كيف تعمل اجهزة كشف المعادن ؟

كيف تعمل اجهزة كشف المعادن ؟

عند ذكرك كلمة " كاشف معادن " امام الناس قد يتبادر الى اذهانهم اشياء مختلفة مثلا الذهاب الى الشاطئ للبحث عن قطع النقود او الكنوز , والبعض الآخر سوف يفكر بالبوابات الامنية في المطارات او اجهزة المسح اليدوية المحمولة في الملاعب او المسارح او وسائل النقل العام .

في الحقيقة جميع هذه الامور صحيحة , ان تقنية كشف المعادن هي جزء مهم في حياتنا مع مجال واسع من الاستخدامات من الهوايات الى العمل و الأمن , حيث تساعد اجهزة كشف المعادن في المطارات و المباني الرسمية و المدارس و الوكالات الحكومية والسجون ,في التأكد من عدم احضار اي شخص لسلاح لاماكن العمل والاماكن العامة .

من جهة اخرى توفر كاشفات المعادن الموجهة للزبائن فرصة لملايين الناس حول العالم لاكتشاف الكنوز الدفينة في الارض .

أجزاء جهاز كشف المعادن 

إن جهاز كشف المعادن النموذجي في العادة يكون خفيف الوزن ومكون من بضع اجزاء وهي :

1 - المثبت Stabilizer وهو الجزء الذي يستخدم لجعل الجهاز ثابتا عند تحريكه للامام والخلف عند البحث 

2 - صندوق التحكم Control Box يحوي عادة  الدارات الكهربائية والالكترونية مع الازرار ومكونات اخرى مثل مكبر الصوت والبطاريات والمعالج ..الخ

3 - الذراع Shaft ومهمته وصل صندوق التحكم مع قرص البحث وعادة مايكون طوله قابلا للضبط بحيث يمكن تغييره لحد معين يتناسب مع طول المستخدم وراحة الاستخدام .

4 - قرص البحث Search Coil وهو الجزء الذي يقوم بتحسس وجود المعدن في الارض ويعرف عادة باسماء مختلفة مثل "رأس البحث" و " هوائي البحث" و "حلقة البحث"...الخ

ومعظم  اجهزة كشف المعادن تحوي مكونات اخرى مثل منفذ لوضع السماعات وبعضها يكون صندوق التحكم تحت الذراع و يوجد فيها شاشة صغيرة لعرض النتائج والمؤشرات .

تقنيات اجهزة كشف المعادن

1 - تقنية التردد المنخفض جدا VLF(very low frequency)

هذه التقنية هي الاكثر شيوعا حاليا في اجهزة كشف المعادن وفي جهاز كشف المعادن العامل وفق هذه التقنية يوجد وشيعتين منفصلتين :

- وشيعة البث Transmitter coil  وهي الحلقة الخارجية ضمنها سلك يمرر ضمنه التيار الكهربائي اولا في اتجاه واحد ثم في الاتجاه الاخر , آلاف المرات في الثانية .ان عدد مرات تغير اتجاه التيار في الثانية يحدد تردد الجهاز .

- وشيعة الاستقبال  Receiver coil   وهي الحلقة الداخلية وهي عبارة عن سلك يعمل كهوائي Antenna  ليلتقط ويضخم الترددات من الاجسام تحت الأرض.

مبدأ العمل :

إن التيار المار من خلال وشيعة البث ينشئ حقل كهرومغناطيسي متعامد مع الوشيعة  في كل مرة يغير التيار فيها اتجاهه تتغير قطبية الحقل المغناطيسي وهذا يعني انه في حالة كانت الوشيعة موازية للارض فان الحقل يدفع نحو الاسفل باتجاه التربة وثم يخرج نحو الاعلى منها .

ولكن كيف يميز جهاز كشف المعادن العامل بتقنية VLF بين المعادن المختلفة ؟ 

انه يعتمد على ظاهرة تدعى تغير الطور Phase Shifting وهي تمثل الفرق بالتوقيت بين تردد وشيعة البث و تردد الهدف وهذا الشي يمكن ان ينتج عنه :

-  الحث inductance حيث يكون الجسم الموصل للكهرباء بسهولة بطئ الاستجابة للتغيرات في التيار الكهربائي ويمكنك تخيل ذلك كنهر عميق عند تغيير كمية المياه التي تتدفق اليه تحتاج بعض الوقت قبل ان تلاحظ الفرق .

- المقاومة Resistance الجسم الذي لا يوصل الكهرباء بسهولة ( مقاوم للتيار) تكون استجابته سريعة للتغير في التيار وبنفس الطريقة يمكن تشبيه ذلك بجدول صغير وضحل بتغيير كمية الماء المتدفقة اليه سوف تلاحظ تغيرا سريعا جدا في منسوب الماء .

