¿Qué es un detector de inducción de pulsos?

Los detectores de metales por inducción de pulsos son instrumentos especializados y son detectores de metales muy poco utilizados por los aficionados. Generalmente no son adecuados para la búsqueda de monedas en zonas urbanas, ya que no tienen la capacidad de identificar o rechazar los residuos ferrosos.

Se pueden utilizar para la búsqueda de masas metálicas más grandes en zonas rurales donde los residuos ferrosos no están presentes en gran cantidad o son deseados. Están diseñados para alcanzar una profundidad máxima en condiciones extremas de búsqueda, como las playas de agua salada y los suelos altamente mineralizados.

En tales condiciones, los detectores de metales tipo PI ofrecen resultados superiores a los modelos VLF, especialmente en cuanto a la capacidad de ignorar estos suelos extremos y penetrarlos a una profundidad máxima. En cualquier caso, cuando se desee comprar un detector, será necesario tener en cuenta un buen número de características, incluido el tipo de radiación electromagnética.

El principio de funcionamiento de la inducción de pulsos

Una forma menos común de detector de metales se basa en la inducción de pulsos (PI). A diferencia de los VLF, los sistemas PI pueden utilizar un solo plato como transmisor y receptor, o pueden tener dos o incluso tres platos funcionando juntos. Esta tecnología envía potentes y breves impulsos de corriente a través de una bobina de cobre.

Cada impulso genera un breve campo magnético. Cuando el impulso termina, el campo magnético invierte su polaridad y colapsa de forma muy repentina, lo que provoca un fuerte pico eléctrico.

Este pico dura apenas unos microsegundos (millonésimas de segundo) y provoca la aparición de otra corriente en la bobina. Esta corriente, llamada impulso reflejado, es extremadamente corta, ya que dura solo unos 30 microsegundos. Entonces se envía otro impulso y el proceso se repite. Un detector de metales típico de tipo PI envía aproximadamente entre 100 y 2000 impulsos por segundo, pero este número puede variar considerablemente según el fabricante y el modelo, yendo desde unas pocas decenas de impulsos por segundo hasta más de un millar.

Si el detector de metales se encuentra sobre un objeto metálico, el impulso crea un campo magnético opuesto en el objeto. Cuando el campo magnético del impulso colapsa, provocando el impulso reflejado, el campo magnético del objeto hace que el impulso reflejado tarde más en desaparecer por completo. Este proceso funciona de manera similar a los ecos: si se grita en una habitación con pocas superficies duras, probablemente solo se oiga un eco muy breve o ninguno; en cambio, si se grita en una habitación con muchas superficies duras, el eco durará más tiempo.

En un detector de metales de inducción de pulsos (PI), los campos magnéticos de los objetos objetivo añaden su «eco» al impulso reflejado, haciendo que dure un poco más de lo que lo haría sin ellos. Un circuito amplificador en el detector de metales está calibrado para monitorear la duración del impulso reflejado. Al compararlo con la duración esperada, el circuito puede determinar si otro campo magnético ha prolongado el tiempo de decaimiento del impulso reflejado. Si el decaimiento del impulso reflejado tarda unas pocas microsegundos más de lo normal, probablemente haya un objeto metálico interfiriendo con el impulso.

La emisión de ondas

El plato de un detector de metales de inducción de pulsos es muy sencillo en comparación con un aparato VLF. Generalmente se utiliza una sola bobina de alambre para las funciones de emisión y recepción. El circuito del emisor consiste en un simple interruptor electrónico que conecta brevemente esta bobina a la batería del detector de metales.

La resistencia de la bobina es muy baja, lo que permite que una corriente de varios amperios circule por ella. Aunque la corriente es elevada, solo circula durante un tiempo muy breve. Los detectores de metales de inducción de pulsos activan un impulso de corriente de emisión, luego se apagan, antes de activar otro impulso de emisión. El ciclo de trabajo, es decir, el tiempo durante el cual la corriente de emisión está activada en comparación con el tiempo que está desactivada, suele ser de aproximadamente el 4 %. Esto evita el sobrecalentamiento del emisor y del plato, y reduce el desgaste de la batería.

