Qu’est-ce qu’un détecteur de métaux à induction pulsée ?
Résumé de cette page :
- Un détecteur à induction pulsée (PI) fonctionne en envoyant de puissantes et brèves impulsions de courant qui génèrent un champ magnétique. Lorsque cette impulsion s’arrête, le champ s’effondre, créant une « impulsion réfléchie » qui est modifiée par la présence d’un objet métallique, signalant ainsi sa présence.
- Ces détecteurs sont conçus pour une profondeur maximale dans des conditions extrêmes comme les plages d’eau salée ou les sols fortement minéralisés, où ils surpassent les modèles VLF en ignorant ces conditions.
- Ils sont généralement moins adaptés à la recherche de petites cibles en zone urbaine, car leur capacité à ignorer des objets spécifiques est limitée, mais ils excellent dans la recherche de masses plus importantes en milieu rural ou dans des sols difficiles.
Passionnés de détection, vous vous posez des questions sur les détecteurs à induction pulsée (PI) ? Vous souhaitez comprendre comment ils fonctionnent, savoir s’ils sont adaptés à vos besoins de recherche, notamment pour les environnements difficile comme les plages ou les terrains très minéralisés. Vous vous interrogez sur leur capacité à ignorer le sable noir et à atteindre de grandes profondeurs, et sur leur différence avec les modèles VLF.
Cet article vous apportera toutes les réponses, en abordant le principe de fonctionnement de ces appareils, de l’émission à la réception des ondes, en passant par la gestion de la discrimination et de l’effet de sol.
Le principe de fonctionnement de l’induction pulsée
Une forme moins courante de détecteur de métaux est basée sur l’induction d’impulsions (PI). Contrairement aux VLF, les systèmes PI peuvent utiliser un seul disque comme émetteur et récepteur, ou ils peuvent avoir deux ou même trois disques fonctionnant ensemble. Cette technologie envoie de puissantes et brèves impulsions de courant à travers une bobine de cuivre. Chaque impulsion génère un bref champ magnétique. Lorsque l’impulsion se termine, le champ magnétique inverse la polarité et s’effondre très soudainement, ce qui provoque une forte pointe électrique.
Cette pointe dure quelques microsecondes (millionièmes de seconde) et provoque l’apparition d’un autre courant dans la bobine. Ce courant, appelé impulsion réfléchie, est extrêmement court, puisqu’il ne dure qu’environ 30 microsecondes. Une autre impulsion est alors envoyée et le processus se répète. Un détecteur de métaux de typique PI envoie environ 100 à 2000 impulsions par seconde, mais ce nombre peut varier considérablement en fonction du fabricant et du modèle, allant de quelques dizaines d’impulsions par seconde à plus d’un millier.
Si le détecteur de métaux se trouve au-dessus d’un objet métallique, l’impulsion crée un champ magnétique opposé dans l’objet. Lorsque le champ magnétique de l’impulsion s’effondre, provoquant l’impulsion réfléchie, le champ magnétique de l’objet fait que l’impulsion réfléchie met plus de temps à disparaître complètement.
Ce processus fonctionne un peu comme les échos : Si vous criez dans une pièce ne comportant que quelques surfaces dures, vous n’entendrez probablement qu’un écho très bref, voire pas d’écho du tout ; en revanche, si vous criez dans une pièce comportant de nombreuses surfaces dures, l’écho durera plus longtemps.
Dans un détecteur de métaux PI, les champs magnétiques des objets cibles ajoutent leur « écho » à l’impulsion réfléchie, la faisant durer un peu plus longtemps qu’elle ne le ferait sans eux. Un circuit d’amplification dans le détecteur de métaux est réglé pour surveiller la longueur de l’impulsion réfléchie.
En la comparant à la longueur attendue, le circuit peut déterminer si un autre champ magnétique a allongé la durée de décroissance de l’impulsion réfléchie. Si la décroissance de l’impulsion réfléchie prend plus de quelques microsecondes de plus que la normale, il y a probablement un objet métallique qui interfère avec l’impulsion.
L’émission des ondes
Le disque d’un détecteur de métaux à induction d’impulsions est très simple par rapport à un appareil VLF. Une seule bobine de fil est généralement utilisée pour les fonctions d’émission et de réception. Le circuit de l’émetteur consiste en un simple interrupteur électronique qui connecte brièvement cette bobine à la batterie du détecteur de métaux.
