قد يعتقد البعض إن استخدامات جهاز الكشف المعادن قاصراً على المتخصصين والهواة الراغبين في الحصول المعادن الدفينة تحت سطح الأرض، ولكن في الواقع جهاز كشف المعادن له تطبيقات عملية متعددة فمثلا يستخدم في التفتيش من قبل رجال الامن عند الدخول للاماكن التي تتطلب درجة عالية من السلامة والامان مثل المطارات والاماكن السياحية، وهذه الاجهزة اصبحت من متطلبات السلامة والامن في المطارات والجامعات والمدارس والمسارح والمباني الحكومية حتى تضمن عدم دخول اي اشخاص مسلحون الى داخل هذه المباني. هذا بالاضافة الى استخداماتها في التنقيب والبحث عن المعادن تحت سطح الارض .
]
في هذه المقالة من كيف تعمل الاشياء سوف نقوم بشرح كيف يتم الكشف عن المعادن المخبئة عن بعد والتي تتم باستخدام اجهزة خاصة تسمى اجهزة الكشف عن المعادن.
مكونات جهاز الكشف عن المعادن
يتكون جهاز الكشف عن المعادن من اجزاء بسيطة خفيفة الوزن وهي على النحو التالي:
(1) المنظم او المثبت stabilizer ويستخدم في الحفاظ على اجزاء الجهاز ثابتة ومستقرة اثناء تحريك الجهاز للامام والخلف.
(2) صندوق التحكم control box يحتوي على الدوائر الالكترونية واجهزة التحكم والبطارية والميكروبروسسور والسماعات.
(3) العمود shaft الذي يربط صندوق التحكم بالكاشف عن المعادن وعادة يكون العمود قابل للتحكم في طوله ليناسب طول الشخص الذي يستخدمه
(4) الكاشف search coil وهو الجزء الرئيسي في الجهاز والمستخدم في الكشف عن وجود المعادن ويسمى احيانا برأس البحص search head او الانتيناantenna او الملف loop . “سوف نستخدم مصلح الكاشف”.
أجزاء جهاز الكشف عن المعادن
قد توجد في بعض انواع اجهزة الكشف عن المعادن بعض الاختلافات الطفيفة مثل ان تزود بسماعات رأس اضافية او ان يكون جهاز التحكم في اسفل العمود وشاشة المراقبة مثبتة في الأعلى. ولكن جميع اجهزة الكشف عن المعادن سهلة الاستخدام فكل ما على المستخدم فعله هو تشغيل الجهاز وتحريك الكاشف ببطء فوق المنطقة المراد الكشف عن المعادن فيها. عندما توجد قطعة معدنية فإن الجهاز سيصدر صوتاً عبر السماعات كما يظهر على الشاشة بعض المعلومات عن شكل القطعة وعمقها.
انواع اجهزة الكشف عن المعادن
تعتمد اجهزة الكشف عن المعادن على تقنيات ثلاثة تحدد انواعها وهذه التقنيات هي:
- تقنية الترددات المنخفضة Very low frequency (VLF)
- تقنية النبض المغناطيسي الحثي Pulse induction (PI)
- تقنية النبضات التذبذبية Beat-frequency oscillation (BFO)
سوف نقوم الان بشرح فكرة عمل كل تقنية من التقنيات الثلاث وكيف تستخدم في الكشف عن المعادن.
أولاً: تقنية الترددات المنخفضة Very low frequency (VLF)
تعتبر هذه التقنية الاكثر استخداما في اجهزة الكشف عن المعادن وتعرف احياناً باسم توازن الحث المعناطيسي induction balance وتعتمد هذه التقنية على استخدام ملفين هما:
ملف الارسال transmitter coil وهو الملف الخارجي ويحتوي على حلقة من سلك يمر فيه تيار كهربي مرة في اتجاه عقارب الساعة ومرة في عكس اتجاه عقارب الساعة على التناوب بمعدل يصل لالاف المرات في الثانية.
ملف الاستقبال receiver coil وهو الملف الداخلي والذي يحتوي على سلك في شكل ملف نصف قطره اصغر من ملف الارسال ويعمل هذا الملف عمل الانتينا لاستقبال الاشارة المنعكسة عن الاجسام في باطن الارض وتكبيرها.