La frecuencia de repetición de los impulsos (frecuencia de emisión) de un detector PI es de aproximadamente 100 impulsos por segundo. Se han fabricado modelos que funcionan desde 22 impulsos por segundo hasta varios miles de impulsos por segundo. Las frecuencias más bajas suelen implicar una mayor potencia de emisión.

La corriente de emisión circula durante un periodo mucho más largo por impulso, pero hay menos impulsos por segundo. Las frecuencias más altas normalmente resultan en impulsos de emisión más cortos y una potencia menor, pero hay más impulsos por segundo. Las frecuencias más bajas tienden a alcanzar mayor profundidad y una mayor sensibilidad a los objetos de plata, pero son menos sensibles al níquel y a las aleaciones de oro.

Normalmente presentan una respuesta muy lenta a los objetivos, lo que requiere una velocidad de barrido del plato muy lenta. Las frecuencias más altas son más sensibles al níquel y a las aleaciones de oro, pero menos sensibles a la plata. No penetran tan profundamente como los modelos de baja frecuencia para detectar plata, pero permiten una velocidad de barrido más rápida.

Los modelos de frecuencia más alta suelen ser más productivos para la búsqueda de objetos, ya que la mayor velocidad de barrido permite cubrir una zona más amplia en un tiempo dado, y además son más sensibles al hallazgo más preciado en las playas: las joyas de oro.

Como se mencionó anteriormente, un plato de búsqueda PI contiene una sola bobina de alambre que funciona tanto como bobina de emisión como de recepción. El emisor funciona de forma similar a un sistema de encendido de automóvil. Cada vez que se envía un impulso de corriente a la bobina de emisión, esta genera un campo magnético. Cuando el impulso de corriente se detiene, el campo magnético alrededor de la bobina colapsa repentinamente. En este caso, aparece un pico de tensión de alta intensidad y de polaridad opuesta en los terminales de la bobina.

Este pico de tensión se llama fuerza contraelectromotriz. En un automóvil, es la alta tensión que enciende la chispa de la bujía. En un detector de metales PI, la intensidad del pico es mucho más baja, con una amplitud máxima de unos 100 a 130 voltios. Su duración es muy breve, generalmente inferior a 30 millonésimas de segundo. En un detector de metales PI, se le llama impulso reflejado.

La recepción de ondas

Se coloca una resistencia en el plato de detección para controlar el tiempo que tarda el pulso reflejado en caer a cero. Si no se utiliza ninguna resistencia, o si la resistencia es muy alta, el pulso reflejado «resonará». El resultado es similar al de una pelota de goma que se deja caer sobre una superficie dura: rebota varias veces antes de detenerse. Si se usa una resistencia baja, el tiempo de caída aumentará y el pulso reflejado se ensanchará. Es como si se dejara caer una pelota de goma sobre una almohada.

Como se desea que rebote una sola vez, la amortiguación crítica de una pelota de goma podría compararse con dejarla caer sobre una alfombra. Se dice que una bobina PI está críticamente amortiguada cuando el pulso reflejado cae rápidamente a cero sin resonar. Una bobina con demasiada o muy poca amortiguación provocará inestabilidad y enmascarará metales de rápida conducción como el oro, además de reducir la profundidad de detección.

Cuando un objeto metálico se acerca al lazo, almacena parte de la energía del pulso reflejado y aumenta el tiempo necesario para que el pulso caiga a cero. Se mide la variación en el ancho del pulso reflejado para indicar la presencia de un objetivo metálico. Para detectar un objeto metálico, se debe observar la parte del pulso reflejado donde este cae a cero. La bobina de transmisión está acoplada al receptor mediante una resistencia y un circuito de recorte con diodos.

Los diodos limitan la tensión de la bobina de transmisión que llega al receptor a menos de un voltio para evitar su sobrecarga. La señal del receptor contiene tanto el pulso de transmisión como el pulso reflejado. El receptor tiene una ganancia típica de 60 decibelios. Esto significa que la zona donde el pulso reflejado alcanza cero se amplifica 1.000 veces.

