فلزیاب ها

0

عکس: این تفنگدار دریایی ایالات متحده از یک فلزیاب گرت برای جابجایی سلاح های مخفی استفاده می کند.

وقتی مغناطیس با برق برخورد کرد

James Clerk Maxwell

عکس: فیزیکدان درخشان جیمز کلرک مکسول.

اگر تا به حال با پیچیدن سیم پیچ سیم الکترومغناطیس ساخته اید در اطراف یک میخ و اتصال آن به یک باتری ، می دانید که مغناطیس و برق مانند یک یک زوج متاهل قدیمی: هر وقت یکی را پیدا کردید ، دیگری را نه چندان دور پیدا خواهید کرد.

ما هر دقیقه از هر روز از این ایده استفاده عملی می کنیم. هر بار که ما از یک دستگاه برقی استفاده می کنیم ، به اتمام آن بستگی داریم ارتباط برق و مغناطیس برق مصرفی ما از نیروگاه ها (یا ، به طور فزاینده ، از منابع تجدید پذیر مانند توربین های بادی ) و توسط یک ساخته شده است ژنراتور ، که واقعا فقط یک طبل بزرگ سیم مس . وقتی سیم با سرعت زیاد می چرخد از طریق یک میدان مغناطیسی ، برق به طور “جادویی” در داخل آن تولید می شود – و ما می توانیم این قدرت را برای اهداف خود مهار کنیم. وسایل برقی ما (در همه چیز از شستشو استفاده می کنیم ماشین آلات به جاروبرقی ) حاوی موتورهای الکتریکی است که دقیقاً برعکس کار می کنند ژنراتورها : وقتی جریان برق به درون آنها می رود ، ایجاد تغییر می کند میدان مغناطیسی در سیم پیچ سیم که به سمت میدان a فشار می آورد آهن ربا دائمی ، و همین باعث چرخش موتور می شود. (میتونی پیدا کنی در مقاله ما در مورد موتورهای الکتریکی اطلاعات بیشتری در این مورد کسب کنید.)

به طور خلاصه ، می توانید از برق برای ایجاد مغناطیس و مغناطیس استفاده کنید برق درست کردن یک فیزیکدان اسکاتلندی فوق العاده باهوش به نام جیمز کلرک مکسول (۱۸۳۱–۱۸۷۹) همه اینها را در دهه ۱۸۶۰ خلاصه کرد چه زمانی او چهار فرمول ریاضی فریب آمیز ساده نوشت (اکنون شناخته شده است) به عنوان معادلات ماکسول ). یکی از آنها می گوید هر زمان که باشد یک میدان الکتریکی در حال تغییر ، شما همچنین یک میدان مغناطیسی در حال تغییر را دریافت می کنید. دیگری می گوید وقتی یک میدان مغناطیسی در حال تغییر باشد ، شما یک تغییر میدان الکتریکی. آنچه ماکسول واقعاً می گفت این بود برق و مغناطیس دو قسمت از یک چیز هستند: الکترومغناطیس با دانستن این موضوع ، می توانیم دقیقاً بدانیم که فلز چگونه است ردیاب ها کار کنید.

چگونه الکترومغناطیس یک فلزیاب را کنترل می کند

Walk-through airport metal detector

عکس: این ردیاب پیشرفته راهبری ساخته شده است در آزمایشگاه ملی اقیانوس آرام شمال غربی از تصویربرداری موج برای شناسایی سلاح های پلاستیکی و سرامیکی استفاده می کند توسط فلزیاب های معمولی انتخاب نمی شود.

Charles Garrett's original compact two-coil metal detector from 1972 from US Patent 3,662,255

آثار هنری: فلزیاب جمع و جور به سبک مدرن و در اوایل دهه ۱۹۷۰ توسط چارلز گرت اختراع شد. به وضوح می توانید دو سیم پیچ (که من قرمز و آبی رنگ کرده ام) را ببینید. جعبه (نارنجی) بالای دسته (سبز) حاوی مدارهای کنترل است ، از جمله باتری (نشان داده نمی شود) ، بلندگو (۲۴) ، ولوم (۲۷) ، کنترل حساسیت (۲۸) و کلید روشن / خاموش ( ۲۹) این تصویر از ثبت اختراع ایالات متحده ۳،۶۶۲،۲۵۵ چارلز گرت است که در سال ۱۹۷۲ اعطا شده است ، با مجوز از اداره ثبت اختراعات و علائم تجاری ایالات متحده.

