Fémkeresők

 Három alapvető típus létezik:

• Frekvenciaeltolás elvén működő fémkeresők:
• BFO (Beat Frequency Oscillator)
• Drop-Out – Abszorpciós
• PLL (Phase Locked Loop)
• OR (Off-Resonance)
• Indukciós egyensúly elvén működő fémkeresők:
• IB (Induction Balance)
• T/R (Transmit / Receive)
• VLF (Very Low Frequency) - Alacsonyfrekvenciás
• Two-Box vagy RF (Radio Frequency) vagy UHF (Ultra High Frequency)
• PI (Pulse Induction) – Impulzusüzemű

Egyéb fémkeresők: THz-es képalkotók, magnetométerek, földradarok

Frekvenciaeltolás elvén működő fémkeresők:

BFO (Beat Frequency Oscillator)

A keresőtekercs a kereső oszcillátor rezgőkörének része. A frekvenciát a tekercs induktivitása valamint az állítható kondenzátor kapacitása adja (általában pár száz kHz). Alapesetben a kereső oszcillátor frekvenciája megegyezik a fix rezonanciájú kvarc kristállyal ellátott referencia oszcillátor frekvenciájával. Fém objektum hatására a keresőtekercs induktivitása és ez által a kereső oszcillátor frekvenciája eltolódik. A két oszcillátor jelei a mixerbe kerülnek, aminek kimenetén a jelek frekvenciáinak összege és különbsége mérhető. Ezek közül csak a frekvencia-különbség esik az emberi hallás tartományába, ezért a szűrő csak ezt engedi tovább és az erősítő ezt erősíti fel. A fejhallgatóban a frekvenciakülönbséggel arányosan fog hangmagasság változni, azaz minél közelebb kerül a fém a kereső tekercshez, annál nagyobb lesz a frekvenciakülönbség és annál élesebb a jelzőhang. Ha például mindkét oszcillátor 200 kHz-re van kalibrálva és a keresőtekercs induktivitása 0,01%-ot módosít a kereső oszcillátor frekvenciáján, akkor a frekvenciakülönbség 20 Hz-et változik. Nagyobb mértékű jelkülönbséghez magasabb frekvenciákon kellene az oszcillátorok rezegjenek, viszont minél nagyobb frekvenciájú az oszcillátor, annál inkább instabilabbá válik az áramkör és annál érzékenyebb a talajtulajdonságokra (pl. nedvességtartalom, ásványtartalom). A nagyobb frekvencia nagyobb energiával jár, ami könnyebben kölcsönhatásba lép a talaj alkotóelemeivel, azaz a talaj jobban elnyeli. Ha viszont túl alacsony, akkor a frekvenciatolás túl csekély ahhoz, hogy hallani lehessen, de kevésbé érzékeny a talajra, valamint figyelmen kívül hagyja a kisebb méretű fémeket. Ilyenkor előnyösebb frekvenciaeltérés vizuális kijelzése. A talajra való érzékenységet a tekercs kialakítása is befolyásolja. Javítja, pl. ha aluminium fóliával körbe van árnyékolva, szabadon hagyva egy kis részt (Faraday pajzs), ám ez csökkenti az érzékelési mélységet, vagy ha több rétegből van a tekercs kialakítva. Azonban ritkán bonyolítják túl a BFO fémkeresőket, általában 100-200 kHz környékén működnek megbízhatóan, 5-10 cm mélységig.

 A ferromágneses anyagok (melyek megmágneseződnek – mint a vas, kobalt vagy a nikkel) megvezetik, összpontosítják a mágneses mezőt. Ilyen anyagokat használnak transzformátorokban, motorokban, tekercsekben, hogy megerősítsék a mágneses mezőt és megnöveljék az induktivitást. Ha a fémkereső alaptónusa egy hallható tartományba eső hang (pl. f1-f2=600 Hz) és a keresőtekercs egy ferromágneses anyag közelébe ér, akkor a tekercs megnövekedett induktivitása miatt a kapcsolási sebesség azaz f1 csökken, ezért f1-f2 is mélyebb hangot eredményez a kimeneten. A nem ferromágneses anyagok (melyek nem mágneseződnek – mint az alumínium, réz, ólom, arany, ezüst) jobb elektromos vezetők, ezért a bennük indukált feszültség erősebb örvényárammal jár. Ennek járulékos mágneses tere a keresőtekercs mágneses terével kölcsönhatásba lép, ellenkező iránya lévén gyengíti azt. Ettől csökken a keresőtekercs induktivitása, amitől gyorsabban kezd rezonálni, azaz f1 megnövekszik, ezért f1-f2 magasabb hangot eredményez a kimeneten. Ebből kifolyólag különbséget lehet tenni a két típusú fém között.