>ان التيار الكهربي المتناوب الذي يمر في ملف الارسال ينشىء مجالا مغناطيسياً، يكون اتجاه هذا المجال المغناطيسي عمودياً على مستوى ملف الارسال، وفي كل مرة يغير فيه التيار اتجاهه تتغير قطبية (القطب الشمالي والقطب الجنوبي) المجال المغناطيسي. وهذا يعني انه اذا كان مستوى ملف الارسال موازيا تماما لسطح الارض فإن المجال المغناطيسي الناشىء يدخل في الارض او يخرج منها في عملية تشبه الدفع والسحب.
في حين أن نبضات المجال المغناطيسي الداخلة للارض والخارجة منها تتفاعل مع اي مادة موصلة (مثل المعادن) تصطدم بها، وهذا يسبب في ان تولد المواد الموصلة مجالاً مغناطيسياً ضعيفاً يسمى بالمجال المغناطيسي للجسم وتكون قطبية هذا المجال معاكسة لقطبية المجال المغناطيسي لملف الارسال. فإذا كان مجال الملف في اتجاه الدخول الى الارض يكون مجال الجسم في اتجاه الخروج والعكس صحيح.
نأتي الان لدور ملف الاستقبال لنوضح كيف يستقبل الاشارة المغناطيسية المنعكسة عن الجسم المعدني، هنا ملف الاستقبال معزول تماماً عن اي مجال مغناطيسي يصدره ملف الارسال, ولكن ليس معزولاً عن المجال المغناطيسي الصادر عن الجسم المعدني في الموجود في الارض. ولهذا عندما يمر ملف الاستقبال فوق جسم معدني يصدر مجالاً مغناطيسياً بسبب ملف الارسال فإن ملف الاستقبال سوف يلتقط هذه المجال المغناطيسي الضعيف والمتردد وينتج عنه تياراً كهربياً بمر في ملف الاستقبال، يتردد التيار الكهربي بنفس تردد المجال المغناطبيسي. يتم تكبير هذه التيار الكهربي وتدخل الى صندوق التجكم حيث يتم يقوم الميكروبروسسور بتحليل الاشارة واظهار البيانات.
ملاحظة: لفهم العلاقة بين التيار الكهربي المار في الموصل والمجال المغناطيسي يرجى مراجعة كيف يعمل الدينامو وكيف يعمل الموتور الكهربي؟
يقوم جهاز كاشف المعادن بتحديد عمق الجسم المعدني في الارض بالاعتماد على شدة المجال المغناطيسي المتولد عن الجسم المعدني، فكلما كان الجسم قريبا من سطح الارض كلما كان المجال المغناطيسي الناشىء اكبر وكلما كانت الاشارة الكهربية المتولدة في ملف الاستقبال اكبر وكلما كان الجسم على عمق اكبر من سطح الارض كلما كان المجال المغناطيسي اصغر ومن خلال معايرة شدة المجال المغناطيسي مع العمق يمكن للجهاز ان يحدد موقع الجسم وبعده عن سطح الارض.
كيف يميز جهاز كشف المعادن بين انواع المعادن المختلفة؟
قد لا يتصور كم المعادن التي من الممكن ان يتلقطها جهاز الكشف عن المعادن وتكون في النهاية اما مسمار صغير او سدادة مشروب من المشوربات او قطع خردة لذلك تم تطوير اجهزة الكشف عن المعادن لتمكنك من التمييز بين المعادن فتحدد مسبقاً للجهاز نوع المعادن التي ترغب في البحث عنها كالذهب او غيره وبالتالي لا يعطي الجهاز الاشارة الصوتية الا اذا اوجد المعدن الذي تبحث عنه، ولكن كيف يستطيع جهاز كشف المعادن التمييز بين انواع المعادن لقد فهمنا كيف يقوم بتحديد العمق وكانت العملية سهلة وواضحة ولكن ان يميز بين المعادن فهذا في الحقيقة امر صعب ويعتمد على دوائر الكترونية تقوم بقياس الازاحة في الطور phase shifting .
