تويت
نظرية عمل الجهاز الكهرومغناطيسي لكشف المعادن تحت الارض
نظرية عمل الجهاز الكهرومغناطيسي لكشف المعادن تحت الارض
تتكون أجهزة الكشف عن المعادن بالنظام الكهرومغناطيسي من اجزاء بسيطة وخفيفة الوزن وهي على النحو التالي: (1) المثبت ويستخدم في الحفاظ على اجزاء الجهاز ثابتة ومستقرة اثناء تحريك الجهاز للامام والخلف.
(2) صندوق التحكم يحتوي على الدوائر الالكترونية واجهزة التحكم والبطارية والميكروبروسسور والسماعات
ومؤشرات الأمبير وشاشات ( LCD ) ان وجدت في الجهاز .
(3) العمود الذي يربط صندوق التحكم بالكاشف عن المعادن وعادة يكون العمود قابل للتحكم في طوله ليناسب
طول الشخص الذي يستخدمه دون تعب
(4) الكاشف وهو الجزء الرئيسي في الجهاز والمستخدم في الكشف عن وجود المعادن ويسمى احيانا برأس
البحص او الانتينا او الملف. "سوف نستخدم مصطلح الكاشف".
أجزاء جهاز الكشف عن المعادن
تختلف أجهزة الكشف عن المعادن عن بعضها أحيانا بإختلافات طفيفة مثل أن تكون بعضها مزودة بسماعات رأس اضافية أو اختلاف في مكان جهاز التحكم وشاشة المراقبة ، لكن جميع هذه الاجهزة تعمل على مبدأ واحد وذات فاعلية واحدة وتختلف بقوة دارتها للكشف فقط , وجميعها سهلة الاستخدام فكل ما على المستخدم فعله هو تشغيل الجهاز وتحريك الكاشف ببطء فوق المنطقة المراد الكشف عن المعادن فيها. وعند وجود أي أهداف معدنية فإن الجهاز سيصدر صوتاً عبر السماعات كما يظهر على الشاشة بعض المعلومات عن نوع هذا المعدن.
انواع اجهزة الكشف عن المعادن
تعتمد اجهزة الكشف عن المعادن على ثلاثة تقنيات تحدد انواعها وهذه التقنيات هي:
·تقنية الترددات المنخفضة (Very lowfrequency (VLF
·تقنية النبض المغناطيسي الحثي (Pulseinduction (PI
·تقنيةالنبضات التذبذبية (Beat-frequencyoscillation (BFO
. ويمكننا شرح هذه التقنيات وكيفية عملها على كشف المعادن لكل تقنية منها :
أولاً: تقنية الترددات المنخفضة
تعتبر هذه التقنية الاكثر استخداما في اجهزة الكشف عن المعادن وتعرف احياناً باسم توازن الحث المعناطيسي inductionbalance وتعتمد هذه التقنية على استخدام ملفين هما:
- ملف الارسال transmittercoil 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 receivercoil 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 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 التحكم حيث يقوم الميكروبروسسور بتحليل الاشارة واظهار البيانات.
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 الكهربائية 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 يلتقطها 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 phaseshifting.
الازاحة في الطور هو الفرق في الزمن بين تردد ملف الارسال وتردد الجسم. وهذا الفرق في الزمن يعود الى اختلاف المعادن في مقاومتها الكهربائية resistance وفي الحث الكهربائي inductance.
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
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 كهربائي 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 كهربائية. 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 reflectedpulse 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 المنعكسة reflectedpulse 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.
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
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.
تعليق