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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA História dos detectores de metal. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Radioamador iniciante A teoria do eletromagnetismo foi demonstrada pela primeira vez pelo americano Joseph Henry e independentemente por Michael Faraday em 1831. Henry logo fez experimentos bem-sucedidos com indução e auto-indução, que se tornaram a base do telégrafo, telefone e rádio. Ele ampliou seus experimentos com indução usando espirais planas de fio isolado - as primeiras bobinas. Muitos experimentos, realizados por vários pesquisadores, estudaram o efeito de objetos de metal na indutância, bem como o princípio de equilibrar efeitos indutivos em uma parte do circuito com efeitos iguais e opostos na outra parte. Uma forma primitiva de balança de indução para esse propósito foi aparentemente inventada na Alemanha pelo professor Dove por volta de 1841. Mais ou menos na mesma época, um aparelho semelhante foi inventado independentemente na América pelo professor Henry Rowland. Em 1976, o professor Alexander Graham, da Bell, voltou sua atenção para o balanceamento de indutâncias devido ao problema do ruído telefônico causado por equipamentos telegráficos em linhas que passavam perto de fios telefônicos. A interferência foi eliminada usando dois condutores em vez de um, pois as correntes induzidas em um condutor eram exatamente iguais e opostas em sentido às correntes induzidas no outro condutor; assim, um equilíbrio indutivo foi formado e o circuito tinha um sinal zero na saída. Este método foi patenteado na Inglaterra em 1877 por Bell, e durante o inverno de 1877-78 em Londres Bell estava experimentando este método. Ele descobriu que, quando o circuito está balanceado, um pedaço de metal colocado em um campo de indutância provoca som no telefone (receptor). Quando uma moeda de prata ou florim de meia coroa se movia diante das bobinas colocadas em paralelo, o silêncio do telefone era interrompido três vezes. O conhecido inglês de Bell, o professor de música Daniel Hughes, experimentou o equilíbrio indutivo em 1878 e demonstrou em julho de 1879 um dispositivo mais promissor para o equilíbrio indutivo usando quatro bobinas, nas quais, usando o mais recente microfone elétrico patenteado e o tique-taque de um relógio, uma perturbação elétrica foi criado em um circuito contendo duas bobinas principais e duas bobinas secundárias conectadas a fones de ouvido de telefone. Quando um pedaço de metal foi colocado próximo a um par de bobinas, o equilíbrio foi perturbado e o tique-taque do relógio tornou-se audível nos fones de ouvido.
Quando Bell voltou para a América, ele publicou um artigo "On New Methods for Investigating the Induction Field of Flat Coils" em agosto de 1879, a pedido de Gardner Hubbard, que viu aqui uma maneira possível de descobrir depósitos de metais valiosos na terra. Em 1881 de julho de XNUMX, o presidente Gardfield foi baleado nas costas por um assassino. Nas horas e dias seguintes, o mundo inteiro esperou com esperança e medo, mas ninguém se atrevia a prever o fim, pois a posição da bala no corpo permanecia desconhecida. Bell, que estava na cidade de Washington na época, ofereceu sua ajuda. Ele rapidamente fez alguns experimentos preliminares. Em 11 de julho de 1881, George Hopkins do Scientific American publicou seus resultados usando métodos de equilíbrio indutivo de Hughes aprimorados no New York Tribune. Bell, com a ajuda de Summer Tainter, contatou Hopkins e, com Hughes, Rowland e John Throwbridge de Harvard, organizou uma comunidade para ajudar a desenvolver um dispositivo de detecção