ألية عمل الاجهزة ( النظام الكرومغناطيسي )

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) المنظم أو المثبت stabilizer ويستخدم في الحفاظ على أجزاء الجهاز ثابتة ومستقرة أثناء تحريك الجهاز للأمام والخلف. (2) صندوق التحكم control box يحتوي على الدوائر الالكترونية وأجهزة 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 أحيانا برأس البحث search head أو الانتينا antenna أو الملف loop.  "سوف نستخدم مصلح الكاشف".
قد توجد في بعض أنواع أجهزة الكشف عن المعادن بعض الاختلافات الطفيفة مثل أن تزود بسماعات رأس إضافية أو أن يكون جهاز التحكم في أسفل العمود وشاشة المراقبة مثبتة في الأعلى.  ولكن جميع أجهزة 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.
أنواع أجهزة الكشف عن المعادن: تعتمد أجهزة الكشف عن المعادن على تقنيات ثلاثة تحدد أنواعها وهذه التقنيات هي: تقنية الترددات المنخفضة: Very low frequency _ VLF تقنية النبض المغناطيسي الحثي: Pulse induction _ PI تقنية النبضات التذبذبية: Beat-frequency oscillation _ BFO
أولاً: تقنية الترددات المنخفضةVery low frequency (VLF) تعتبر هذه التقنية الأكثر استخداما في أجهزة الكشف عن المعادن وتعرف أحيانا باسم توازن الحث المغناطيسي inductionbalance وتعتمد هذه التقنية على استخدام ملفين هما: ملف الإرسال 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 لآلاف المرات في الثانية. ملف الاستقبال receiver coil وهو الملف الداخلي والذي يحتوي على سلك في شكل ملف نصف قطره اصغر من ملف الإرسال ويعمل هذا الملف عمل الانتينا لاستقبال الإشارة المنعكسة عن الأجسام في باطن الأرض وتكبيرها
إن التيار الكهربي المتناوب الذي يمر في ملف الإرسال ينشىء مجالا مغناطيسياً، يكون اتجاه هذا المجال المغناطيسي عمودياً على مستوى ملف الإرسال، وفي كل مرة يغير فيه التيار اتجاهه تتغير قطبية (القطب الشمالي والقطب الجنوبي) المجال المغناطيسي.  وهذا يعني انه إذا كان مستوى ملف الإرسال موازيا تماما لسطح الأرض فإن المجال المغناطيسي الناشئ يدخل في الأرض أو يخرج منها في عملية تشبه الدفع والسحب. في حين أن نبضات المجال المغناطيسي الداخلة للأرض والخارجة منها تتفاعل مع أي مادة موصلة (مثل المعادن) تصطدم بها، وهذا يسبب في أن تولد المواد الموصلة مجالاً مغناطيسياً ضعيفاً يسمى بالمجال المغناطيسي للجسم وتكون قطبية هذا المجال معاكسة لقطبية المجال المغناطيسي لملف الإرسال.  فإذا كان مجال الملف في اتجاه الدخول إلى الأرض يكون مجال الجسم في اتجاه الخروج والعكس صحيح.
نأتي الآن لدور ملف الاستقبال لنوضح كيف يستقبل الإشارة المغناطيسية المنعكسة عن الجسم المعدني، هنا ملف الاستقبال معزول تماماً عن أي مجال مغناطيسي يصدره ملف الإرسال,  ولكن ليس معزولاً عن المجال المغناطيسي الصادر عن الجسم المعدني في الموجود في الأرض.  ولهذا عندما يمر ملف الاستقبال فوق جسم معدني يصدر مجالاً مغناطيسياً بسبب ملف الإرسال فإن ملف الاستقبال سوف يلتقط هذه المجال المغناطيسي الضعيف والمتردد وينتج عنه تياراً كهربياً بمر في ملف الاستقبال، يتردد التيار الكهربي بنفس تردد المجال المغناطيسي. يتم تكبير هذه التيار الكهربي وتدخل إلى صندوق التحكم حيث يتم يقوم الميكروبروسسور بتحليل الإشارة وإظهار البيانات. يقوم جهاز كاشف المعادن بتحديد عمق الجسم المعدني في الأرض بالاعتماد على شدة المجال المغناطيسي المتولد عن الجسم المعدني، فكلما كان الجسم قريبا من سطح الأرض كلما كان المجال المغناطيسي الناشئ اكبر وكلما كانت الإشارة الكهربية المتولدة في ملف الاستقبال اكبر وكلما كان الجسم على عمق اكبر من سطح الأرض كلما كان المجال المغناطيسي اصغر ومن خلال معايرة شدة المجال المغناطيسي مع العمق يمكن للجهاز أن يحدد موقع الجسم وبعده عن سطح الأرض.
