Détecteur de métaux très sensible

Si vous voulez, profitant des vacances, vous mettre à chercher des “trésors” – monnaies et autres objets métalliques – cachés dans le sol, vous avez besoin d’un détecteur de métaux, mais pas de n’importe lequel. Il doit être très sensible, contrairement à la plupart de ceux qui submergent le marché et dont le seul avantage est d’être bon marché. De toute façon, que vous construisiez ou non, la lecture de cet article vous apprendra ce qu’il faut savoir sur les détecteurs de métaux pour ne pas passer pour un béotien face aux spécialistes du domaine !

 Le détecteur de métaux (ou “poêle à frire”, à cause de la forme de sa “tête” chercheuse) que nous vous proposons de construire ne coûte pas une fortune pour autant, mais il est doté d’une sensibilité telle que vous ne ratisserez pas les hectares de votre contrée d’élection (plage, campagne, ruines, etc.) pour rien. Vous aurez eu, même si vous ne découvrez pas la Chèvre d’Or ou le Trésor des Templiers du premier coup, au moins la joie de vous initier à la théorie de la détection souterraine et de construire vous-même un excellent appareil… et, pourquoi pas, avec du matériel de récupération comme une canne anglaise pour le manche ?
La partie la plus critique de ce détecteur de métaux étant la tête réceptrice (constituée de trois selfs équilibrées), nous en avons trouvé une déjà montée et réglée : vous avez donc l’assurance que votre appareil fonctionnera tout de suite, sans avoir à passer l’été à tenter de le mettre au point ! Les vacances sont toujours trop brèves, trop, en tout cas, pour les laisser gâcher par l’intendance !
Mais, trêve de préliminaires, voyons tout de suite comment fonctionnent les détecteurs de métaux en général et le nôtre en particulier. Il en existe quatre types.

Le détecteur de métaux à battement
Voyez son schéma synoptique figure 1 : il possède une self détectrice (la “poêle”) située au bout d’un manche. Le signal produit par la self est mélangé avec une fréquence identique prélevée sur un second oscillateur. Le mélange des deux fréquences en produit une troisième égale à leur différence.
Si la self détectrice oscille sur 100 kHz, la self de l’oscillateur interne aussi doit osciller sur 100 kHz et le mélange de ces deux fréquences en donne une troisième égale à la différence, soit :
100 000 – 100 000 = 0 Hz.

Si un objet métallique s’approche de la self détectrice, sa fréquence diminue de manière proportionnelle à la taille de l’objet et inversement proportionnelle à la distance le séparant de la tête. Si, par exemple, la fréquence produite descend à 99 700 Hz, le mélange de cette fréquence avec celle de 100 000 Hz produite par l’oscillateur interne donnera une différence de :
100 000 – 99 700 = 300 Hz

soit une note acoustique de 300 Hz écoutable dans un casque ou un haut-parleur.
Plus les dimensions de l’objet augmentent et plus la fréquence diminue : si elle atteint, par exemple, 99 000 Hz, on entend dans le casque une note de 1 000 Hz, soit bien plus aiguë que la précédente de 300 Hz, en effet :
100 000 – 99 000 = 1 000 Hz.

Tous les détecteurs de métaux à battement sont des modèles économiques et présentent divers défauts : le principal est leur faible sensibilité, car en présence de petits objets métalliques ou même de grosses masses métalliques mais situées à une profondeur plus importante (faible abaissement de la fréquence de la self détectrice), le mélange produit une fréquence subsonique inaudible à l’oreille. Si, par exemple, l’objet métallique est si petit ou situé à une profondeur si importante que la self détectrice oscille à 99 970 Hz, le mélange entre cette fréquence et les 100 000 Hz de l’oscillateur interne donne une troisième fréquence de :
100 000 – 99 970 = 30 Hz

imperceptible, dans le casque, à notre oreille.
L’autre défaut est que ce type d’appareil est très sensible… aux variations thermiques ! Si la tête surchauffe au soleil, puis refroidit à l’ombre, ces variations font varier la fréquence de la self détectrice et le détecteur de métaux sonne même en l’absence de tout objet métallique.

Schéma synoptique d’un détecteur de métaux à battement. Le signal produit par la self détectrice est mélangé avec une fréquence identique produite par un étage oscillateur interne. Quand la fréquence de la self détectrice varie à cause du voisinage d’un objet métallique, le haut-parleur émet une note.

Le détecteur de métaux à variation d’amplitude
Voyez son schéma synoptique figure 2 : la self détectrice est reliée à un étage oscillateur spécifique lequel, en présence d’un objet métallique, voit l’amplitude de son signal et non la fréquence, varier, contrairement aux détecteurs de métaux précédents. Les détecteurs de métaux à variation d’amplitude sont de qualité semi-professionnelle et, à la différence des autres, ils sont insensibles aux variations thermiques. Si, par exemple, l’étage oscillateur produit un signal de 1 V d’amplitude, il suffit d’approcher de la self détectrice un petit objet métallique pour que cette tension chute brutalement à 0,9 V. Si, ensuite, on approche un objet métallique de moyennes dimensions, la tension chute au-dessous de 0,1 V. Ce signal alternatif est redressé pour en tirer une tension continue appliquée sur les entrées d’un amplificateur différentiel : sur l’une des entrées de l’amplificateur opérationnel est appliqué un condensateur électrolytique (figure 2). Il va sans dire que ce condensateur électrolytique se charge avec la valeur d’amplitude maximale, 1 V dans notre exemple. Quand la self détectrice n’est influencée par aucun objet métallique, sur les deux entrées de l’amplificateur différentiel la tension de 1 V est présente et donc à la sortie la tension est de :
1 – 1 = 0 V.

Dès que la self détectrice est influencée par un objet métallique, instantanément l’amplitude de son signal baisse et, si par exemple elle atteint 0,9 V, nous retrouvons cette tension seulement sur l’entrée de l’amplificateur différentiel à laquelle le condensateur électrolytique n’est pas relié. En effet, sur l’entrée opposée à celle comportant le condensateur électrolytique, est toujours présente une tension de 1 V, car le condensateur électrolytique n’a pas eu le temps de se décharger.
Par conséquent, sur une des entrées de cet amplificateur différentiel nous avons une tension de 0,9 V et sur l’autre une tension de 1 V. Si cet amplificateur différentiel est calculé pour un gain de 15 fois, nous trouvons en sortie une tension de :
(1 – 0,9) x 15 = 1,5 V.

Cette tension est utilisée pour exciter un étage oscillateur BF produisant une note audible dans le casque ou le hautparleur.
Schéma synoptique d’un détecteur de métaux à variation d’amplitude. Quand on approche un objet métallique de la tête détectrice, une variation d’amplitude du signal de produit. Cette variation est utilisée pour exciter un oscillateur BF fournissant le signal acoustique.

Le détecteur de métaux à impulsions
Voyez son schéma synoptique figure 3 : normalement, dans la tête des détecteurs de métaux à impulsions se trouve une self fonctionnant alternativement en émettrice et en réceptrice. Quand elle est émettrice, la self est excitée par une série d’impulsions à ondes carrées alors que, quand elle est réceptrice, elle capte les impulsions réfl échies par le sous-sol. Si les impulsions sont influencées par des objets métalliques, leur front de montée est modifié et cette différence est utilisée pour exciter un étage oscillateur BF produisant une note audible dans le casque ou le haut-parleur. Bien que ces détecteurs de métaux soient d’un coût élevé et qu’on les considère comme semi-professionnels, ils ont selon nous une sensibilité moindre que ceux à variation d’amplitude.

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