Das VLF-Prinzip

Hallo liebe Sucher und die es mal werden wollen,

die meisten von Euch interessiert es wahrscheinlich nicht wie Euer Detektor arbeitet sondern nur dass er funktioniert. :

Ich schreib aber trotzdem was dazu.

Die häufigst eingesetzten  Metalldetektoren  arbeiten nache dem VLF-Prinzip. VLF steht für Very Low Frequency  das bedeutet dass die Sendefrequenz die von der Sendespule ausgestrahlt wird im Bereich 1 kHz - ca. 100 kHz liegt.  Die meisten Detektoren arbeiten mit einer fest vorgegebenen Frequenz. Einige Hersteller bieten aber auch Detektoren an die mit mehreren Frequenzen gleichzeitig arbeiten oder der User die Wahl zwischen mehreren festen  Frequenzen hat. Was dass für Vorteile gegenüber Detektoren mit nur einer Frequenz  bringt, darauf werde ich später noch eingehen.

VLF Funktionsprinzip

Über eine Sendespule wird eine gleichmäßige  Frequenz in das Erdreich gesendet, dadurch entsteht ein Magnetfeld (durch die stetige Umkehrung der Polarität).
Metalle oder aber auch andere elektrisch leitfähige Materialien werden durch dieses  Magnetfeld angeregt, sie erzeugen durch die induzierte Spannung ein eigenes Magnetfeld in unterschiedlicher stärke die abhängig ist von Material und Größe des Objekts.
Jetzt kommt die Empfangsspule ins Spiel. Dieses induzierte Magnetfeld  wird mit Hilfe der Empfangsspule  ausgewertet.
Das empfangene Signal wird dann erst einmal durch die Elektronik verstärkt (Gain). 
Nun wird ausgewertet wie weit die gesendete Phase und die empfangene  Phase auseinander liegen (Phasenverschiebung). 
Prinzipiell kann man sagen dass je höher der elektrische Wiederstand eines Objektes ist umso kleiner ist die Phasenverschiebung.
Hat das Objekt hingegen eine hohe Induktivität und große Leitfähigkeit fällt die Phasenverschiebung größere aus.
Dieses Verhalten der Phasen zueinander macht es erst möglich eine Diagnose über das geortete Objekt abzugeben. Eine Diskriminierung wird möglich.

Warum es  zu einer Phasenverschiebung in Wechslstromkreisen kommt erspare ich Euch lieber, soll hie ja kein Grundkurs in Elektrotechnik werden

Das wärs erst mal für heute. Ich werde diesen Text in der nächsten Zeit noch vervollständigen.

Gruß,
Martin

mmhh ich hatte eigentlich eine antwort auf den beitrag von gestern erhofft....nun ist der beitrag aber weg. also der von gearmachine oder so....
 

Servus Nimmermehr,
 hatte sich ein kleiner Fehler eingeschlichen.
Also nächster Versuch der Ergänzung der guten Einleitung in das Thema VLF von Martin:
 
Während man mit einem Metalldetektor über ein Feld schwenkt, erzeugt die Sendeseite der Detektorelektronik eine Wechselspannung. Wechselspannung heißt nichts anderes, als dass die Spannung ständig zwischen plus und minus wechselt (sie wechselt die Polarität). Je schneller dieser Wechsel zwischen plus und minus in einer Sekunde stattfindet, desto höher ist die Frequenz des Metalldetektors. Bei einem MD mit 15 Khz (kilo Herz) wechselt die Spannung also 15.000 mal in der Sekunde zwischen plus und minus. Da Strom immer von minus nach plus fliesst, wechselt der Strom gleichzeitig mit den ständigen Wechseln der Spannung die Fließrichtung.  

Über das Koaxkabel wird der Spannungswechsel auf die Sendespule in der Sonde übertragen und diese erzeugt gemeinsam mit dem Strom im Einklang mit diesen Wechseln ein elektromagnetisches Feld, dass in den Boden eindringt.

Ein Spannungs- und Stromwechsel ist in Abb. 1 dargestellt.
Ist aber nur ein kleiner Ausschnitt von Plus bis Minus. In unserem Beispiel mit 15 kHz wird der gezeigte Ausschnitt 15.000 mal in der Sekunde durchlaufen. Was man sich hier nur merken muss, ist dass Strom und Spannung immer gleichzeitig ihren Maximalwert haben (in der Abbildung bei 90 und 270 Grad; mit Max gekennzeichnet). Man sagt sie haben die gleiche Phase. Das wird später noch wichtig werden.