الازاحة في الطور هو الفرق في الزمن بين تردد ملف الارسال وتردد الجسم. وهذا الفرق في الزمن يعود الى اختلاف المعادن في مقاومتها الكهربية resistanceوفي الحث الكهربي inductance .
الجسم الذي لا يمرر التيار الكهربي بسهولة (له مقاومة) يكون من اسرع في الاستجابة للتغيرات في التيار الكهربي.
اما الجسم الذي يوصل التيار الكهربي بسهولة فإنه يكون يكون ابطىء في الاستجابة للتغيرات في التيار الكهربي.
وهذا يعني ان الجسم الذي له حث كهربي كبير يكون له مقدار ازاحة في الطور كبيرة لان يأخذ زمن اكبر في التغير مع المجال المغناطيسي اما الاجسام التي لها مقاومة كهربية كبيرة فإن مقدار الازاحة في الطور ستكون صغيرة.
وبالاعتماد على دوائر الكترونية بسبيطة يمكن حساب الازاحة في الطور ومقارنة الازاحة بالمعلومات المخزنة مسبقا عن الازاحة في الطور لمختلف المعادن يمكن للجهاز ان يميز بين المعادن وبالتالي يمكن ان يبرمج جهاز كشف المعادن ليبحث عن المعادن التي لها ازاحة طور معينة وهي التي نريدها.
ثانياً: تقنية النبض المغناطيسي الحثي Pulse induction (PI)
تعتبر تقنية النبض المغناطيسي الحثي اقل استخداما في اجهزة الكشف عن المعادن لأن بالاعتماد على هذه التقنية لا يمكن التميز بين انواع المعادن كما في التقنية الأولى ولكن الاجهزة التي تعتمد هذه التقنية تعمل في مناطق معينة لا يمكن فيها استخدام التقنية الاولى كما سنرى بعد ان نوضح فكرة عمل الكواشف التي تعتمد تقنية النبض المغناطيسي الحثي.
تستخدم هذه التقنية ملف واحد يعمل كملف ارسال واستقبال في نفس الوقت. تعتمد فكرة هذه التقنية على ارسال تيار كهربي في صورة نبضات قصيرة وقوية في ملف مكون من سلك على شكل دائري. كل نبضة من هذه النبضات تولد مجالاً مغناطيسياً. وعندما تنتهي النبضة تنعكس قطبية المجال المغناطيسي ويتلاشى المجال المغناطيسي فجأة مشكلاً بهذه الطريقة شرارة كهربية. مدة بقاء الشرارة الكهربية لا يتجاوز المايكروثانية (جزء من المليون من الثانية) تسبب هذه الشرارة الكهربية مرور تيار كهربي في الملف. يسمى هذا التيار الكهربي الناتج من الشرارة الكهربية باسم النبضة المنعكسة reflected pulse وتكون مدتها الزمنية قصيرة جداً لا تتجاوز 30 ميكروثانية. تتكرر هذه العملية بمعدل 100 نبضة في الثانية ويمكن ان بتغير هذا الرقم ليصل إلى 25 نبضة في الثانية او يزيد إلى 1000 نبضة في الثانية حسب الشركة المصنعة.
كيف يستطيع جهاز الكشف عن المعادن الكشف عن المعادن بهذه التقنية؟
عندما يكون الكاشف فوق جسم معدني فإن النبضة الكهربية تنتج مجالاً مغناطيسياً في الجسم. وعندما تلاشي النبضة المغناطيسية وتسبب في النبضة المنعكسةreflected pulse فإن المجال المغناطيسي الاضافي الناتج عن الجسم المعدني سوف يعمل على زيادة زمن بقاء النبضة المنعكسة. هذه العملية تشبه تماماً ظاهرة صدى الصوت فكلما زادت العواكس (الجدران) فإن صدى الصوت يستمر لفترة أطول.
باستخدام دائرة الكترونية تراقب الفترة الزمنية للنبضة المنعكسة يمكن للدائرة تحديد اذا ما كان هناك مجالاً مغناطيسياً اضافياً بسبب زيادة زمن بقاء النبضة المنعكسة. فإذا ما كان الزمن يزيد عن القيمة المتوقعة فإن الجهاز يرسل اشارة كهربية تتحول عبر دائرة كهربية لتكبر وترسل الى دائرة تصدر صوتاً منبها بوجود جسم معدني في المنطقة التي يكشف عنها في الارض.