de balas. Eles experimentaram dispositivos balanceados de tamanhos diferentes, comprimentos e diâmetros diferentes de bobinas, baterias diferentes e, eventualmente, adicionaram um capacitor ao circuito para que agora uma bala de chumbo semelhante fosse encontrada a uma distância de cinco centímetros em um punho cerrado. Em 26 de julho, Bell trouxe seu equipamento para a Casa Branca. Após o ajuste, ele ouviu sons sibilantes e descobriu que o alcance de detecção parecia ser insuficiente. O instrumento foi incapaz de detectar a bala. Mais tarde, descobriu-se que o capacitor estava conectado a apenas uma das duas bobinas. Bell voltou em agosto e ouviu um som fraco do instrumento sobre uma grande área do corpo de Garfield. No dia seguinte, descobriu que o colchão do presidente era sustentado por molas de aço. Mais tarde, em 19 de setembro, o presidente morreu. A autópsia mostrou que a bala era muito profunda para ser detectada pelo equipamento de Bell. Em 24 de outubro de 1881, Bell estava em Paris, onde demonstrou com sucesso o método de equilíbrio de indução e publicou o artigo "Aplicação bem-sucedida de equilíbrio de indução para a detecção indolor de objetos metálicos no corpo humano". Seu equipamento podia detectar uma bala a uma distância de 2,5 polegadas, 5 polegadas quando a bala estava no eixo da bobina e 1 polegada na borda. Em conclusão, ele explicou que a profundidade em que um objeto se encontra abaixo da superfície da Terra não pode ser determinada se a forma do objeto e o ângulo de sua projeção forem desconhecidos. A atenção de Bell foi atraída para outros trabalhos até dezembro de 1882, quando ele fez um experimento com uma bobina para detectar veios de metal no solo, também o objetivo do experimento era detectar fios telegráficos subterrâneos.
Em fevereiro de 1887, o Dr. John Ginder, de Nova York, que havia ouvido o discurso de Bell 5 anos antes, publicou os resultados de seus experimentos para detectar objetos de metal no corpo humano. Seu aparelho consistia em uma bateria de dois cromos de seis células, um interruptor comum com uma frequência de interrupção de cerca de 600 Hz. As bobinas de busca foram montadas em uma caixa de madeira, que ele chamou de "Explorer", as outras bobinas foram chamadas de "tuning". Este dispositivo poderia detectar uma bala a uma profundidade de 6 polegadas no corpo humano, no solo o alcance era menor. No final do século, o capitão McEvoy, que vinha fazendo experiências com o aparato de Hughes, reduziu o detector de metais a um tamanho que permitisse seu uso debaixo d'água. A caixa lacrada e portátil continha bobinas de ajuste, um interruptor, uma bateria de duas células que poderia ser substituída por um pequeno gerador magnetoelétrico produzindo corrente alternada e fones de ouvido. Um cabo isolado conectava pares de bobinas. Arruelas de borracha, parafusos de marfim e cabos de borracha dura foram usados para reduzir a interação com peças de metal. Quando a bobina estava imersa na água, se ela fosse movida perto do fundo e um pedaço de metal aparecesse em seu campo - um corpo de torpedo, uma corrente, um cabo subaquático, então o equilíbrio era perturbado e o som do telefone, que era muito fraco antes, tornou-se muito alto e claro. A única desvantagem era que um objeto de metal exatamente sob a bobina não a afetava.
Durante esse tempo, Georges Hopkins, que continuou a estudar a detecção de metais, inventou um dispositivo para encontrar minérios de metal que não usava uma balança de indução, cujas bobinas eram instaladas perpendicularmente. Uma bobina típica de 6 ou 8 polegadas pode detectar minerais na superfície a uma profundidade de vários centímetros.
