Come funzionano i metal detector? La scienza del magnetismo e dei metalli

May 17, 2023

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Il magnetismo e il metallo equivalgono a un hobby interessante e talvolta redditizio.

Armati di metal detector, gli esploratori curiosi trovano ogni giorno oggetti storici. Ad esempio, Bob Podhrasky, COO, vicepresidente senior e direttore dell'ingegneria presso il produttore di metal detector Garrett, ha dichiarato a Popular Mechanics di aver utilizzato un metal detector per esplorare il luogo della battaglia presso il monumento di San Jacinto dove il Texas ha ottenuto la sua indipendenza.

"Avevano un'area in cui c'era un gruppo di oggetti personali in fila, e sospettavano che fosse lì che i soldati si erano arresi e avevano dovuto svuotare le tasche a terra", ha detto Podhrasky.

Come funzionano i metal detector? Innanzitutto i metalli interagiscono con i campi magnetici.

"Se hai un campo magnetico variabile nel tempo, quel campo magnetico all'interno di quel metallo crea correnti parassite", ha detto Kamal Sarabandi, professore di ingegneria all'Università del Michigan, a Popular Mechanics. "Si tratta di correnti che circolano attorno al campo magnetico. In cambio, quelle correnti elettriche indotte negli oggetti metallici possono creare il proprio campo magnetico che viene rilevato dal... metal detector."

Ogni rilevatore ha un trasmettitore che eccita una bobina di ricerca. Una bobina di ricezione rileva oggetti metallici che contengono correnti parassite a causa del campo della bobina di ricerca.

"Questi circuiti di ricezione sono posizionati in un modo particolare in modo che il campo di trasmissione primario venga annullato", ha detto Podhrasky. "E così, quando la bobina di ricerca del metal detector passa sopra un pezzo di metallo, il campo magnetico viene disturbato, e quindi... si crea un cambiamento di energia nella bobina ricevente."

Il trasmettitore è un circuito semplice che di solito crea un'onda sinusoidale oscillante, ha detto Podhrasky. Il segnale dal ricevitore va a un preamplificatore, che filtra le frequenze indesiderate, quindi viene convertito in CC e digitalizzato. Il circuito crea un suono udibile. Molti metal detector ora dispongono di display LCD che mostrano le loro impostazioni.

I metal detector possono rilevare le differenze tra i diversi tipi di metallo in base a come i campi magnetici sono distorti, quanto sono distorti e quanta energia viene persa sotto forma di calore, ha detto Podhrasky.

Podhrasky ha affermato di aver inventato una tecnologia chiamata "notching" che consente agli utenti di utilizzare un microprocessore per selezionare i tipi di oggetti che desiderano che i metal detector osservino. "Per... il sistema Garrett, abbiamo una serie di quadrati nella parte superiore dello schermo. Quei quadrati vanno dai conduttori molto bassi a sinistra ai conduttori molto alti a destra. Possiamo disattivare i pixel e acceso. Se il pixel è spento, se un oggetto cade in quella zona, il rilevatore non emette alcun suono."

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Le bobine per rilevatori di metalli sono disponibili in varie dimensioni. Quelli più piccoli sono più sensibili ai piccoli oggetti vicino alla superficie, mentre quelli più grandi possono rilevare il metallo a profondità maggiori, ha detto Podhrasky. Le bobine più grandi sono più pesanti di quelle piccole. Le bobine concentriche complanari funzionano bene su terreni con meno contenuto di minerali. Le bobine DD sono più ottimali per terreni con alti livelli di minerali.

Di solito, il rilevamento dei metalli subacquei viene effettuato utilizzando metal detector a induzione di impulsi, ha detto Podhrasky.

"Nel corso degli anni, si è trattato di un processo di sviluppo costante man mano che l'elettronica progrediva", ha affermato Podhrasky. "A un certo punto, i metal detector erano dotati di tubi a vuoto e non potevi farci molto. Non potevano discriminare e non erano molto sensibili. Ma nel corso degli anni, con il progresso dei transistor e dei microprocessori e "La capacità di eseguire l'elaborazione del segnale digitale e il basso consumo man mano che la complessità aumenta, si ottengono display LCD. È un'evoluzione costante dell'applicazione della tecnologia alla disciplina."