kein Fundobjekt im Boden:
In einem Boden, der keine leitenden oder magnetischen Objekte enthält (also auch keine leitenden oder magnetischen Bodenbestandteile), empfängt die Empfangsspule beim Schwenken der Sonde nur das gesendete elektromagnetische Feld in der jeweiligen Frequenz der Sendespule des MD. Die Empfangsspule macht aus diesem Feld wieder Spannungs- und Stromwechsel und die Detektorelektronik vergleicht die Phasen von empfangenem und gesendetem Signal, stellt fest, dass Strom und Spannung gleichzeitig ihren Maximalwert haben und... schweigt. (alles wie in Abb.1)

Eisenobjekt im Boden - Spannung verspätet:
Schwenkt man die Sonde über ein eisenhaltiges Objekt im Boden (Abb. 2), dann verschiebt das eisenhaltige Objekt die Spannung des reflektierten Signals gegenüber dem Strom etwas nach hinten, man nennt das dann Phasenverschiebung. Diese „Verspätung“ der Spannung wird von der Elekronik festgestellt.
Spannung zu spät --> Signal an Sondenbediener ---> hier ist etwas mit Eisen.

Anderes metallisches Objekt - Strom zu spät:
Im Falle von Silber, Alu, Kupfer, usw (Abb. 3) wird der Strom durch das Objekt verspätet.
Verspäteter Strom --> Signal an Sondenbediener --> ... hier ist etwas, dass nicht aus Eisen besteht, aber unseren Sendestrom verspätet hat!

Die Stärke des Signals und die Größenordnung der Phasenverschiebung hängt natürlich auch von anderen Gegebenheiten, wie Lage des Objektes im Boden, Größe, usw. ab, aber das Prinzip ist immer das Gleiche.

Diskriminator:
Mit dem Diskriminator wird eingestellt, ab welchem Grad der Spannungs- und/oder Stromverspätung (Phasenverschiebung) man denn gerne benachrichtigt werden möchte.
Aus diesem Prinzip wird auch klar, warum ein VLF-Detektor zwischen verschiedenen Metallen unterscheiden kann und sogar bestimmte Metalle herausfiltern kann.

Mineralisierter Boden
Böden können durch die in ihnen enthaltenen Bestandteile selbst etwas magnetisch oder leitend sein. Dann verspätet sich der Strom oder die Spannung etwas, obwohl kein Wunschobjekt in der Erde ist.  Resultat: Je nach Boden ständig Fehlsignale und Funde können darin untergehen.
Durch drehen am Bodenableich (Groundbalance) auf einem Bodenstück ohne Fundobjekt gemäß den Anleitungen in diesem Forum, kann man die Verspätung aufheben und Maximum von Strom und Spannung für den speziellen Boden wieder in Gleichklang bringen, Phasengleichheit, so wie in Abb. 1 dargestellt.
Nach erfolgreichem Bodenabgleich kommen Phasenverschiebungen in aller Regel dann nur noch bei Fundobjekten zustande.

So, dass war es fürs Erste.
Hier noch der Hinweis, dass ich keinen Anspruch auf Vollständigkeit oder Fehlerfreiheit erhebe.
Jede Korrektur, Ergänzung oder Hinweis ist herzlich willkommen.

Wünsche Euch:
„gut find“ bzw nach diesem Elektronik-Ausflug:

„späten Strom“

Gruß
Oliver

@gearfreak,

toller Beitrag deinerseits, sehr gut verständlich - selbst ein Laie kann damit etwas anfangen !  

Und wie baut man so einen Detektor? Bei den Schatzsuchern (auf Dmax) laufen die immer mit riesigen spulen (2 m durchmesser und mehr) herum  . die sind doch sicherlich auch selbstgebastelt!? Gruß M.

das sind keine VLF sonder PI Geräte respektive Suchrahmen.....auch wenn das teilweise selbstgebastelt ist, sehen die gekauften nicht anders aus...

Hallo,

danke für die verständliche Beschreibung  . Mich würde zu dem Thema noch folgendes interessieren.
Ist die Technik (VLF) in Bezug auf Suchtiefe und Diskriminierung (bzw. Leitwertanzeige) ausgereizt, oder gibt es
noch (bezahlbare) Steigerungsmöglichkeiten?

Viele Grüße
Dasda

Servus zusammen,

@Magic: Nimmermehr hat Recht. Die DMAX-ler arbeiten mit Pulsinduktion (PI). Das ist ein anderes Verfahren (keine Diskriminierung und Bodenabgleich, größere Suchtiefe aber energiehungrig). Hier im Forum gibt es Beiträge rund um den Selbstbau von PI-Sensoren, wenn man mit der Technik experimentieren will. Ansonsten ist der Kauf oft die beste Alternative, da viele Hersteller ihre Geräte bereits seit  Jahren immer weiter optimieren.