Drop-Out (abszorpciós)

A BFO örvényáramon alapuló diszkriminációja önmagában is elegendő a fémek kimutatására. Az abszorpciós fémkereső, a BFO-nál egyszerűbb elven alapszik. A keresőtekercs egy nagyfrekvenciás (200-700 kHz) oszcillátor rezgőkörének része. A fémekben keltett örvényáram blokkolja a keresőtekercs mágneses mezejét, energiát von el, csökken az induktivitás, megnő a frekvencia, hiszen megváltozik a tekercs jósági tényezője. Ami a legfontosabb ebben az esetben, hogy mindez magával vonja az oszcillációk amplitúdójának csökkenését is. Tehát minél nagyobb vagy több fémtárgy hat a keresőtekercsre, annál kisebb lesz az oszcillációk amplitúdója. Ha elég nagy a keresett fém, az oszcilláció akár meg is szűnhet. Ennek elkerülését segíti egy rezisztív visszacsatolás, mellyel előre be kell hangolni a fémkeresőt a keresendő fém méretére és távolságára. A kimenő amplitúdó demodulálva (egyenirányítva és felerősítve) van, majd összehasonlításra kerül egy fix referencia feszültséggel. Ha nagyobb, akkor nincs kimenet, ha kisebb, akkor van. Mivel a komparátor kimenete digitális, ezért nincs köztes érték és a kijelzés is sokkal egyszerűbb. A kimenő jelszintet fel lehet erősíteni egy piezo hangszórónak, de egy LED is jelezheti a fém közelségét – ami lehet ferromágneses vagy nem ferromágneses – attól függően mire van rezgőkör ráhangolva.

  

A drop-out fémkeresőt a főleg a biztonsági rendszerek alkalmazzák a fémérzékelő kapukban illetve a kézi fémérzékelőkben.

PLL (Phase Locked Loop)

A PLL elvű fémdetektor nagyon hasonlít a BFO felépítésére, azonban nem frekvencia-, hanem fáziskülönbséget mér. Hiszen ha két jel között a fáziskülönbség változóban van, azt jelenti, hogy frekvenciájuk is különbözik. A keresőtekercs a kereső oszcillátor rezgőkörének része. A kereső oszcillátor frekvenciája a PLL-ben lévő VCO (Voltage Controlled Oscillator) frekvencia tartományába esik. Amikor a keresőtekercs közelébe fém kerül, megváltozik a kereső oszcillátor frekvenciája. A fázis detektor ezt összehasonlítja a referencia oszcillátorként üzemelő VCO jelével és a fáziseltérés mértékével arányos jelet ad a kimenetén. Az alul-áteresztő ezt konstans feszültséggé alakítja, hogy a VCO vezérlőjeleként szolgáljon. A VCO a bemeneti feszültség függvényében változtatja meg a kimenő jelének frekvenciáját, azaz igyekszik mindig ráállni a keresőoszcillátor frekvenciájára. A fázis detektorból kijövő hibajel konstans, amikor a frekvenciák találnak, azaz amikor a fáziseltolódás konstans. Amikor a frekvenciák különböznek, a változó fázissal azonos feszültségszintek jelennek meg a fázis detektor kimenetén. Az alul-áteresztő levágja a túl gyakori változásokat, hogy a VCO kimenetét ne modulálja, de ezzel egyben stabilizálja. Amikor a VCO rááll a keresőoszcillátor frekvenciájára, a PLL hurok zártnak tekinthető. Ez azt jelenti, hogy a fázis detektor kimenetén a feszültségszint többé nem változik, hanem konstans, ami a VCO-t megfelelő frekvencián tartja. Ez a hibajel minden frekvencián más, vagyis felhasználható a frekvenciaváltozások vagyis a fém jelenlétének kimutatására. A jelfeldolgozó lehet egy feszültség szintmérő, de akár hangerőbeli változással is jelezheti a fém jelenlétét. A diszkrimináció itt is érvényesül, hiszen a fém típusától függően más irányba és mértékben fog változni a frekvencia – és a hibajel. Ezt a típusú detektort ritkán és kevésbé érzékeny helyeken használják, mint például szenzorként a járművek mozgásának érzékelésére.

