كيف يعمل كاشف المعادن

الحقيقة هي أن كل هذه السيناريوهات واردة. تعد تقنية أجهزة الكشف عن المعادن جزءًا كبيرًا من حياتنا، مع مجموعة من الاستخدامات التي تمتد من ملئ أوقات الفراغ إلى العمل إلى الأمان. تساعد أجهزة الكشف عن المعادن في المطارات ومباني المكاتب والمدارس والهيئات الحكومية والسجون في ضمان عدم قيام أحد بإدخال سلاح إلى المبنى. كما توفر أجهزة الكشف عن المعادن الموجهة للمستهلكين فرصة لملايين الأشخاص حول العالم لاكتشاف الكنوز المخبأة.

في هذه المقالة، ستتعرف على أجهزة كشف المعادن والذهب والتقنيات المختلفة التي تستخدمها وسوف نتعرف على كيفية عمل جهاز كشف المعادن.

سينصب تركيزنا على أجهزة الكشف عن المعادن للمستهلكين، مثل تلك المستخدمة في المطارات أو المستخدمة في كشف المعادن والذهب.

 

كيف يعمل كاشف المعادن؟

جهاز الكشف عن المعادن النموذجي خفيف الوزن ويتكون من أجزاء قليلة فقط:

• المثبت (اختياري) - يستخدم للحفاظ على ثبات الوحدة أثناء تحريكها ذهابًا وإيابًا
• صندوق التحكم - يحتوي على الدوائر وأجهزة التحكم ومكبر الصوت والبطاريات والمعالج الدقيق
• العمود - يربط صندوق التحكم والملف ؛ قابل للتعديل في كثير من الأحيان حتى تتمكن من ضبطه على مستوى مريح لطولك
• ملف البحث - الجزء الذي يستشعر المعدن بالفعل ؛ يُعرف أيضًا باسم "رأس البحث" أو "حلقة" أو "هوائي"

تحتوي معظم الأنظمة أيضًا على مقبس لتوصيل سماعات الرأس، وبعضها يحتوي على صندوق تحكم أسفل العمود ووحدة عرض صغيرة أعلاه.

 

كيفية عمل جهاز كشف المعادن وتشغيله

تشغيل جهاز الكشف عن المعادن أمر بسيط. بمجرد تشغيل الوحدة، تتحرك ببطء فوق المنطقة التي ترغب في البحث عنها. في معظم الحالات، تقوم بمسح الملف (رأس البحث) ذهابًا وإيابًا على الأرض أمامك. عندما تقوم بتمريره فوق شيئ مستهدف، تحدث إشارة مسموعة. توفر أجهزة الكشف عن المعادن الأكثر تقدمًا شاشات عرض تحدد نوع المعدن الذي تم اكتشافه ومدى عمق موقع الجسم المستهدف في الأرض.

تستخدم أجهزة الكشف عن المعادن واحدة من ثلاث تقنيات:

1. تردد منخفض جدا (VLF)
2. الحث النبضي (PI)
3. تذبذب تردد النبض (BFO)

في الأقسام التالية، سنلقي نظرة على كل من هذه التقنيات و كيف يعمل كاشف المعادن بالتفصيل.

 

كيف يعمل جهاز كشف المعادن بتقنية VLF

التردد المنخفض جدًا (VLF)، المعروف أيضًا باسم توازن الحث، ربما يكون أكثر التقنيات المستخدمة اليوم شيوعًا. في كاشف المعادن VLF، يوجد ملفان متميزان:

1. ملف المرسل - بداخله ملف من الأسلاك. يتم إرسال الكهرباء على طول هذا السلك، في اتجاه واحد أولاً ثم في الاتجاه الآخر، آلاف المرات كل ثانية. عدد المرات التي يتغير فيها اتجاه التيار في كل ثانية يحدد تردد الوحدة.
2. ملف الاستقبال - تحتوي حلقة الملف الداخلية هذه على ملف آخر من الأسلاك. يعمل هذا السلك كهوائي لالتقاط وتضخيم الترددات القادمة من الأجسام المستهدفة في الأرض.