La résistance de la bobine est très faible, ce qui permet à un courant de plusieurs ampères de circuler dans la bobine. Même si le courant est élevé, il ne circule que très peu de temps. Les détecteurs de métaux à induction d’impulsions activent une impulsion de courant d’émission, puis s’éteignent, avant d’activer une autre impulsion d’émission. Le rapport cyclique, c’est-à-dire le temps pendant lequel le courant d’émission est activé par rapport au temps pendant lequel il est désactivé, est généralement d’environ 4 %. Cela permet d’éviter la surchauffe de l’émetteur et du disque et de réduire l’usure de la batterie.
La fréquence de répétition des impulsions (fréquence d’émission) d’un PI est d’environ 100 impulsions par seconde. Des modèles ont été fabriqués à partir de 22 impulsions par seconde jusqu’à plusieurs milliers d’impulsions par seconde. Des fréquences plus basses signifient généralement une plus grande puissance d’émission. Le courant d’émission circule pendant une durée beaucoup plus longue par impulsion, mais il y a moins d’impulsions par seconde.
Les fréquences plus élevées se traduisent généralement par une impulsion d’émission plus courte et une puissance moindre, mais il y a plus d’impulsions d’émission par seconde. Les fréquences plus basses tendent à atteindre une plus grande profondeur et une plus grande sensibilité aux objets en argent, mais sont moins sensibles au nickel et aux alliages d’or.
Ils ont généralement une réponse très lente de la cible, ce qui nécessite une vitesse de balayage très lente du disque. Les fréquences plus élevées sont plus sensibles au nickel et aux alliages d’or, mais moins sensibles à l’argent. Ils ne pénètrent pas aussi profondément que les modèles à basse fréquence pour l’argent, mais peuvent être utilisés avec une vitesse de balayage plus rapide.
Les modèles à fréquence plus élevée sont généralement plus productifs pour les recherches d’objets, car la vitesse de balayage plus rapide permet de fouiller une plus grande zone dans un temps donné, et ils sont plus sensibles à la trouvaille ultime de la plage, les bijoux en or.
Comme indiqué précédemment, une boucle de recherche PI contient une seule bobine de fil qui sert à la fois de bobine d’émission et de réception. L’émetteur fonctionne de la même manière qu’un système d’allumage automobile. Chaque fois qu’une impulsion de courant est envoyée dans la bobine d’émission, elle génère un champ magnétique. Lorsque l’impulsion de courant s’arrête, le champ magnétique autour de la bobine s’effondre soudainement. Dans ce cas, une pointe de tension de forte intensité et de polarité opposée apparaît aux bornes de la bobine.
Cette pointe de tension est appelée force contre électromotrice. Dans une automobile, c’est la haute tension qui met le feu à la bougie d’allumage. L’intensité de la pointe est beaucoup plus faible dans un détecteur de métaux PI, avec une amplitude de crête d’environ 100 à 130 volts. Sa durée est très courte, généralement moins de 30 millionièmes de seconde. Dans un détecteur de métaux PI, on l’appelle l’impulsion réfléchie.
La réception des ondes
Une résistance est placée sur le disque de détection pour contrôler le temps nécessaire à l’impulsion réfléchie pour tomber à zéro. Si aucune résistance n’est utilisée, ou si la résistance est très élevée, l’impulsion réfléchie « sonnera ». Le résultat est similaire à celui d’une balle en caoutchouc que l’on laisse tomber sur une surface dure : elle rebondit plusieurs fois avant de s’immobiliser.
Si une faible résistance est utilisée, le temps de décroissance augmentera et l’impulsion réfléchie s’élargira. C’est comme si on laissait tomber une balle en caoutchouc sur un oreiller.
Puisque nous voulons qu’elle rebondisse une fois, l’amortissement critique d’une balle en caoutchouc pourrait correspondre au fait de la laisser tomber sur un tapis. On dit d’une bobine PI qu’elle est amortie de manière critique lorsque l’impulsion réfléchie décroît rapidement jusqu’à zéro sans sonner. Une bobine trop ou pas assez amortie provoquera une instabilité et masquera les métaux à conduction rapide tels que l’or, tout en réduisant la profondeur de détection.
Lorsqu’un objet métallique s’approche de la boucle, il emmagasine une partie de l’énergie de l’impulsion réfléchie et augmente le temps nécessaire à la décroissance de l’impulsion jusqu’à zéro.
La variation de la largeur de l’impulsion réfléchie est mesurée pour signaler la présence d’une cible métallique. Pour détecter un objet métallique, nous devons nous intéresser à la partie de l’impulsion réfléchie où elle tombe à zéro. La bobine d’émission est couplée au récepteur par l’intermédiaire d’une résistance et d’un circuit d’écrêtage à diodes.