OR (Off-Resonance)

A kereső tekercset magába foglaló párhuzamos LC rezgőkör sávzáró rezonáns szűrőként működik, azaz csakis a rezonancia frekvenciáján kívül első frekvenciákat engedi tovább. Alap esetben ennek rezonancia frekvenciája az oszcillátor frekvenciájával talál, így az erősítőbe csak nagyon gyenge jel kerül. Az oszcillátor jele egy másik erősítőbe is eljut egy kiegyenlítőn keresztül. A kiegyenlítő jelcsillapítást végez, hogy ugyanannyira gyenge jel kerüljön a 2. erősítőbe is, mint az 1. erősítőbe. Amint a keresőtekercs fém közelébe kerül, elhangolódik a rezonancia frekvenciája és átengedi az oszcillátor jelét. Az 1. és 2. erősítő bemenetén különbözni fog a jelek amplitúdója. Hogy a különbség nagyobb mértékű legyen az erősítők felerősítik őket, a csúcs-detektorok egyenirányítják, majd egy differenciál erősítő jelszint különbséget mér és felerősíti a kimenetén. A kiegyenlítővel lehet behangolni a fémkereső érzékenységét, azaz hogy milyen jel szinttől legyen számottevő a jelkülönbség. Ha a két jelszint megegyezik, akkor a differenciál erősítő kimenetén 0V mérhető. Ha jelszintek különböznek, akkor a különbséggel arányos DC feszültség mérhető, amit egy jelfeldolgozó fogad és alakít hanggá, fénnyé vagy más mérési módszerré.

Indukciós egyensúly elvén működő fémkeresők:

IB (Induction Balance)

Ebben az elrendezésben két tekercs található. Az oszcillátor alacsony frekvenciás jelt produkál (15-25kHz) a keresőtekercsen, aminek mágneses mezeje kölcsönhatásba lép (induktívan csatolódik) a vevőtekerccsel. A vett jel az erősítőben felerősödik és egy csúcs-detektor egyenirányítja. A kapott DC jel ismét felerősödik a DC erősítőben, majd a jelerősségnek megfelelő hangerőjű audio tónussá alakul. Ehhez egy elektronikus kapocsló az oszcillátor frekvenciájával (vagy annak elosztott értékével) kapcsolgatja a DC jelet, ami egy négyszögjelt eredményez a DC szintjével azonos csúcs-csúcs amplitúdóval.  Végül a kimenetet egy audio erősítőn keresztül jut el a hangszóróba. Amint a keresőtekercs fém közelébe ér, megváltozik a mágneses mezeje és az induktív csatolás módosul. A vevőtekercsben indukált feszültség eltolódik, ami végül hangerőben változó tónusként jelenik meg a kimeneten.

Sok esetben az oszcillátorhoz két keresőtekercs is csatlakozik. Ezek úgy vannak elhelyezve és olyan fázisban vannak egymáshoz képest, hogy egymás mágneses mezejét kioltsák. Gyakorlatilag közrefogják a vevőtekercset és egymással ellentétes irányba vannak tekercselve. Alaphelyzetben a vevőtekercs gyenge mágneses mezőben van, alacsony a kimenete, viszont ha egy fémtárgy megzavarja a keresőtekercsek mágneses mezejét, akkor az egyensúly felborul és a vevőtekercsben nagy feszültség indukálódik. A fémek diszkriminációja ebben az esetben is működik, hiszen egyes fémeknél gyengül, másoknál pedig erősödik a mágneses csatolás. Általában az alapállapot nem a teljes egyensúlyt jellemző hangtalanság, hanem egy alaptónus, ami elhalkul, illetve felerősödik annak függvényében, hogy milyen típusú anyag van a keresőtekercs közelében. A kimeneten lévő jelerősséget a hangerőn kívül másképp is fel lehet dolgozni, ami lehetővé teszi, hogy például lenullázzuk a készüléket egy bizonyos méretű fémnél, hogy következőkor arra ne legyen annyira érzékeny. Ezt a típust a biztonsági kapuk fémérzékelői használják.

