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Metalldetektoren werden für vielfältige Zwecke eingesetzt. Hier einige Beispiele:
- Aufsuchen von Metallgegenständen, die eingemauert sind.
- Minensuche
- Schatzsuche
- Passagierkontrolle am Flughafen
Es gibt verschiedene Prinzipen nach denen die Detektoren arbeiten. Beim sogenannten BFO-Metalldetektor (Beat-frequenzy-detector) wir das Schwebungsprinzip angewandt.
Der BFO-Metalldetektor, dessen Aufbau und Funktionsweise in der Animation in Abb. 2 dargestellt ist, besteht aus zwei Schwingkreisen mit der jeweiligen Versorgungseinheit, einer Mischstufe und einer akustischen Verstärkereinheit (z.B. Kopfhörer).
Die beiden Schwingkreise haben (nahezu) die gleiche Eigenfrequenz, d.h. es gilt \(f_1 = f_2\). Die Spule des linken Kreises (Suchspule) befindet sich an der Spitze des Detektors. In der Mischstufe werden die Signale der beiden Kreise überlagert. Als Überlagerungsfrequenz (Schwebungsfrequenz) ergibt sich zunächst \[{f_{{\rm{Schwebung}}}} = \left| {{f_1} - {f_2}} \right| = 0\].
Befindet sich nun ein metallischer Gegenstand in der Nähe der Suchspule, so ändert sich deren Induktivität \(L_1\) (je nach detektiertem Material kann \(L_1\) erhöht bzw. vermindert werden) und damit auch die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 1. Durch die Überlagerung der Signale aus den beiden Schwingkreisen in der Mischstufe entsteht eine Schwebung mit der Frequenz \[{f_{\rm{Schwebung}}} = \left| {f_1}' - {f_2} \right| \ne 0\]. Diese Schwebungsfrequenz \({f_{\rm{Schwebung}}}\) ist z.B. über einen Kopfhörer wahrnehmbar.
Aufgabe
Die Eigenfrequenz der beiden Schwingkreise eines BFO-Metalldetektors mit gleich großen Kapazitäten \(C\) und Induktivitäten \(L\) liegt bei \(900{,}0\,{\rm{kHz}}\).
Berechne die Schwebungsfrequenz \({f_{\rm{Schwebung}}}\), wenn sich bei der Detektion eines metallischen Gegenstandes die Induktivität der Spule 1 um \(2{,}00\,\% \) vermindert.