وهذا يعني ان الجسم  ذو الحث او الناقلية الاكبر له تغير اكبر في الطور لانه يحتاج وقتا أطول لتغيير حقله المغناطيسي بالمقابل فإن الجسم ذو المقاومة الأعلى يكون تغير الطور له أصغر .

2 -  تقنية الحث النبضي Pulse Induction 

وهي تقنية اخرى تستخدم في اجهزة كشف المعادن وعلى عكس تقنية VLF تستخدم انظمة الحث النبضي وشيعة واحدة تعمل كمرسل ومستقبل أو يمكن ان تحوي وشيعتين او ثلاثة تعمل سويا .

في هذه التقنية يتم ارسال نبضات من التيار الكهربائي خلال وشيعة من الاسلاك المعدنية وكل نبضة تولد حقلا مغناطيسيا وعندما تنتهي النبضة تعكس قطبية الحقل ويتلاشى فجأة مولدا صدمة كهربائية حادة تستمر لبضع أجزاء من المليون من الثانية ( مكرو ثانية ) ويسبب مرور تيار آخر عبر الوشيعة ويسمى هذا التيار بالنبض المنعكس Reflected Pulse ويستمر لفترة قصيرة جدا (حوالي 30 مكرو ثانية) ومن جديد ترسل نبضة كهربائية جديدة وتعاد العملية .

في جهاز نموذجي  لكشف المعادن العامل بالحث النبضي ترسل حوالي 100 نبضة كهربائية في الثانية ولكن يمكن للرقم ام يختلف حسب الشركة الصانعة و الموديل من بضع نبضات الى آلاف النبضات في الثانية .

 وعند مرور الجهاز فوق جسم معدني ينشئ النبض حقلا مغناطيسيا معاكسا في الجسم وعندما يتقلص الحقل المغناطيسي الناتج عن النبض يسبب ذلك نبضا معاكسا والحقل المغناطيسي للجسم يجعل هذا النبض المعاكس يأخذ وقتا أطول لتلاشى . وهذه العملية تعمل نوعا ما مثل الصدى : اذا صرخت في غرفة فيها بضع أسطح صلبة ربما تسمع صدى موجز لفترة قصيرة جدا او لا تسمع اي صدى على الاطلاق ولكن في حالة حوت الغرفة اسطحا صلبة كثيرة فإن الصدى يستمر لزمن أطول .

اذا في جهاز كشف المعادن بالحث النبضي تساعد الحقول المغناطيسية التاتجة من الاجسام المعدنية في الأرض بجعل النبض العكسي يستمر لمدة أطول نسبيا من حالة عدم وجود هذه الاجسام.

3 -  تقنية مذبذب التردد الطنيني Beat-frequency Oscillator

وهي التقنية الابسط لكشف المعادن حيث يوجد في جهاز كشف المعادن العامل بهذه التقنية وشيعتين  الوشيعة الكبيرة في قرص البحث والوشيعة الصغيرة في صندوق التحكم وكل وشيعة موصولة مع مذبذب يولد آلاف النبضات الكهربائية  في الثانية , وتردد هذه النبضات هو تقريبا الفرق بين الوشيعتين  وعندما تمر هذه النبضات في كل وشيعة مولدة امواج راديو يلتقطها مستقبل في صندوق التحكم منشئا سلسلة من النغمات ( الطنين) بناءا على الفرق بين الترددين

استخدام كاشفات المعادن للبحث عن القطع المعدنية الدفينة

ان اجهزة كشف المعادن هي حل ممتاز لايجاد الاجسام الدفينة ولكن يجب ان يكون الجسم ضمن عمق معين من السطح (عادة لا يتجاوز 30 سم) ولكن العمق الدقيق يتغير حسب عدد من العوامل :

- نوع جهاز كاشف المعادن حيث تلعب التقنية التي يعمل بها الجهاز عاملا رئيسيا في امكانياته وهنالك بعض الميزات او الاختلافات التي تميز الاجهزة التي تعمل بنفس التقنية كمثال بعض اجهزة كشف المعادن التي تعمل بتقنية VLF تستخدم ترددات اعلى من غيرها وبعضها يوفر اقراص بحث مختلفة الحجم  وكذلك الحساس او تقنية تضخيم الاشارة ممكن ان تختلف من جهاز لجهاز حسب المصنع او حتى ضمن الموديلات المختلفة من نفس الجهاز .

-  طبيعة الجسم الدفين حيث تصنع بعض المعادن كالحديد مثلا حقولا مغناطيسيا أقوى من بقية المعادن .

- حجم القطعة حيث يصبح اكتشاف القطع الصغيرة جدا اصعب على اعماق اكبر .

- تركيبة التربة حيث تحوي بعض الترب فلزات لمعادن موصلة للكهرباء ويمكن ان تتداخل جديا مع الحقل الناتج عن الجهاز .

- التداخل من اجسام اخرى في الارض مثل الانابيب و الاسلاك او من اجسام فوق سطح الارض مثل خطوط التيار الكهربائي .