T/R (Transmit / Receive)

Hasonlóan az IB fémkeresőhöz, két tekercs van, melyek közül a keresőtekercs az oszcillátor frekvenciáján rezeg. Az oszcillátor jele a vágóban konstans amplitúdójú négyszögjellé alakul. A vevőtekercs által vett felerősített jelet egy másik vágó áramkör szintén négyszögjellé alakítja. Mindkét négyszögjel azonos amplitúdójú, de a jelformálók feladata az is, hogy 180 fokú fáziseltérés legyen köztük, mire a fázis detektorba érnek. Ekkor ugyanis a kimeneten nulla feszültség lesz mérhető, hisz a jelek kioltják egymást. A destruktív interferenciát egy állítható késleltető áramkörrel pontosítani lehet. A fémobjektum hatására többek között megváltozik a vevőtekercs által vett jel fázisa, amitől a fázis detektor kimenetén DC feszültség lép fel. A DC feszültséget egy erősítő felerősíti, mielőtt a mérésre kerülne sor. A DC jelet egy elektronikus kapcsolóval lehetne kapcsolgatni hangfrekvenciával, ha audio jelzésre lenne szükség.

VLF (Very Low Frequency)

Ugyanaz a blokkvázlata, mint a T/R típusnak, viszont alacsony frekvencián (5-30k Hz) üzemel. A tekercsek gyenge induktív csatolásban vannak, ezért a vevő tekercs kimenetén csak kis jel mérhető. A csatolás csak akkor erősödik meg, ha a keresőtekercs fém közelébe ér. Mindennek az előnye a T/R típussal szemben, hogy kevésbé érzékeny a talaj ásványi tartalmára (vezetőképességére). A T/R típust általában ásványokban szegény talajon vagy vizekben válik be, ellenkező esetben csak kis mélységig marad megbízható. A VLF típus ezzel szemben mélyebbre hatol, ugyanakkor érzéketlenebbé válik a kisebb fémekre. Az érzékenység bonyolultabb jelfeldolgozással javítható, és fázis demodulátorral diszkriminálni lehet a fémeket is.

Az indukciós egyensúly elvén működő fémkeresőkbe általában be van építve a T/R és a VLF üzemmód is. Ezzel nagyobb frekvenciatartományban üzemelhet a fémkereső, ami igencsak fontos, hiszen a keresett tárgyak mérete, anyaga, mélysége befolyásolja, hogy milyen frekvencián észlelhető leginkább.

Two-Box vagy RF (Radio Frequency) vagy UHF (Ultra High Frequency)

A vevő- és adótekercsek nagy távolságra vannak egymástól (kb. 80 cm). Ettől nagyobb az érzékelési zóna így méretesebb, mélyebben fekvő fémek érzékelésére alkalmas. A 8-10 cm-nél kisebb fém objektumokat figyelmen kívül hagyja. A két tekercs merőleges egymásra, hogy alap minél kevésbé csatolódjanak fémmentes esetben, az adó ne gerjessze a vevőt. Az adótekercs az adóban lévő rádiófrekvenciás (50 kHz – 500 kHz) RF oszcillátor rezgőkörének része. Az oszcillátor rezgéseit egy audio oszcillátor modulálja amplitúdóban. Az adótekercs így egy audio tónussal modulált rádiófrekvenciás jelet sugároz, akár egy hurokantenna. Az tekercsek elhelyezése miatt a vevő csak keveset vagy szinte semmit nem vesz ebből, azonban fém közelében az adás visszaverődik az adott fémről. Az adó működését egy AM rádióval is tesztelni lehet, ha az ugyanarra a frekvenciára van beállítva. A vevőt az adó harmadik harmonikusára van hangolva, ugyanis így érzékenyebb, mintha közvetlenül a vivőfrekvenciát venné. Az induktív csatolás a két tekercs között nagyobb a harmadik harmonikuson (pl. 300 kHz) mint az alapfrekvencián (100 kHz), valamint az elektromágneses hullámok jobban behatolnak 100 kHz-en, mint 300 kHz-en. Az adó tekercs függőleges a földre, hogy iránykarakterisztikájának csúcsa minél jobban a földbe hatoljon. 