Durante a Primeira Guerra Mundial, alguma atenção foi dada aos detectores de bombas, mas nenhuma documentação do uso prático desses detectores foi encontrada. Em 1915, M. S. Gutton, da França, experimentou um dispositivo semelhante, mas não conseguiu equilibrá-lo completamente. Seu aparelho consistia em dois transformadores na forma de cinco bobinas conectadas a uma ponte de Maxwell. Depois de experimentar o aparelho de Gutton e a ponte de Anderson, em 1922 o US Bureau of Standards publicou um artigo "Balanço Indutivo para a Detecção de Corpos Metálicos". No início de 1924, Daniel Chilson, de Los Angeles, inventou e patenteou um detector eletromagnético conhecido como detector de "rádio". Seu aparelho usava um novo circuito de batida que ficou conhecido como "Chilson Bridge". A primeira busca bem-sucedida por um tesouro enterrado usando um "feixe violeta" ou dispositivo de "rádio" que indicava a presença do tesouro foi relatada por James Young no New York Times em 1927. A busca foi organizada por um aventureiro americano e dois ingleses com uma licença governamental de quatro anos no istmo do Panamá. Os achados incluíam correntes de ouro, joias e placas escondidas por piratas. Senhor. Young continuou afirmando que fazia apenas um ou dois anos desde que foi possível embarcar no navio naufragado para buscar o tesouro. Ele participou da organização da busca de tesouros perdidos em grande escala. O aparelho de rádio, disse ele, trouxe sucesso onde o homem procurou em vão por mais de dois séculos, e ele previu que o sucesso futuro com o uso de novos dispositivos de caça ao tesouro por rádio sem dúvida viria das Índias Ocidentais, Florida Keys, e a costa do México. Obviamente, o primeiro livro sobre detecção de metais foi R.J. Santsky, Modern Dowsing: The Construction and Use of Electronic Metal Detectors, publicado em 1927. Tornou-se tão popular que foi reimpresso em 1928, 1931 e 1939. Em 1929, Gerhard Gischer, de Hollywood, Califórnia, um engenheiro de pesquisa que assessora a Radio Corporation (conhecida por suas pesquisas geofísicas para a indústria de mineração), patenteou o "Metalscope". Ele pesava 22 libras (10 kg) e estava equipado com baterias secas, tubos de vácuo e fones de ouvido. Trabalhar com ele não exigia nenhuma qualificação ou treinamento especial. O operador estava entre um transmissor vertical e um receptor horizontal, conectados entre si por alças de madeira. O voltímetro de tubo registrou as perturbações causadas pelo metal. A profundidade dos objetos não pôde ser medida, mas se você observar o ângulo do transmissor no qual a seta se desvia o máximo possível, fazendo medições de pontos diferentes e plotando no papel usando trigonometria, você pode obter a posição de os objetos com uma precisão bastante aceitável. Vendido por $ 200, o dispositivo tornou-se amplamente utilizado por empresas de serviços públicos para encontrar com rapidez e precisão oleodutos antigos, cabos, conduítes, trilhos de aço e outros objetos enterrados, e também foi usado por garimpeiros para encontrar veios de minério perto da superfície. Além disso, Fisher preparou desenhos e instruções e os disponibilizou para amadores usando componentes de rádio padrão. Logo este dispositivo, chamado de "M-Scope", foi usado como um "localizador de tesouros" por aqueles que acreditavam saber a localização aproximada de tesouros enterrados. O conjunto mais simples, vendido por US $ 95 - MT-Scope, que tinha sensibilidade média e profundidade de detecção ajustável, usava um voltímetro de tubo como indicador. Um terceiro circuito Fisher foi desenvolvido posteriormente, mas nunca chegou ao mercado comercial. Ela usou apenas três lâmpadas e uma bobina dupla em vez de bobinas separadas para o transmissor e o receptor. Fisher também observou que quanto mais longo o objeto enterrado, mais fácil é detectá-lo. Pouco tempo depois, o Fisher M-Scope foi um sucesso de mercado, com projetos publicados para montar um "localizador de rádio" caseiro que poderia encontrar um dólar de prata vários centímetros abaixo do solo, indicado por um zumbido nos fones de ouvido. Os carretéis utilizados foram aros de bicicleta de madeira de 28″. Em 1930, o físico Theodor