[مشروع جاهز ] جهاز البحث عن المعادن

جهاز البحث عن المعادن

الأدوات : آلة حاسبة صغيرة – جهاز راديو صغير - غلاف أسطوانة CD - لاصق .
الطريقة : قم بتثبيت الآلة الحاسبة وجهاز الراديو على وجهيّ غلاف الأسطوانة بواسطة لاصق ، ثم شغل الراديو على موجة AM ، ثم قرّب الآلة والراديو من أي معدن . ماذا تلاحظ في صوت الراديو ؟

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

يمكنك قضاء ساعات من التسلية في البحث عن المعادن الثمينة المدفونة في الارض باستخدام اجهزة الكشف عن المعادن
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 الانتينا antenna 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 المنخفضةVery low frequency (VLF)
• تقنية النبض المغناطيسي الحثيPulse induction (PI)
• تقنية النبضات التذبذبيةBeat-frequency oscillation (BFO)
سوف نقوم الان بشرح فكرة عمل كل تقنية من التقنيات الثلاث وكيف تستخدم في الكشف عن المعادن.

أولاً: تقنية الترددات المنخفضةVery 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.
 
جهاز كشف معادن يعمل بتقنية الترددات المنخفضة

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 resistance وفي 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.