El circuito de muestreo

La señal amplificada procedente del receptor se conecta a un circuito de conmutación que toma muestras de la parte reflejada del pulso cuando alcanza cero. El pulso reflejado hasta ese punto es en realidad una serie de impulsos a la frecuencia de transmisión. Cuando un objeto metálico se acerca al plato, la parte emitida de la señal permanece inalterada, mientras que la parte reflejada del pulso se ensancha. El objeto metálico almacena parte de la energía eléctrica del pulso de transmisión y aumenta el tiempo que tarda el pulso reflejado en llegar a cero.

Un aumento en la duración de unos pocos millonésimos de segundo es suficiente para permitir la detección de un objetivo metálico. El pulso reflejado se toma como muestra mediante un interruptor electrónico controlado por una serie de impulsos sincronizados con el transmisor. El punto de muestreo más sensible del pulso reflejado se encuentra lo más cerca posible del punto donde alcanza cero.

Generalmente, esto ocurre unos 20 millonésimos de segundo después de que el transmisor se detenga y comience el pulso reflejado. Desafortunadamente, también es la zona donde un detector PI puede volverse inestable. Por esta razón, la mayoría de los modelos PI toman muestras del pulso reflejado a una caída de 30 o 40 millonésimos de segundo, mucho después de que haya alcanzado cero.

El integrador en la caja de control

Para que un objeto pueda ser detectado, las señales de muestreo deben convertirse en una tensión continua. Esta tarea la realiza un circuito llamado integrador. Calcula el promedio de los impulsos muestreados a lo largo del tiempo para proporcionar una tensión de referencia. Esta tensión continua de referencia aumenta cuando el metal se acerca al plato y disminuye cuando el objeto se aleja. La tensión continua es amplificada y controla el circuito de salida de audio que aumenta la frecuencia y/o el volumen para indicar la presencia de metal.

La constante de tiempo del integrador determina la velocidad de respuesta del detector de metales ante un objeto metálico. Una constante de tiempo larga (del orden de un segundo) tiene la ventaja de reducir el ruido y hacer que el detector de metales sea más fácil de ajustar. Las constantes de tiempo largas requieren un barrido muy lento de la bobina, ya que un objetivo podría perderse si pasa rápidamente por delante de la bobina de búsqueda. Las constantes de tiempo cortas (del orden de una décima de segundo) responden más rápido a los objetivos. Permiten un barrido más rápido del lazo, pero también generan más ruido e inestabilidad.

La gestión de la discriminación en un detector de inducción pulsada

Los detectores de metales PI no son capaces del mismo grado de discriminación que los detectores de metales VLF. Al aumentar el tiempo entre la parada del transmisor y el punto de muestreo (retardo de pulso), es posible rechazar ciertos objetos metálicos. Las láminas de aluminio son las primeras en ser rechazadas, seguidas por el níquel, las anillas de latas y el oro. Algunas monedas pueden ser rechazadas con retardos de muestreo muy largos, pero el hierro no puede ser rechazado.

Se han realizado numerosos intentos para diseñar un PI capaz de rechazar el hierro, pero solo se han obtenido resultados limitados. El hierro puede detectarse incluso con retardos muy largos, pero la plata y el cobre presentan características similares. Estos retardos también tienen un efecto negativo sobre la profundidad de detección.

La mineralización del suelo también provoca un ensanchamiento del pulso reflejado, lo que modifica el punto de respuesta o de rechazo del objetivo. Si se ajusta el retardo para que un anillo de oro no responda durante una prueba en el aire, ese mismo anillo puede reaccionar en un suelo mineralizado. Los suelos mineralizados, por tanto, cambian completamente los retardos y la discriminación de los detectores de metales PI.

La gestión del efecto del suelo en un detector de inducción pulsada

El balanceo del efecto del suelo, aunque muy importante en los detectores de metales VLF, no es necesario en los circuitos PI. Una mineralización media del suelo no almacena una cantidad apreciable de energía procedente del plato y generalmente no produce señal. Este tipo de suelo no enmascara la señal de un objeto enterrado. Por el contrario, la mineralización del suelo incrementa ligeramente la duración del pulso reflejado, aumentando así la profundidad de detección.