فلزیاب های مختلف به طرق مختلف کار می کنند ، اما در اینجا آمده است علمی پشت یکی از انواع ساده تر. یک فلزیاب حاوی a سیم پیچ سیم (دور سر دایره ای شکل در انتهای پیچیده شده است) دسته) معروف به سیم پیچ فرستنده . هنگامی که برق جریان می یابد از طریق سیم پیچ ، یک میدان مغناطیسی در اطراف آن ایجاد می شود. همانطور که شما جارو ردیاب بیش از زمین ، شما میدان مغناطیسی را به حرکت در می آورید هم. اگر ردیاب را روی یک جسم فلزی حرکت دهید ، در حال حرکت است میدان مغناطیسی بر روی اتم ها درون آن تأثیر می گذارد فلز. در واقع ، نحوه الکترونها (ذرات ریز “در مدار” اطراف را تغییر می دهد) آن اتم ها) حرکت می کنند. حال اگر یک میدان مغناطیسی در حال تغییر داشته باشیم فلز ، شبح جیمز کلرک مکسول به ما می گوید که ما همچنین باید یک جریان الکتریکی نیز در آنجا حرکت می کند. به عبارت دیگر ، فلزیاب برخی فعالیت های الکتریکی را در فلز ایجاد می کند (یا “القا می کند”). اما بعد ماکسول می گوید چیز جالب دیگری نیز برای ما وجود دارد: اگر برق داشته باشیم که در حرکت می کند قطعه ای از فلز ، همچنین باید مقداری مغناطیس ایجاد کند. بنابراین ، هنگامی که شما یک فلزیاب را روی یک قطعه فلز ، میدان مغناطیسی حرکت دهید آمدن از آشکارساز باعث می شود میدان مغناطیسی دیگری در اطراف ظاهر شود فلز.

این میدان مغناطیسی دوم ، اطراف فلز است که آشکارساز را می گیرد. فلزیاب سیم پیچ دوم سیم در سر خود دارد (معروف به سیم پیچ گیرنده ) که به مدار حاوی a متصل است بلندگو . همانطور که ردیاب را حرکت می دهید در مورد بیش از یک قطعه فلز ، میدان مغناطیسی تولید شده توسط فلز سیم پیچ را برش می دهد. اکنون اگر یک قطعه فلز را از طریق یک میدان مغناطیسی حرکت دهید ، می سازید جریان برق از طریق آن جریان می یابد (به یاد داشته باشید ، نحوه عملکرد یک ژنراتور است). بنابراین ، هنگامی که ردیاب را روی فلز حرکت می دهید ، جریان برق جریان می یابد از طریق سیم پیچ گیرنده ، بلندگو را کلیک یا بوق بزنید. سلام presto ، فلزیاب فعال شده و شما چیزی پیدا کرده اید! هرچه سیم پیچ فرستنده را به قطعه فلز نزدیک کنید ، میدان مغناطیسی سیم پیچ فرستنده در آن ایجاد می کند ، هرچه قوی تر باشد میدان مغناطیسی که فلز در سیم پیچ گیرنده ایجاد می کند ، جریان بیشتری دارد در بلندگو جریان می یابد و سر و صدا بلندتر می شود.

بنابراین ، جیمز کلرک مکسول ، متشکریم که به ما کمک کردید تا دریابیم که چگونه فلزیاب ها کار می کنند – با استفاده از برق برای ایجاد مغناطیس ، که باعث ایجاد برق بیشتر در جای دیگر می شود.