كيف يميز جهاز كشف المعادن بين أنواع المعادن المختلفة؟ قد لا يتصور كم المعادن التي من الممكن أن يلتقطها جهاز الكشف عن المعادن وتكون في النهاية أما مسمار صغير أو سدادة مشروب من المشروبات أو قطع خردة لذلك تم تطوير أجهزة الكشف عن المعادن لتمكنك من التمييز بين المعادن فتحدد مسبقاً للجهاز نوع المعادن التي ترغب في البحث عنها كالذهب أو غيره وبالتالي لا يعطي الجهاز الإشارة الصوتية إلا إذا اوجد المعدن الذي تبحث عنه، ولكن كيف يستطيع جهاز كشف المعادن التمييز بين أنواع المعادن لقد فهمنا كيف يقوم بتحديد العمق وكانت العملية سهلة وواضحة ولكن أن يميز بين المعادن فهذا في الحقيقة أمر صعب ويعتمد على دوائر الكترونية تقوم بقياس الإزاحة في الطور phase shifting. الإزاحة في الطور هو الفرق في الزمن بين تردد ملف الإرسال وتردد الجسم. وهذا الفرق في الزمن يعود إلى اختلاف المعادن في مقاومتها الكهربية resistance وفي الحث  الكهربي inductance. الجسم الذي لا يمرر التيار الكهربي بسهولة (له مقاومة) يكون من أسرع في الاستجابة للتغيرات في التيار الكهربي. أما الجسم الذي يوصل التيار الكهربي بسهولة فإنه يكون ابطىء في الاستجابة للتغيرات في التيار الكهربي.   وهذا يعني أن الجسم الذي له حث كهربي كبير يكون له مقدار إزاحة في الطور كبيرة لان يأخذ زمن اكبر في التغير مع المجال المغناطيسي أما الأجسام التي لها مقاومة كهربية كبيرة فإن مقدار الإزاحة في الطور ستكون صغيرة.   وبالاعتماد على دوائر الكترونية بسيطة يمكن حساب الإزاحة في الطور ومقارنة الإزاحة بالمعلومات المخزنة مسبقا عن الإزاحة في الطور لمختلف المعادن يمكن للجهاز أن يميز بين المعادن وبالتالي يمكن أن يبرمج جهاز كشف المعادن ليبحث عن المعادن التي لها إزاحة طور معينة وهي التي نريدها.
ثانياً: تقنية النبض الحثي Pulse induction _ PI تعتبر تقنية النبض الحثي اقل استخداما في أجهزة الكشف عن المعادن لأن بالاعتماد على هذه التقنية لا يمكن التميز بين أنواع المعادن كما في التقنية الأولى ولكن الأجهزة التي تعتمد هذه التقنية تعمل في مناطق معينة لا يمكن فيها استخدام التقنية الأولى. تستخدم هذه التقنية ملف واحد يعمل كملف إرسال واستقبال فينفس الوقت.  تعتمد فكرة هذه التقنية على إرسال تيار كهربي 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 كهربية.  مدة بقاء الشرارة الكهربية لا يتجاوز المايكرو ثانية (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 reflected pulse وتكون مدتها الزمنية قصيرة جداً لا تتجاوز 30 ميكروثانية. تتكرر هذه العملية بمعدل 100 نبضة في الثانية ويمكن أن بتغير هذا الرقم ليصل إلى 25 نبضة في الثانية أو 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 reflected pulse فإن المجال المغناطيسي الإضافي 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 إذا ما كان هناك مجالاً مغناطيسياً إضافيا بسبب زيادة زمن بقاء النبضة المنعكسة.  فإذا ما كان الزمن يزيد عن القيمة المتوقعة فإن الجهاز يرسل إشارة كهربية تتحول عبر دائرة كهربية لتكبر وترسل إلى دائرة تصدر صوتاً منبها بوجود جسم معدني في المنطقة التي يكشف عنها في الأرض.
مزايا وعيوب تقنية النبض المغناطيسي الحثي الكواشف التي تعمل بتقنية النبض المغناطيسي الحثي كما ذكرنا في البداية لا تستطيع التميز بين أنواع 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 الأرض التي تتفحصها فإذا ما كانت الأرض تحتوي على مواد ذات موصلية عالية يفضل استخدام كواشف النبض المغناطيسي الحثي، كما أن هذه الكواشف تستطيع الكشف عن معادن على مسافات أعمق من تلك التي تستطيع الأنظمة الأخرى رصدها.
ثالثاً: تقنية النبضات التذبذبية Beat-frequency oscillation _ BFO تعتبر تقنية النبضات التذبذبية من أسهل التقنيات المستخدمة في الكشف عن المعادن.  حيث تستخدم ملف كبير عند طرف البحث وملف آخر اصغر موجود داخل صندوق التحكم.  وكل ملف موصول بمذبذب يولد آلاف النبضات في الثانية. يصدر الملف موجات راديو يستقبلها جهاز استقبال في صندوق التحكم ويحولها إلى إشارة 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 أمواج الراديو ، وهذا يؤدي إلى انحراف في التردد لأمواج الراديو واختلافها عن أمواج الراديو الصادرة عن الملف الموجود في صندوق التحكم مما يتولد عن ذلك نبضات مسموعة لها نغمة مميزة.
العوامل التي تحدد مقدار العمق الذي يستجيب له الجهاز: (1) نوع كاشف المعادن (2) نوع المعدن الذي نبحث عنه (3) حجم الجسم المعدني وأبعاده (4) طبيعة التربة (5) التداخل بين الجسم والأجسام المحيطة به يعتبر الكثيرون الكشف عن المعادن هواية ويجمعهم أندية خاصة للقيام ببعض النشاطات مثل   (1) البحث عن النقود (2) البحث عن المعادن الثمينة كالذهب والفضة (3) تتبع الأثر