A földhöz közelítve a tekercsek tulajdonságai megváltoznak, ezért az adó hangolókondenzátorával illetve a vevő tekercs fizikai döntésével finom-hangolni lehet az eszközt. A felszíni fém objektumok mindkét tekercs mágneses mezejét befolyásolják, de a mélyen lévő fém objektumok csak az adóét (hiszen annak ér el odáig az erőtere). Ennek köszönhetően kimutatható a mélység is, ám figyelembe kell venni a tekercsek szeparációs távolságát, méretét, az adó teljesítményét és a vevő érzékenységét is. A föld ásványtartalma szintén hatással van a vevő érzékenységére és a behatolási mélységre. A kisebb méretű és egymáshoz közelebb eső tekercsek érzékenyebbek a kis objektumokra, de kisebb területet fednek le és kisebb mélységre hatolnak. Egy 80 cm szeparációs távolságú fémdetektor legkevesebb egy futball labda méretű objektumot képes 2-3 m mélységben detektálni.

PI (Pulse Induction) – Impulzusüzemű

Egy impulzus generátor (60-600 Hz) impulzusokat küld egy kapcsolóba és a kereső tekercsbe egy erősítőn keresztül. A tekercs körül az impulzus hatására mágneses mező alakul ki. Amikor összeomlik egy ellenkező polaritású erős impulzust produkál az önindukció révén. Hogy ne keltsen oszcillációt, egy sorba kapcsolt damper ellenállás elnyeli a feszültségtüske nagy részét. Amikor a tekercs fém közelébe ér, a fordított polaritású impulzus hosszabb ideig fog tartani, később cseng le. Ez annak köszönhető, hogy a fémben örvényáramok keletkeznek melyeknek saját mágneses mezejük lesz, vagy pedig megmágneseződik a fém attól függően, hogy ferromágneses vagy sem, és a létrejött mágneses mező késlelteti a keresőtekercs mágneses mezejének összeomlását. A kapcsoló az impulzusgenerátor ütemére akkor késleltetve nyit, vagyis amikor a fordított polaritású válasz impulzus érkezik. Az integrátor kimenetén lévő feszültség a bemeneti feszültség és az impulzus időtartamának szorzatával egyenlő, így a szélesebb impulzusok nagyobb feszültséget keltenek a kimeneten.

A talaj szerkezete kevésbé van hatással a PI fémkeresőkre, ezért stabilabb a BFO vagy IB keresőknél. Hátránya, ogy kevésbé tud különbséget tenni a ferromágneses és nem ferromágneses anyagok között, valamint nagyobb teljesítményű tápegységet igényel. Míg más típusú fémkeresőknél hangolni lehet, hogy pl. a saját fémszerkezetére immúnis legyen, addig a PI fémkereső ezt nem képes figyelmen kívül hagyni, ezért többnyire fém mentes a konstrukciója, vagy legalább is a keresőfej közelében nem alkalmaznak fémes anyagokat.

A legtöbb házi készítésű PI fémkereső mikrovezérlővel készül, hiszen azzal egyszerűen lehet precíz impulzusokat generálni, valamint mérni a válaszjel időtartamát az analóg-digitális átalakító segítségével. A mérés kijelzése vizuális és audio formában szintén kivitelezhető a mikrovezérlővel. A tekercset vezérlő impulzus erősségétől és a tekercs méretétől függ, hogy milyen mélységig képes a fémdetektor érzékelni.

Keresőfejek

Sokszor a keresőfejek alapján osztályozzák a fémkeresőket. Az alapvető különbséget az adó és vevő tekercsek elhelyezése jelenti, ami 5-féleképp lehetséges: koncentrikusan, Dupla-D, mono, koaxiális, képalkotó vagy 2-box elhelyezésben.

 
Koncentrikus

Egy kisebb és egy nagyobb kör vagy ellipszis alakú tekercs koncentrikus elhelyezésben. A nagyobb külső tekercs az adó, a kisebb belső tekercs a vevő. A tekercsek méretei egymáshoz képest mindig arányosak, a keresőfej pedig minél nagyobb, annál szélesebb és mélyebb területet fed le. A VLF fémkeresők többnyire ilyennel működnek.

Dupla-D (DD)

Két egyforma D alakú tekercs, egymásba fonódó elhelyezésben. Ez a kivitel csökkenti a föld okozta interferenciát. A pozitív detektálási terület a tekercsek átfedése alatt van, azon kívül pedig negatív (kioltó) detektáló mező található, amely a földjelektől mentesít. Bár a keresési mezője kisebb (keskenyebb), mint a koncentrikus keresőfejnek, viszont az interferencia csökkentés miatt az ásványokban gazdag talajon jobban teljesít. A VLF fémkeresőkben használják.