Theodorsen, trabalhando para o National Advisory Committee for Aeronautics, relatou que o laboratório de Langley havia desenvolvido um "Instrumento para detectar corpos metálicos na Terra" projetado para detectar diretamente bombas não detonadas lançadas de aeronaves. O local do bombardeio estava perto de um novo canal de testes de hidroaviões em Langley Field, Virgínia, que estava sendo reformado na época. O novo "detector" localizou com sucesso muitas bombas enterradas dentro ou nas proximidades, incluindo bombas de 17 libras a uma profundidade de 2 pés. Este detector, conhecido como detector de bombas NACA, tinha um design simples e não exigia um operador qualificado. O projeto foi baseado no trabalho de M.S. Gutton da França. Três bobinas foram enroladas em uma moldura de madeira oca de 3 pés de diâmetro e 1-1,5 pés de altura. As bobinas foram penduradas em uma estrutura em forma de escada, sendo necessárias duas pessoas para operar o dispositivo. O dispositivo era alimentado por baterias de 110 volts colocadas em uma caixa grande. Em 1935, um detector de metais foi projetado para procurar poços subterrâneos fora dos muros de uma importante universidade americana. O dispositivo de rádio de busca logo provou ser uma ferramenta de caça ao tesouro sensível, e desenhos dele foram disponibilizados para amadores em revistas populares. Como a maioria dos detectores da época, ele precisava estar a uma distância aceitável do alvo para funcionar e não conseguia distinguir entre metais ferrosos e não ferrosos. E embora alguns detectores fossem capazes de compensar a influência do corpo do operador e do solo, outros reagiam a faixas de solo úmido e raízes de plantas molhadas. Mas mesmo os melhores detectores eram inúteis nas praias oceânicas, que continham muita areia negra magnética. Durante esse tempo, o "Detector de Arma Invisível" foi usado nas prisões para detectar metais magnéticos. A presença de metal pode ser julgada pela deflexão acentuada do feixe do tubo de raios catódicos. O dispositivo fornecia boa sensibilidade, mas era difícil de configurar. Em 1938, um circuito de ponte indutiva sintonizável foi desenvolvido para detectar partículas de metal em charutos. Este circuito tinha boa sensibilidade e estabilidade e podia operar sob qualquer temperatura, umidade, poeira e vibração. Também era uma característica do circuito que era fácil de ajustar e compactar, e esse circuito era mais estável do que os dispositivos de batida. Em 1939, Harry Faure publicou um circuito para um detector barato usando uma ponte Chilson beat-on, insensível a interferências externas e sintonizado em zero batimentos. Ele usou uma única bobina e o sinal de detecção foi "sons cacarejantes" feitos por fones de ouvido com resistência de 4 kOhm. Quando ajustado corretamente, o instrumento pode detectar um quadrado de metal de 3 polegadas a uma profundidade de 12 polegadas e uma moeda de 10 centavos a uma profundidade de várias polegadas. Em dezembro de 1939, o Dr. Lincoln La Paz, da Ohio State University, apresentou um artigo sobre detectores de meteoritos à Astronomical Society. Três instrumentos foram projetados e construídos usando a pesquisa feita por Theodorsen no desenvolvimento do detector de bombas. O primeiro instrumento foi um grande detector de três bobinas acionado por um gerador alimentado por um motor a gasolina. O dispositivo poderia caber no porta-malas de um carro. O segundo projeto também tinha um sistema de três bobinas acionado por um oscilador de tubo e era pequeno o suficiente para ser carregado em uma mochila. Searchcoils de qualquer tamanho podem ser conectados ao dispositivo tão facilmente quanto enroscar uma lâmpada em um soquete. O terceiro projeto provou ser o mais bem-sucedido. Consistia em uma busca e emissão de bobinas, e em comparação com os dispositivos comerciais tinha metade do consumo de energia quando alimentado por baterias. Pesando menos de 15 libras, este dispositivo pode ser usado em qualquer lugar que uma pessoa possa chegar. O desenvolvimento da Segunda Guerra Mundial exigiu o desenvolvimento imediato de detectores de minas. O trabalho foi realizado pelo departamento de pesquisa do Ministério