انواع مختلف فلزیاب ها کدامند

همانطور که در بالا دیدیم ، میدان های مغناطیسی با تغییر میدان های الکتریکی تولید می شوند که در یک مکان خاص نوسان می کنند فرکانس. فرکانسهای مختلف بسته به نوع آنها نتایج بهتر یا بدتری می دهند فلزی که بدنبال آن هستید ، چقدر در اعماق زمین جستجو می کنید ، زمین از چه نوع موادی ساخته شده است (شن و ماسه یا خاک یا هر چیز دیگری) و غیره.

اگرچه آشکارسازهای فلزی با تبدیل الکتریسیته به مغناطیس و برگشت ، همه به یک شکل کلی کار می کنند باز هم ، آنها در سه نوع اصلی وجود دارند. ساده ترین ها برای انواع اهداف عمومی مناسب هستند کشف فلز و شکار گنج. به آنها آشکارسازهای VLF (با فرکانس بسیار پایین) می گویند زیرا از آنها استفاده می کنند یک فرکانس شناسایی ثابت و ثابت ، به طور معمول در حدود ۶-۲۰ کیلوهرتز (به طور کلی کمتر از ۳۰ کیلو هرتز). همچنین با آشکارسازهای PI (القای پالس) مواجه خواهید شد ، که از فرکانس های بالاتر و سیگنالهای پالسی آنها به طور کلی می توانند چیزهای عمیق تری از ردیاب های VLF را در زمین جمع کنند ، اما به همان اندازه تفکیک پذیر نیستند هیچ چیز مانند معمول استفاده نمی شود. نوع سوم به عنوان آشکارساز FBS (طیف باند کامل) ردیاب شناخته می شود ، که از چندین فرکانس به طور همزمان استفاده می کند – بنابراین ، در واقع ، چیزی شبیه به استفاده همزمان از چندین آشکارساز تنظیم شده با تغییر متفاوت است.

US Army AN PSS14 metal detector made by Cyterra and designed for mine clearance.

عکس: پاکسازی مین ها. این ردیاب مین ارتش (یک CyTerra AN / PSS-14) ترکیبی است یک آشکارساز فلزی بسیار حساس و پالسی و یک رادار نفوذپذیر به سطح زمین (GPR) در یک واحد ، واحد دستی این می تواند معادن با محتوای فلزی کم را تشخیص دهد و بین فلز معدن ، درهم ریختگی فلز بی ربط و خاک با محتوای فلز بالا تمایز قائل شود. عکس از ارتش ایالات متحده در Flickr منتشر شده تحت Creative Commons (CC BY 2.0). p >

فلزیاب چقدر عمق پیدا می کند؟

متأسفانه پاسخ دقیقی برای این س’sال وجود ندارد زیرا به انواع مختلفی از جمله:

بستگی دارد

  • اندازه ، شکل و نوع شی metal فلزی مدفون: مکان های بزرگتر در عمق راحت تر از اجسام کوچک است.
  • جهت شی: به طور کلی یافتن اجسامی که به صورت مسطح دفن شده اند راحت تر از اجسامی است که انتهای آنها رو به پایین باشد ، بخشی به این دلیل که منطقه هدف بزرگتری ایجاد می کند اما همچنین به این دلیل که شی buried دفن شده در ارسال سیگنال خود موثرتر است ردیاب.
  • سن شی: چیزهایی که مدت طولانی مدفون شده اند به احتمال زیاد اکسیده یا خورده شده اند و یافتن آنها دشوارتر می شود.
  • ماهیت خاک اطراف یا شن و ماسه ای که در جستجوی آن هستید.
  • نوع آشکارساز و فرکانس (یا فرکانس) های استفاده شده.

به طور کلی ، فلزیاب ها در حداکثر عمق حدود ۲۰-۵۰ سانتی متر (۸-۲۰ اینچ) کار می کنند.

فلزیاب ها در کجا استفاده می شوند

فلزیاب ها فقط برای یافتن سکه در ساحل استفاده نمی شوند. شما می تواند آنها را در دستگاه های اسکنر رهیاب در فرودگاه ها (برای متوقف کردن) افرادی که اسلحه و چاقو را به هواپیما یا سایر موارد ایمن حمل می کنند مانند زندانها و بیمارستانها) و در انواع مختلف علمی پژوهش. باستان شناسان غالباً از افراد غیر آموزش دیده با استفاده از فلز اخم می کنند آشکارسازها برای ایجاد مزاحمت در آثار مهم اما به درستی و با آنها استفاده می شود احترام ، فلزیاب ها می توانند ابزار ارزنده ای در تحقیقات تاریخی باشند.