El término «balance automático del efecto del suelo» se aplica a menudo a los detectores PI porque normalmente no reaccionan a la mineralización y no existen ajustes externos para condiciones específicas de suelo. La arena negra y pesada es una excepción. Provoca una saturación en el plato VLF, lo que reduce considerablemente la capacidad de penetración del detector de metales.

Un detector PI funcionará en arena negra, pero pueden aparecer señales falsas si el plato se mantiene demasiado cerca del suelo. Las reacciones del suelo pueden minimizarse utilizando un retardo mayor entre la parada y el punto de muestreo (retardo de pulso). Avanzar ligeramente el retardo ayuda a reducir las señales falsas causadas por la mayoría de las mineralizaciones.

La mayoría de los detectores PI se ajustan manualmente. Esto significa que el buscador debe ajustar un control hasta que se escuche un clic o un zumbido en los auriculares. Si las condiciones de búsqueda cambian, por ejemplo, al pasar de arena negra a arena neutra o de tierra firme a agua salada, el ajuste debe ser corregido. De lo contrario, la profundidad de detección puede reducirse y se pueden perder objetivos. El ajuste manual es muy difícil con constantes de tiempo de integración cortas, por lo que la mayoría de los modelos ajustados manualmente utilizan constantes de tiempo largas y el plato de búsqueda debe barrerse lentamente.

No es un problema cuando se utiliza un PI para el buceo, ya que el plato no puede barrerse rápidamente bajo el agua. Cuando se usa sobre arena mojada, donde el plato entra y sale del agua salada, un detector de metales con ajuste manual puede resultar muy frustrante de usar. El potenciómetro debe ajustarse constantemente para mantener un umbral. Algunos operadores eligen configurarlo ligeramente por debajo del umbral, pero esto puede provocar una reducción en la profundidad cuando cambian las condiciones del terreno.

El ajuste automático, o S.A.T. (Self Adjusting Threshold), ofrece una ventaja significativa al buscar dentro y fuera del agua salada o en suelos mineralizados. El S.A.T. permite que el detector de metales funcione a una sensibilidad máxima sin necesidad de ajustes constantes por parte del detectorista. Mejora la estabilidad, reduce el ruido y permite usar configuraciones de ganancia más altas. Los detectores de metales PI no emiten señales fuertes y negativas como los VLF. Por lo tanto, no presentan «saltos» sobre las bolsas de mineralización. Con el S.A.T., el plato debe mantenerse en movimiento mientras se detecta un objetivo. Si se detiene sobre un objetivo, el S.A.T. lo desactivará o dejará de responder.

Los circuitos de audio

Los circuitos de audio PI generalmente se dividen en dos categorías: circuitos de tono variable y circuitos de volumen variable. Los circuitos de audio de tono variable o V.C.O. (Voltage Controlled Oscillator) tienen la ventaja de ser más eficaces para detectar objetivos poco visibles (muy pequeños), ya que el cambio de tono es más fácil de percibir que un cambio de volumen a niveles de audio bajos. Esto es especialmente cierto para los modelos de ajuste manual. El sonido de «sirena de incendio» puede volverse molesto y muchas personas tienen dificultades para escuchar los sonidos más agudos. Una variante de este tipo de dispositivo es el vibrador mecánico, utilizado principalmente para aguas profundas.

Emite un zumbido lento y una vibración en el mango que aumenta hasta un zumbido continuo para señalar un hallazgo. El dispositivo mecánico es más fácil de oír y sentir que el sonido de una reserva de aire submarina. Muchas personas prefieren un sonido más convencional que aumente en volumen en lugar de en tono para indicar un hallazgo. Este sistema de audio funciona mejor con un detector de metales PI que tenga una respuesta rápida al objetivo y ajuste automático (S.A.T.). El ajuste automático hace que el PI emita un sonido y reaccione de manera similar a un detector de metales VLF típico.