele Einsatzbereiche:
Induktive Näherungsschalter arbeiten nach dem gleichen Prinzip wie Metalldetektoren, sind jedoch vergleichsweise klein und haben daher geringe Schaltabstände. Sie werden in der Automatisierungstechnik zur Positionsbestimmung und als Endlagenschalter eingesetzt. Literatur
Siehe auchWeblinksCommons: Metalldetektor – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Metalldetektor – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Einzelnachweise
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