Soldiers using a Garrett metal detector

عکس: این آشکارساز نوع گرز ، SuperScanner نامیده می شود و توسط فلزیاب Garrett ساخته شده است ، برای بررسی بازدید کنندگان از یک کلینیک پزشکی در افغانستان استفاده می شود. این یک باتری داخلی ۹ ولتی را خاموش می کند که حدود ۶۰ ساعت کار مداوم را فراهم می کند. اگر فلزی پیدا کردید ، ردیاب با ترکیبی به شما اطلاع می دهد از چشمک زدن چراغ های LED و سر و صدای زیاد. طول آن ۴۲ سانتی متر (۱۶٫۵ اینچ) و وزن آن ۵۰۰ گرم (۱۷٫۶ اونس) است. ردیاب هایی مانند این حدود ۲۰۰ دلار (۱۰۰ پوند) هزینه دارند. 

چه کسی فلزیاب ها را اختراع کرده است؟

آشکارسازهای فلزی ظاهراً به تیراندازی رئیس جمهور آمریکا جیمز ا. گارفیلد برمی گردند در ژوئیه ۱۸۸۱٫ یکی از گلوله های هدف رئیس جمهور در داخل بدن او قرار گرفت و پیدا نشد. الکساندر گراهام بل پیشگام تلفنی فوراً دستگاه مکان یابی فلز الکترومغناطیسی به نام تعادل القایی را با هم یکدست کرد ، مبتنی بر اختراع قبلی توسط هاینریش ویلهلم داو ، فیزیکدان آلمانی. اگرچه گلوله پیدا نشد و رئیس جمهور بعداً جان خود را از دست داد ، دستگاه بل به درستی کار کرد و بسیاری از افراد آن را به عنوان اولین مکان یاب فلز الکترومغناطیسی معرفی کردند.

Alexander Graham Bell's induction balance metal detector being used to locate a bullet following the attempted assassination of President James Garfield.

آثار هنری: چپ: آن گلوله را پیدا کنید! این طرح توسط ویلیام آ. اسکینکل ، از روزنامه مصور فرانک لزلی ، در تاریخ ۲۰ آگوست ۱۸۸۱ ، نشان می دهد که تعداد زیادی از پزشکان (!) با استفاده از تعادل القایی بل برای یافتن گلوله از دست رفته در بدن رئیس جمهور ، استفاده می کنند. اتاق سمت چپ حاوی وسایل موجود در بالای میز است که با برچسب “قطع کننده” ، “کندانسور” و “باتری” (جعبه های پشت میز). شما فقط می توانید سیم هایی را که از پایین تصویر کشیده می شوند تا تخت رئیس جمهور در سمت راست امتداد دهید. احتمالاً الکساندر گراهام بل آیا این مرد ریش دار در حال صحبت با تلفن در سمت راست است؟

فلزیاب های قابل حمل توسط مهندس الکترونیک متولد آلمان گرهارد فیشر اختراع شد. (که او همچنین “فیشر” را هجی می کرد) در حالی که در ایالات متحده زندگی می کرد ، و در ژانویه ۱۹۳۳ برای این حق ثبت اختراع درخواست کرد. او اختراع خود را Metalloscope نامید – یک روش “و ابزاری برای نشان دادن وجود فلزات مدفون مانند سنگ معدن ، لوله یا موارد مشابه “- و می توانید آن را در نقاشی اینجا ببینید. در همان سال ، وی آزمایشگاه تحقیقاتی فیشر را تأسیس کرد ، که تا به امروز به عنوان تولید کننده اصلی فلزیاب ها باقی مانده است. دکتر چارلز ال. گرت ، بنیانگذار Garrett Electronics ، در اوایل دهه ۱۹۷۰ پیشگام فلزیاب های مدرن و الکترونیکی بود. پس از کار در ناسا در برنامه فرود ماه Apollo ، گرت توجه خود را به سرگرمی خود – شکار گنج آماتور – معطوف کرد و شرکت او با یک سری نوآوری ها ، از جمله اولین فلزیاب رایانه ای با پردازش سیگنال دیجیتال ، که در سال ۱۹۸۷ ثبت اختراع شد ، انقلابی در زمینه ایجاد کرد. .