مزايا وعيوب تقنية النبض المغناطيسي الحثي
الكواشف التي تعمل بتقنية النبض المغناطيسي الحثي كما ذكرنا في البداية لا تستطيع التميز بين انواع المعادن لان الفترة الزمنية للنبضة المنعكسة لا يختلف كثيراً بين المعادن. ولكن تعتبر هذه التقنية مفيدة جداً في الحالات التي لا يمكن استخدام الكواشف التي تعمل بتقنية الترددات المنخفضة نتيجة لطبيعة الارض التي تتفحصها فإذا ما كانت الارض تحتوي على مواد ذات موصلية عالية يفضل استخدام كواشف النبض المغناطيسي الحثي، كما ان هذه الكواشف تستطيع الكشف عن معادن على مسافات اعمق من تلك التي تسطيع الانظمة الاخرى رصدها.
ثالثاً: تقنية النبضات التذبذبية Beat-frequency oscillation (BFO)
تعتبر تقنية النبضات التذبذبية من اسهل التقنيات المستخدمة في الكشف عن المعادن. حيث تستخدم ملف كبير عند طرف البحث وملف اخر اصغر موجود داخل صندوق التحكم. وكل ملف موصول بمذبذب يولد الاف النبضات في الثانية.
يصدر الملف موجات راديو يستقبلها جهاز استقبال في صندوق التحكم ويحولها الى اشارة صوتية نسمعها على شكل نبضات تنتج عن الاختلاف في التردد بالملفين.
عندما يكون الملف الكبير فوق جسم معدني فإن مجال مغناطيسي يتولد نتيجة للتيار الكهربي الذي يسري في الملف. يتداخل المجال المغناطيسي الصادر عن الجسم المعدني مع امواج الراديو ، وهذا يؤدي إلى انحراف في التردد لامواج الراديو واختلافها عن امواج الراديو الصادرة عن الملف الموجود في صندوق التحكم مما يتولد عن ذلك نبضات مسموعة لها نغمة مميزة
ولبساطة فكرة تقنية النبضات التذبذبية فإن الكثير من المنتجين اعتمدوا هذه التقنية لاجهزة الكشف عن المعادن لقلة تكلفتها وامكانية شراءها من قبل اي شخص واستخدامها كأداة من الادوات المنزلية. لكن يجب التنويه الى ان دقة وحساسية هذه الاجهزة اقل من تلك التي تعتمد التقنيات السابقة الذكر.
اجهزة الكشف عن المعادن تعمل بكفاءة للكشف عن الاجسام المعدنية المدفونة في باطن الارض. ولكن يجب الانتباه إلى ان هذه الاجهزة لا يتجاوز مدى حساسيتها عمق 30 سم ومقدار العمق يعتمد على عدة عوامل هي:
(1) نوع كاشف المعادن
(2) نوع المعدن الذي نبحث عنه
(3) حجم الجسم المعدني وابعاده
(4) طبيعة التربة
(5) التداخل بين الجسم والاجسام المحيطة به
يعتبر الكثيرون الكشف عن المعادن هواية ويجمعهم اندية خاصة للقيام ببعض النشاطات مثل
(1) البحث عن النقود
(2) البحث عن المعادن الثمينة كالذهب والفضة
(3) تتبع الاثر
لمزيد من المعلومات عن اندية هواية الكشف عن المعادن يمكنك زيارة موقع LostTreasure على العنوان www.losttreasure.com
الاستخدام في انظمة الامان والسلامة والحماية
بالاضافة إلى الاستخدامات المتعددة لاجهزة كشف المعادن بتقنياتها المختلفة فإن هناك استخدامات اخرى وهامة. فإن اجهزة المراقبة المثبتة على على مداخل المؤسسات الهامة كالمطارات تستخدم اجهزة الكشف عن المعادن التي تعمل بتقنية النبض المغناطيسي الحثي كما ان أجهزة التفتيش اليدوية التي يستخدمها رجال الامن تستخدم اجهزة كشف عن المعادن تعمل بتقنية النبضات التذبذبية.