@Dasda: Ja, ich glaube die VLF-Technologie ist durch die bekannten Markenhersteller durchaus als ausgereizt zu bezeichnen. Steigerungen der Suchtiefe und Diskriminierungsleistung können nur analog erreicht werden, also auf der Basis der verbauten analogen Komponenten und deren optimalen Zusammenspiel.
Zur Zeit investieren insbesondere die amerikanischen Markenhersteller in die Digitalisierung, Verarbeitung und Darstellung von Signalen einer bereits ausgereizten Technologie...

Wer Geld sparen will, auf optimale analoge Komponenten steht und beste Such- und Diskriminierungsleistung haben möchte, der sollte eine Marke wählen, die weiterhin analoge VLF-Sensoren baut.
Digitalisierung ist bei unserer Suche nach Störsignalen von Metallen im Boden aus meiner Sicht eher hinderlich und teuer.

 Gruß
Gearfreak

Servus @Gearfreak,

gut zu Wissen   , vielen Dank für die Info. Eigentlich war es mir schon immer klar, aber jetzt hab ich die Bestätigung von einem Fachmann. Ich verfolge die Diskussionen über die Flaggschiffe der einzelnen Detektorenhersteller schon seit Jahren mit großem Interesse (Minelab, XP, Whites und wie sie alle heißen), aber letztendlich stellt sich nach einer gewissen "Abkühlzeit" immer heraus dass sie die Alten Geräte eigentlich nicht
wirklich Toppen.
Ich für mich habe schon vor langer Zeit entschieden ein Gerät zu verwenden das über keine Digitalanzeige verfügt.
Sondel ich im Pulk mit Leuten die Digitalgeräte benutzen, kann ich keinen Unterschied in der Fundausbeute oder dem Schrottanteil zu den Meinen erkennen.

Grüße
Dasda

Die Verstärkung des schwachen Empfangsignals, die Diskriminierung von Störsignalen und das optische und/oder akustische Darstellen von dem möglichen Fund entsprechenden Leitwerten in immer kürzerer Zeit verlangt meiner Meinung nach eine schnelle digitale Prozessortechnik.
Natürlich konnten die früheren analogen Geräte auch Sachen orten. Man musste aber häufiger in Kauf nehmen, dass man Schrott ausgrub oder Funde einfach nicht detektieren konnte.

@Dasda: Ob jetzt die Anzeige analog oder digital erfolgt, hat nichts damit zu tun, ob jetzt die Signale analog oder digital aufbereitet wurden.

Gruß
Oetti1

Stimmt, mein Fehler  .
Ich bezog mich damit eigentlich mehr auf den Satz von Gearspear
"Zur Zeit investieren insbesondere die amerikanischen Markenhersteller in die Digitalisierung, Verarbeitung und Darstellung von Signalen einer bereits ausgereizten Technologie..." und habe dabei falsch assoziiert.

Grüße
Dasda

hallo Zusammen,
funktionieren PI-Geräte nur korrekt mit großen Suchspulen bzw. Suchrahmen ?
Oder gilt auch hier große Spule/Rahmen ist große Tiefe ist gut für große Teile
                                kleine Spule/Rahmen ist kleine Tiefe ist gut für kleine Teile
liege ich mit dieser Annahme richtig ?

ganz genau.... du kannst von Stabspulen bis zu Suchrahmen alles mit PI bewerkstelligen und auch hier kann man sagen je grösser die Spule desto grösser die Reichweite bei abnehmender Kleinteileempfindlichkeit....

hallo gearfreak

erstmal vielen dank für deine tolle aufklärung
sowas liest man wirklich gern

dennoch ein paar ergänzungen zu dem von dir geschriebenen

zitat
@Magic: Nimmermehr hat Recht. Die DMAX-ler arbeiten mit Pulsinduktion (PI). Das ist ein anderes Verfahren (keine Diskriminierung und Bodenabgleich, größere Suchtiefe aber energiehungrig). Hier im Forum gibt es Beiträge rund um den Selbstbau von PI-Sensoren, wenn man mit der Technik experimentieren will. Ansonsten ist der Kauf oft die beste Alternative, da viele Hersteller ihre Geräte bereits seit  Jahren immer weiter optimieren.

da kann ich dir nur teilweise recht geben
vieles bleibt dem endanwender vorenthalten, gute reichweite muss zur zeit immer noch sehr teuer erkauft werden und mit den selbstbauten hier im forum stehen wir zumindest den kommerziellen geräten im unteren und teilweise auch im mittleren preissegment von der leistung in nichts nach

@Dasda: Ja, ich glaube die VLF-Technologie ist durch die bekannten Markenhersteller durchaus als ausgereizt zu bezeichnen.

sehe ich auch so, dennoch sollte man aber bemerken das nach oben immer noch luft ist
der aufwand der dazu nötig wäre verhält sich aber exponentiell zum ergebnis

und niemand will am ende eine radiostation herumtragen nur um eine münze in 70cm tiefe im boden zu finden

bis dahin ruß