Les diodes limitent la tension de la bobine d’émission atteignant le récepteur à moins d’un volt afin de ne pas le surcharger. Le signal du récepteur contient à la fois l’impulsion d’émission et l’impulsion réfléchie. Le récepteur a un gain typique de 60 décibels. Cela signifie que la zone où l’impulsion réfléchie atteint zéro est amplifiée 1 000 fois.
Le circuit d’échantillonnage
Le signal amplifié provenant du récepteur est connecté à un circuit de commutation qui échantillonne la partie réfléchie de l’impulsion lorsqu’elle atteint zéro. L’impulsion réfléchie jusqu’à ce point est en réalité une série d’impulsions à la fréquence d’émission. Lorsqu’un objet métallique s’approche du disque, la partie émise du signal reste inchangée, tandis que la partie réfléchie de l’impulsion s’élargit. L’objet métallique stocke une partie de l’énergie électrique de l’impulsion d’émission et augmente le temps nécessaire pour que l’impulsion réfléchie atteigne zéro.
Une augmentation de la durée de quelques millionièmes de seconde est suffisante pour permettre la détection d’une cible métallique. L’impulsion réfléchie est échantillonnée à l’aide d’un commutateur électronique commandé par une série d’impulsions synchronisées avec l’émetteur. Le point d’échantillonnage le plus sensible de l’impulsion réfléchie se situe le plus près possible du point où elle atteint zéro.
Il s’agit généralement d’environ 20 millionièmes de seconde après l’arrêt de l’émetteur et le début de l’impulsion réfléchie. Malheureusement, c’est aussi la zone où un PI peut devenir instable. C’est pourquoi la plupart des modèles d’IP échantillonnent l’impulsion réfléchie à une décroissance de 30 ou 40 millionièmes de seconde, bien après qu’elle soit tombée à zéro.
L’intégrateur dans le boitier de contrôle
Pour qu’un objet puisse être détecté, les signaux d’échantillonnage doivent être convertis en une tension continue. Cette tâche est effectuée par un circuit appelé intégrateur. Il calcule la moyenne des impulsions échantillonnées dans le temps pour fournir une tension de référence. Cette tension continue de référence augmente lorsque le métal s’approche au disque, puis diminue lorsque l’objet s’éloigne. La tension continue est amplifiée et contrôle le circuit de sortie audio qui augmente la hauteur et/ou le volume pour signaler la présence de métal.
La constante de temps de l’intégrateur détermine la vitesse à laquelle le détecteur de métaux réagit à un objet métallique. Une constante de temps longue (de l’ordre de la seconde) présente l’avantage de réduire le bruit et de rendre le détecteur de métaux plus facile à régler. Les constantes de temps longues nécessitent un balayage très lent de la bobine, car une cible peut être manquée si elle passe rapidement devant la bobine de recherche. Les constantes de temps courtes (de l’ordre du dixième de seconde) répondent plus rapidement aux cibles. Elles permettent un balayage plus rapide de la boucle, mais aussi plus de bruit et d’instabilité.
La gestion de la discrimination sur un détecteur à induction pulsée
Les détecteurs de métaux PI ne sont pas capables du même degré de discrimination que les détecteurs de métaux VLF. En augmentant le délai entre l’arrêt de l’émetteur et le point d’échantillonnage (délai d’impulsion), il est possible de rejeter certains objets métalliques. Les feuilles d’aluminium sont les premières à être rejetées, suivies par le nickel, les tirettes et l’or. Certaines pièces de monnaie peuvent être rejetées avec des délais d’échantillonnage très longs, mais le fer ne peut pas être rejeté.
De nombreuses tentatives ont été faites pour concevoir un IP capable de rejeter le fer, mais elles n’ont donné que des résultats limités. Le fer est détectable avec des délais très longs, mais l’argent et le cuivre présentent des caractéristiques similaires. Ces longs délais ont également un effet négatif sur la profondeur de détection. La minéralisation du sol entraîne également un élargissement de l’impulsion réfléchie, ce qui modifie le point de réponse ou de rejet de la cible.
Si le délai est réglé de manière à ce qu’une bague en or ne réagisse pas lors d’un test à l’air, cette même bague peut réagir dans un sol minéralisé. Les sols minéralisés changent donc tout en ce qui concerne les délais et la discrimination des détecteurs de métaux PI.