يخلق التيار الذي يتحرك عبر ملف جهاز الإرسال مجالًا كهرومغناطيسيًا، وهو ما يشبه ما يحدث في المحرك الكهربائي. قطبية المجال المغناطيسي عمودي على ملف السلك. في كل مرة يغير التيار اتجاهه، تتغير قطبية المجال المغناطيسي. هذا يعني أنه إذا كان ملف السلك موازيًا للأرض، فإن المجال المغناطيسي يدفع باستمرار لأسفل في الأرض ثم يسحب للخارج منها.

 كيف يعمل كاشف المعادن عندما ينبض المجال المغناطيسي ذهابًا وإيابًا في الأرض؟ يتفاعل الكاشف مع أي أشياء موصلة يواجهها، مما يتسبب في توليد مجالات مغناطيسية ضعيفة خاصة بها. قطبية المجال المغناطيسي للجسم هي عكس المجال المغناطيسي لملف الإرسال مباشرة. إذا كان مجال ملف الإرسال ينبض لأسفل، فإن مجال الشيئ المكتشف ينبض لأعلى.

ملف المستقبل محمي بالكامل من المجال المغناطيسي الناتج عن ملف جهاز الإرسال. ومع ذلك، فهي ليست محمية من المجالات المغناطيسية القادمة من الأجسام الموجودة في الأرض. لذلك، عندما يمر ملف المستقبل فوق جسم يعطي مجالًا مغناطيسيًا، ينتقل تيار كهربائي صغير عبر الملف. يتذبذب هذا التيار عند نفس تردد المجال المغناطيسي للجسم. يقوم الملف بتضخيم التردد وإرساله إلى صندوق التحكم الخاص بجهاز الكشف عن المعادن، حيث تقوم المستشعرات بتحليل الإشارة.

يمكن لجهاز الكشف عن المعادن تحديد عمق دفن الجسم تقريبًا بناءً على قوة المجال المغناطيسي الذي يولده. كلما اقترب الجسم من السطح، كلما كان المجال المغناطيسي الذي يلتقطه ملف المستقبل أقوى وكان التيار الكهربائي المتولد أقوى. كلما ابتعد عن السطح، كان المجال أضعف. بعد عمق معين، يكون مجال الكائن ضعيفًا جدًا على السطح بحيث لا يمكن اكتشافه بواسطة ملف المستقبل.

 

كيفية عمل جهاز كشف المعادن ذات تقنية VLF في عملية التمييز؟

في القسم التالي، سنرى كيف يعمل كاشف المعادن VLF ويميز بين أنواع مختلفة من المعادن.

إنه يعتمد على ظاهرة تعرف باسم مرحلة التحول. إنزياح الطور هو الاختلاف في التوقيت بين تردد ملف المرسل وتردد الجسم المستهدف. يمكن أن ينتج هذا التناقض عن أمرين:

1. الحث - الكائن الذي يوصل الكهرباء بسهولة (حثي) يكون بطيئًا في الاستجابة للتغيرات في التيار. يمكنك التفكير في الحث على أنه نهر عميق: قم بتغيير كمية المياه المتدفقة إلى النهر وسيستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن ترى فرقًا.
2. المقاومة - الجسم الذي لا يوصل الكهرباء بسهولة (مقاوم) سريع الاستجابة للتغيرات في التيار. باستخدام تشبيهنا بالمياه، ستكون المقاومة تيارًا صغيرًا وضحلاً: قم بتغيير كمية المياه المتدفقة إلى التيار وستلاحظ انخفاضًا في مستوى الماء بسرعة كبيرة.

يعني هذا أساسًا أن الجسم ذي الحث العالي سيشهد تحولًا أكبر، لأنه يستغرق وقتًا أطول لتغيير مجاله المغناطيسي. الكائن ذو المقاومة العالية سيكون له تحول طور أصغر.

يوفر تحويل الطور أجهزة الكشف عن المعادن القائمة على VLF بقدرة تسمى التمييز. نظرًا لأن معظم المعادن تختلف في كل من الحث والمقاومة، باستخدام زوج من الدوائر الإلكترونية، ويقارنها بالمتوسط ​​لنوع معين من المعدن. يقوم الكاشف بعد ذلك بإعلامك بنغمة مسموعة أو مؤشر مرئي حول نطاق المعادن الذي يحتمل أن يكون الكائن فيه.

تسمح لك العديد من أجهزة الكشف عن المعادن بتصفية (تمييز) الأشياء فوق مستوى معين. عادةً، بشكل عام عن طريق ضبط مقبض يزيد من الحد الأدنى أو ينقصه. ميزة أخرى للتمييز في أجهزة الكشف عن التردد المنخفض جدًا (VLF) تسمى التحزيز.