Mono

Egyetlen tekercsből áll, ezért csak az olyan technológiájú fémkeresők használják, melyek egy tekerccsel is tudnak dolgozni, mint pl. a PI fémkereső. Az adótekercs egyben vevőtekercs is, mérete a keresési felület méretét befolyásolja, akár a koncentrikus keresőfej esetén.

Koaxiális
Három egyforma tekercs egymás alatt, melyek közül középen az adó, alatta és felette pedig a vevő tekercsek vannak. Mindkét irányban egyformán érzékel, de különbséget tud tenni az alsó és felső célpontok között, ezért kiiktathatók a talaj fölötti zavaró tényezők, mint például a magasfeszültségű vezetékek. Az érzékelési mélysége csekély a kisméretű keresőfej miatt (nagyobb méretben túlságosan nehéz lenne).

Képalkotó
Három különböző méretű tekercs, melyek közül a legnagyobb az adó, és a két kisebb a vevő tekercs, koncentrikus elhelyezésben. A két vevőtekercs pontosabb adatokat szolgáltat, könnyebb elkülöníteni az objektumokat egymástól.

2-box
Két egyforma, különálló keresőfej, melyek közül egyik az adó, másik a vevő. Ezzel a típussal lehet a legnagyobb felületet szkennelni, azonban csak nagy méretű fémek felkutatására alkalmas (min. 10 cm).

THz-es képalkotók, magnetométerek, földradarok

Az olyan fémek, mint a nem korrodálódó inox, a hőálló vagy bármilyen adalék anyaggal készített fémek, nehezebben érzékelhetők a hagyományos fémkeresőkkel. Továbbá nagyobb terület hatékonyabb felderítése, illetve a több méter mélyen fekvő fémtárgyak (elásott harckocsik, elsüllyedt hajók, aknamezők) felkutatása, illetve az egészen apró fémszennyeződések kimutatása sem lehetséges kézi keresőkkel.

THz-es képalkotók

Ezek az eszközök THz frekvencián működnek, ezért nem a földben / vízben rejlő fémtárgyak felkutatására használják, hanem:

• Orvosbiológiai alkalmazásokban, mert a THz sugárzás nem ionizáló hatása kevésbé káros az élő szövetekre, mint az X sugár

• Természettudományban, a vegetatív szövetek víztartalmának ellenőrzésére, mert a THz sugárzást a víz jól elnyeli.

• Vegyiparban, a különböző vegyületek víztartalmának vizsgálatára, mert például a kenőolajnak ez az egyik legfontosabb paramétere a kopási folyamatokat befolyásoló tényezők közül. Továbbá számos polimer anyag nem lép kölcsönhatásba a THz sugárzással, ezért például meg lehet vizsgálni a műanyag hegesztett illesztéseinek minőségét, vagy akár rendszerezni is lehet a különböző anyagokat újrahasznosítás során. A THz-es képek felhasználhatók a kompozitok vizsgálatára, például a különböző rosttartalmú területek azonosítására, vagy a szerkezeti integritás értékelésére. A víz abszorpciójára érzékeny fa polimer kompozitok THz-spektroszkópiájával kimutatható, hogyan növekszik azok víztartalma, de megállapítható pl. egy papír vastagsága és víztartalma is.

• Gyógyszeriparban, mert számos kémiai anyagnak jellegzetes spektrális lenyomata van a THz sávban, ami felhasználható a szennyeződések azonosítására.

• Élelmiszeriparban, a csomagolásban lévő idegen tárgyak (műanyag, fa, üveg, kő, fém) felismerése

• Biztonsági rendszerekben, ahol a THz spektroszkópia kimutatja a robbanóanyagokat, rejtett fegyvereket

• Karbantartásban, ahol az öregedő olaj, víz és gázvezetékek ellenőrzésére, hiszen a THz sugárzás átlát a csővezetékek ásványgyapot, uretánhab vagy egyéb típusú szigetelésén és kimutatja a korróziós foltokat a csövek felületén, akár a korrózióvédelmet nyújtó réteg alatt is.

• Űrtechnológiában, különböző tartályok hibáinak azonosítására

• Régészetben, a festményekben rejlő fémrétegek kimutatására, ami segítségével azonosíthatók a több rétegű festmények rétegei.