La gestion de l’effet de sol sur un détecteur à induction pulsée
L’équilibrage de l’effet de sol, bien que très important pour les détecteurs de métaux VLF, n’est pas nécessaire avec les circuits PI. La minéralisation moyenne du sol n’emmagasine pas une quantité appréciable d’énergie provenant du disque et ne produit généralement pas de signal. Ce type de sol ne masque pas le signal d’un objet enterré. Au contraire, la minéralisation du sol augmente légèrement la durée de l’impulsion réfléchie, ce qui accroît la profondeur de détection.
Le terme « équilibrage automatique de l’effet de sol » est souvent appliqué aux détecteurs PI parce qu’ils ne réagissent normalement pas à la minéralisation et qu’il n’y a pas de réglages externes pour des conditions de sol spécifiques. Le sable noir et lourd est une exception. Il provoque une surcharge du dsique VLF, ce qui rend la pénétration du détecteur de métaux médiocre dans le meilleur des cas.
Un détecteur PI fonctionnera dans le sable noir, mais des faux signaux peuvent apparaître si le disque est maintenue très près du sol. Les réactions du sol peuvent être minimisées en utilisant un délai plus long entre l’arrêt et le point d’échantillonnage (délai d’impulsion). Le fait d’avancer légèrement le délai permet d’atténuer les faux signaux causés par la plupart des minéralisations.
La plupart des détecteurs PI sont réglés manuellement. Cela signifie que le prospecteur doit régler une commande jusqu’à ce qu’un clic ou un bourdonnement se fasse entendre dans le casque. Si les conditions de recherche changent, par exemple lorsque l’on passe du sable noir au sable neutre ou de la terre ferme à l’eau salée, le réglage doit être réajusté.
Dans le cas contraire, la profondeur de détection peut être réduite et des cibles peuvent être manquées. Le réglage manuel est très difficile avec des constantes de temps d’intégration courtes, c’est pourquoi la plupart des modèles réglés manuellement utilisent des constantes de temps longues et la bobine de recherche doit être balayée lentement.
Ce n’est pas un problème lorsqu’un PI est utilisé pour la plongée sous-marine, car le disque ne peut pas être balayée rapidement sous l’eau. Lorsqu’il est utilisé sur sable mouillé, où le disque entre et sort de l’eau salée, un détecteur de métaux à réglage manuel peut s’avérer très frustrant à utiliser. Le potard doit être réglé en permanence pour maintenir un seuil. Certains opérateurs choisissent de le régler légèrement en dessous du seuil, mais cela peut entraîner une réduction de la profondeur lorsque les conditions du sol changent.
Le réglage automatique, ou S.A.T. (Self Adjusting Threshold), offre un avantage significatif lors de la recherche dans et hors de l’eau salée ou sur des sols minéralisés. Le S.A.T. permet au détecteur de métaux de fonctionner à une sensibilité maximale sans nécessiter de réglages constants de la part de le détectoriste. Il améliore la stabilité, réduit le bruit et permet d’utiliser des réglages de gain plus élevés.
Les détecteurs de métaux PI n’émettent pas de signaux forts et négatifs comme les VLF. Ils n’ont donc pas de « sursaut » sur les poches de minéralisation. Avec le S.A.T., le disque doit être maintenue en mouvement pendant la détection d’une cible. Si vous vous arrêtez sur une cible, le S.A.T. la désactivera ou cessera de répondre.
Le circuits audio
Les circuits audio PI se répartissent généralement en deux catégories : les circuits à hauteur variable et les circuits à volume variable. Les circuits audio à hauteur variable ou V.C.O. (Voltage Controlled Oscillator) présentent l’avantage de pouvoir être utilisés sur des cibles peu visibles (très petites), car le changement de hauteur est plus facile à entendre qu’un changement de volume à des niveaux audio inférieurs.
Ceci est surtout vrai pour les modèles à réglage manuel. Le son de la « sirène d’incendie » peut devenir gênant et de nombreuses personnes ont du mal à entendre les sons les plus aigus. Une variante de ce type de dispositif est le vibrateur mécanique utilisé principalement pour les eaux profondes.
Il émet un cliquetis lent et une vibration dans la poignée qui augmente jusqu’à un bourdonnement pour signaler une découverte. Le dispositif mécanique est plus facile à entendre et à sentir que le son d’une réserve d’air sous-marine. De nombreuses personnes préfèrent un son plus conventionnel qui augmente en volume plutôt qu’en hauteur pour signaler une découverte. Ce système audio fonctionne mieux avec un détecteur de métaux PI doté d’une réponse rapide à la cible et d’un réglage automatique (S.A.T.). L’accord automatique fait que le PI émet un son et réagit de la même manière qu’un détecteur de métaux VLF typique.