بما أننا نتحدث عن  كيف يعمل كاشف المعادن فإنه من الضروري أن تعلم بأن الكاشفات المتقدمة اسمح لك ببرمجة العديد من الشقوق. على سبيل المثال، يمكنك ضبط الكاشف لتجاهل الأشياء التي لها تحول طور مماثل لعلامة تبويب علبة الصودا أو مسمار صغير. عيب التمييز والتقطير هو أنه قد يتم تصفية العديد من العناصر القيمة لأن تحول طورها مشابه لما يحدث في "الخردة". ولكن، إذا كنت تعرف أنك تبحث عن نوع معين من الكائنات، فقد تكون هذه الميزات مفيدة للغاية.

 

كيف يعمل كاشف المعادن بتقنية PI ؟

عندما نتحدث عن كيفية عمل جهاز كشف المعادن فإنه يجب القول أن هذا النوع يعتمد شكل أقل شيوعًا من أجهزة الكشف عن المعادن على تحريض النبض (PI). على عكس VLF، قد تستخدم أنظمة PI ملفًا واحدًا كجهاز إرسال وجهاز استقبال، أو قد تحتوي على ملفين أو حتى ثلاثة ملفات تعمل معًا. ترسل هذه التقنية دفعات (نبضات) قوية وقصيرة من التيار عبر ملف من الأسلاك. كل نبضة تولد مجال مغناطيسي قصير. عندما تنتهي النبضة، ينعكس المجال المغناطيسي القطبية وينهار فجأة، مما يؤدي إلى ارتفاع حاد في التيار الكهربائي.

يستمر هذا الارتفاع لبضعة ميكروثانية (أجزاء من المليون من الثانية) ويتسبب في تشغيل تيار آخر عبر الملف. يسمى هذا التيار النبضة المنعكسة وهو قصير للغاية ولا يدوم إلا حوالي 30 ميكروثانية. ثم يتم إرسال نبضة أخرى وتتكرر العملية. يرسل كاشف المعادن النموذجي المستند إلى PI حوالي 100 نبضة في الثانية، ولكن يمكن أن يختلف العدد اختلافًا كبيرًا بناءً على الشركة المصنعة والطراز، ويتراوح من بضع عشرات من النبضات في الثانية إلى أكثر من ألف.

 

كيف يعمل كاشف المعادن فوق جسم معدني؟

إذا كان جهاز الكشف عن المعادن فوق جسم معدني، فإن النبضة تخلق مجالًا مغناطيسيًا معاكسًا في الجسم. عندما ينهار المجال المغناطيسي للنبضة، مما يتسبب في انعكاس النبض، فإن المجال المغناطيسي للجسم يجعل النبض المنعكس يستغرق وقتًا أطول حتى يختفي تمامًا. تعمل هذه العملية بشيء مثل الصدى: إذا صرخت في غرفة بها عدد قليل من الأسطح الصلبة، فربما تسمع صدى قصيرًا جدًا، أو قد لا تسمعه على الإطلاق؛ ولكن إذا صرخت في غرفة بها الكثير من الأسطح الصلبة، فإن صدى الصوت يستمر لفترة أطول. في كاشف المعادن PI، تضيف المجالات المغناطيسية للأجسام المستهدفة "صدى" النبضة المنعكسة، مما يجعلها تدوم جزءًا أطول مما لو كانت بدونها.

الكاشفات التي تعتمد على PI ليست جيدة جدًا في التمييز لأن طول النبض المنعكس للمعادن المختلفة لا يمكن فصله بسهولة وهذه ملاحظة هامة حول كيفية عمل كاشف المعادن. ومع ذلك، فهي مفيدة في العديد من المواقف التي قد تواجه فيها أجهزة الكشف عن المعادن القائمة على VLF، كما هو الحال في المناطق التي تحتوي على مادة عالية التوصيل في التربة أو البيئة العامة. من الأمثلة الجيدة على مثل هذه الحالة التنقيب عن المياه المالحة. أيضًا، يمكن للأنظمة القائمة على PI في كثير من الأحيان اكتشاف المعدن في عمق الأرض أكثر من الأنظمة الأخرى.