Egyik fontos és alapvető tulajdonsága a THz sugárzásnak, hogy nagy mértékben visszaverődik a fémtárgyak felületéről. Ugyanakkor a vevőegység nagyon érzékeny a testek által kibocsátott elektromágneses sugárzásra. Ez utóbbi a passzív, előbbi pedig az aktív THz fémkereső típus. A nagyobb méretű fémek THz-es  keresése nem alkalmazható kincskeresésre, hiszen a föld ásvány és nedvességtartalma csak rendkívül kis mélységet tenne lehetővé, emellett árban sem hasonlítható össze a hagyományos fémkeresőkkel. Inkább a biztonsági rendszerek hatásfokát javítja a THz képalkotó olyan fenyegetéseket képes kimutatni, melyet egy szimpla fémdetektor, röntgen letapogató vagy magnetométer figyelmen kívül hagyna. Például egy kerámiakés átjuthat egy fémdetektoron riasztás nélkül, viszont a THz képen könnyen felismerhető akár több réteg ruházaton vagy egy cipő talpán keresztül is. A robbanóanyagokat is könnyedén kimutatja, legyenek bárhová elrejtve, hiszen minden robbanóanyag sajátos molekuláris szerkezettel rendelkezik.

A legnagyobb kihívást a THz frekvenciájú jelek érzékelése jelenti, hiszen ezen a sávon és szoba-hőmérsékleten a fekete-test sugárzás nagyon erős. A jel/zaj arány javítható, ha a letapogatás koherens fényforrással (pl. lézerrel) történik, bár ez csak statikus objektumok esetén működhet, melyeket pixelről pixelre végig kel pásztázni. Használható egy mátrix adó is, melynek vevő szintén mátrix szerkezetű. A lencsék használata igencsak korlátolt ebben a tartományban, hiszen gátat szabnak a képalkotás felbontásának. Ehelyett inkább a nagyobb pixelszámú kamerák vannak előnyben.

A letapogatási távolságot nagyban csillapítják az légkör alkotóelemei, ezért ez a technológia csak kis távolságban működik. Akár más képalkotásban, a diffrakciós jelenség itt is problémát okozhat. Az abszolút felső korlátot a szenzor mérete, a lencse fókusztávolsága és a lencsén áthaladó fény hullámhossza szabja meg. Ha a diffrakció korlátozott, akkor a felbontás csak a frekvencián múlik.

Magnetométerek

A mágneses tér mérésére alkalmas eszköz, mely a Föld mágneses mezőjének változását méri. A különböző ásványok illetve nagyobb méretű fém objektumok helyi torzulásokat vagy rendellenességeket okoznak környezetükben, amiket a műszer észrevesz. A magnetométer alapvetően két tulajdonságát méri a mágneses mezőnek:

• Irányát (vektor komponensek irányát): nyílásszöget és magassági szöget

• Erősségét (magnitúdóját): a vektorok abszolút vagy relatív nagyságát

Ezt a két paramétert számtalan módon lehet mérni, fémkereséshez azonban leghatékonyabbak közé tartozik a Fluxgate magnetométer vagy gradiométer.  Előnye a hagyományos fémkeresőkkel szemben, hogy messzebbről jelzi a fémet és sokkal mélyebben fekvő tárgyakat (5-10 m) is észrevesz. Hátránya, hogy a felszíni kisebb fémek eltakarják a műszer elöl mélyebben fekvő nagyobb fémeket, valamint a nem mágneseződő (nem ferromágneses) fémeket nem érzékeli. A magnetométer hatékonyságát csökkentik a mágneses mező időbeli változásai, amit kerítések, épületek, járművek okoznak, vagy pedig a földben lévő ásványok, csővezetékek és vashulladékok.