A patent drawing of the Gerhard Fischer (Fisher) portable metalloscope metal detector from 1937.

آثار هنری: متالوسکوپ ثبت شده توسط گرهارد فیشر (فیشر) در سال ۱۹۳۷ ، که برای سهولت در پیگیری آن را رنگ آمیزی کردم. سیم پیچ فرستنده در جعبه قرمز در جلو قرار دارد. سیم پیچ گیرنده در جعبه آبی در پشت قرار دارد. فرستنده از سیگنالهای ۳۰،۰۰۰ هرتزی نامفهوم استفاده می کند. گیرنده سیگنال های شنیدنی (با فرکانس حدود ۵۰۰ هرتز) را مانند هدف یاب فلزی مدرن به هدفون می فرستد. سیم پیچ های فرستنده و گیرنده در زاویه های سمت راست یکدیگر قرار می گیرند بنابراین گیرنده سیگنال ها را مستقیماً از فرستنده نمی گیرد. آثار هنری با مجوز از اداره ثبت اختراعات و علائم تجاری ایالات متحده ارائه شده است.

ردیاب های غیر فلزی چطور؟

شکارچیان گنج همیشه برای فلزیاب ها مانند این ارزش قائل هستند زیرا از نظر تاریخی ، چیزهای با ارزش معمولاً از فلز ساخته می شدند. اما در دنیای امنیت ، تنها کافی است به ردیاب های فلزی به عنوان تنها خط تولید ما اعتماد کنیم دفاع به عنوان مثال انواع افرادی که دوست دارند از طریق امنیت سلاح قاچاق کنند ، به خوبی آگاه هستند که آنها باید از طریق فلزیاب ها عبور کنند ، و احتمالاً گزینه های دیگری مانند سرامیک را امتحان می کنند ، چاقوهای پلاستیکی یا فیبر کربنی. اگرچه تولیدکنندگان معتبر برای اطمینان از وجود قطعات کوچک فلزی در این زمینه زحمت می کشند دسته چاقوهای “غیر فلزی” ، دقیقاً به همین دلیل ، چیزی برای جلوگیری از تیز کردن یک تکه پلاستیک به همانطور که پلیس بارها و بارها چاقو را بداهه کرده است پیدا شد . بنابراین ، چگونه تهدیدات غیر فلزی را تشخیص می دهیم؟

یک راه حل که در فرودگاه ها اتخاذ شده استفاده از اسکنرهای موج میلی متر (MMS) برای نمایش اشیا metal فلزی و nometal است. اساساً ، آنها مانند نسخه های ایمن تری از ماشین های X ray کار می کنند: امواج از طریق لباس عبور می کنند اما توسط بدن ما بازتاب داده می شود ، و هر گونه سلاح مخفی (فلزی یا غیره) به عنوان عکس بر روی صفحه نمایش نشان داده می شود. دستگاه های اشعه ایکس از اشعه بسیار قدرتمندی استفاده می کنند (با طول موج تقریباً در نانومتر = میلیاردم متر) ، که اگر بدن شما مقدار زیادی از آنها را جذب کند می تواند خطرناک باشد. همانطور که از نام آنها پیداست ، اسکنرهای موج میلی متر از امواج بسیار طولانی تری به ابعاد ۱ تا ۱۰ میلی متر (تقریباً ۱۰ برابر کوچکتر از مایکروویو هایی که تلفن های همراه ارسال و دریافت می کنند) استفاده می کنند ، که شدت آنها بسیار کمتر است و بنابراین موقعیت دارند سلامتی افراد کم است یا هیچ خطری ندارد .

مطالب پیشنهادی

ممکن است شما دوست داشته باشید
ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.