 A magnetométer érzékelője két tekercsből áll. Az egyik a vezérlő tekercs, mely két ellentétes tekercselésű részből áll. Ez lehet két különálló egyenes magon vagy egyetlen toroid alakú magon. A másik az érzékelő tekercs, mely körülveszi a vezérlőtekercset és mágneses mezejének változásait méri. A tekercsre kapcsolt váltóáram (10-20 kHz) az ellentétes tekercselésű rúdmagok (vagy a toroid mag) miatt egymást kioltó mágneses mezőt kelt, ezért az érzékelő tekercsben nem indukálódik feszültség. A vezérlő tekercsre kapcsolt váltóáram a magot (a toroid mag mindkét oldalát vagy a párhuzamos rudakat egyszerre) a telítettség és telítetlenség ismétlődő ciklusában hajtja. Egy külső mágneses mező szempontjából a mag hol kis, hol pedig nagy permeabilitású. Amikor éppen nagy permeabilitással rendelkezik, vonzza a külső mágneses mezőt. Ebben az esetben, az a mag, amelyhez külső mágneses mező irányával ellenkező irányú mágneses mező tartozik, hamarabb kilép a telítettségi állapotból, és az a mag amelyhez a külső mágneses mezővel egyező irányú mező tartozik, később lép ki a telítettségi állapotból. Ez az idő alatt a vezérlőtekercs két oldalának mágneses mezeje nem oltja ki egymást, a létrejövő fluxusváltozás pedig feszültséget indukál az érzékelő tekercsben. A váltóáram következő félperiódusában a mágneses mezők megfordulnak, és egyikük mindig azonos illetve ellentétes irányú lesz a külső mágneses térrel. Emiatt két feszültségtüske lép fel az értékelő tekercsben, ezért az itt mért frekvencia kétszerese lesz. A tüskék amplitúdója és fázisszöge pedig a külső mágneses tér erősségével és polaritásával együtt változik. A tüskék érzékelését elősegíti ha az érzékelő tekercs frekvenciája egy kondenzátorral hangolódik.

A gradiométer két magnetométerből áll, melyek érzékelői vízszintesen elválasztott, fix távolságban vannak egymástól. A két mérés különbsége a mágneses elváltozások keltette gradiens értékét adja. Ezzel kompenzálható a Föld időben változó mágneses mezeje és minden egyéb interferencia forrás. Mivel sokkal csekélyebb rendellenességeket is kimutatnak, mint a szimpla magnetométer, ezért gyakrabban alkalmazott módszer. Sokszor egyetlen központi jelfeldolgozó és több mozgó érzékelő dolgozik egyszerre párhuzamos vonalakban, így a vonalak menti és a vonalakat keresztező gradiensek is kiszámíthatók.

Földradarok (GPR – Ground-Penetrating Radar)

Ez az eszköz elsősorban geofizikai kutatásra alkalmas. Nagy frekvenciával (300MHz) sugározza a talajt és a földalatti tárgyakról visszaverődött hullámokat méri. Ezek nem csak fémek, hanem bármilyen anyagú, különböző alakzatú régészeti leletek is lehetnek, hiszen a különböző anyagokra más-más permittivitás jellemző, és az átmeneteknél visszatükrözi, megtöri vagy szétszórja az elektromágneses hullámokat. A rádióhullámok más-más sebességgel haladnak a különböző anyagokban és csak fél hullámhossznyinál nagyobb tárgyakkal lépnek kölcsönhatásba, (300 MHz esetén fél méteres tárgyakkal), ezért kisebb tárgyak érzékeléséhez nagyobb vivőfrekvencia szükséges. Az adó ás vevő antennák általában kettős dipólantennák, a vevő a visszatérő jel változásait hasonlítja össze az elküldöttel. Az antennák egymástól való távolsága a keresési mélységet befolyásolja.

Korlátként a föld elektromos vezetőképessége, a vivőfrekvencia és a teljesítmény említhető meg. A túl magas vivőfrekvencia – bár nagyobb felbontást eredményez – nem hatol nagyon mélyre a földben. A föld vezetőképessége, ha igen magas, nagymértékben csillapítja még az alacsony frekvenciákat is, korlátozva a rádióhullámok mélyre hatolását. Legmélyebbre a jégben lehet hatolni (hiszen a jégben a töltéshordozók mozgásképtelenek) nagyon alacsony frekvencián, de a száraz homokos talaj, gránit, mészkő és beton is ellenáll a vezetésnek, ami akár 15m mélységet is megenged. A nedves vagy agyagos talajok nagyon jó vezetők, ezért csak pár centiméter mélységig lehet kutatni.

A földradar, akár hagyományos fémkereső többféle technológiát alkalmaz a mérésre, mint az impulzusok, frekvenciaugrás, frekvencia moduláció, modulálatlan folytonos hullámú radar. Ez utóbbi nem mélységi, hanem vízszintes keresztmetszetet az antennák alatti 20-30 cm mélységről. A magas oldalirányú felbontás kivehetővé teszi a kisebb tárgyak észlelését, mint a taposóaknák, drágakövek, üregek és repedések.

Amikor a terep nehezen megközelíthető, repülőről, léghajóról vagy drónok segítségével lehet a felszín alatti réteget megvizsgálni.