do Abastecimento. Eles logo desenvolveram nove detectores experimentais. O problema era desenvolver um aparelho capaz de suportar duras condições de operação e que seu peso fosse aceitável para um soldado. Além disso, precisava ser descomplicado, exigir um número mínimo de pessoas para operar e ser feito de peças simples e intercambiáveis para substituição rápida. No final, foi usado um gerador de tubo único projetado por William Osborne em 1928. No início de outubro de 1941, a equipe de pesquisa estava perto do estágio final quando recebeu detalhes de um novo modelo desenvolvido independentemente por dois tenentes do Exército polonês. Não continha novos princípios, mas seu layout prometia vantagens na produção e operação. Imediatamente ficou claro que o design polonês era muito bom, então modelos de teste foram criados com base nesse design. A produção começou em 1941. O detector consistia em um disco plano - uma bobina de busca e tinha dimensões de 8x15 polegadas. A haste móvel estava presa ao centro da bobina, havia dois botões de controle na alça da haste. Todo o resto estava na bolsa de ombro do operador. O primeiro pedido para a produção de detectores foi feito entre várias empresas britânicas produtoras de equipamentos de rádio. Esses detectores "modernizados" tornaram-se projetos padrão e ainda estão em uso hoje. Um trabalho experimental significativo em 1942 levou à introdução do detector de modulação de frequência. Conhecido como FM Locator, mostrou-se muito estável e apresentava ajuste de equilíbrio do solo.
Em 1943, William Blackmer melhorou o circuito de batida. No mesmo ano, uma ponte Winston foi desenvolvida para medir a resistência em um detector de minas. Este dispositivo, empurrado para a frente ao longo do solo como um depurador, foi montado a partir de 250 componentes contidos em 29 blocos. No rescaldo da guerra, à medida que as lojas que vendiam sucatas de equipamentos militares se espalharam pela América do Norte e Europa, milhares de detectores de metal foram oferecidos ao público a preços que variavam de $ 5 a $ 50 dólares. Desnecessário dizer que isso gerou uma nova onda de experimentadores e caçadores de tesouros. Em 1946, Harry Faure publicou desenhos para a construção de um detector de batida eletricamente acoplado com base na pesquisa do exército britânico. Seu design foi direcionado a experimentadores avançados e ainda não manteve a excelente posição do detector Chilson original tão forte quanto os instrumentos comerciais. Além disso, muitas melhorias foram adicionadas ao design. O instrumento pode detectar uma placa de metal de um pé quadrado a uma distância de 12 polegadas. A indicação foi realizada aumentando ou diminuindo os sons de "cacarejo". A pesquisa do detector de minas realizada durante a guerra foi uma benção para os interessados em descobrir tesouros escondidos. Como novos instrumentos com maior sensibilidade e aparência modernizada cresceram em popularidade, muitas pequenas empresas começaram a fabricar e vender detectores e equipamentos de caça ao tesouro. Os três principais tipos de detectores eram o circuito de ponte, o circuito de batida e o circuito de equilíbrio de rádio. Outro avanço tecnológico, o transistor, mudou o design e o desempenho dos detectores por mais de uma década. Hoje, quase meio século depois, o hobby e a indústria de detecção de metais ainda estão crescendo e prosperando. E embora os princípios básicos tenham permanecido inalterados por muito tempo, algumas inovações surpreendentes foram feitas na geração atual de detectores: Discriminação, Discriminação de movimento de frequência muito baixa, Discriminação de entalhe, Identificação visual de alvo e indicação de profundidade, Ajuste de um botão e Auto -Configuração, equilíbrio manual preciso e equilíbrio de solo automático, capacidade multifrequência, design de pulso avançado, detectores computadorizados e miniaturizados de alto desempenho, designs de caixa ergonômica e muito mais. Só podemos sonhar com o que o amanhã trará! Roy T. Roberts está atualmente pesquisando a história dos detectores de metal e da caça ao tesouro e gostaria de contar com o apoio dos leitores da WE&N. Seu endereço é 20609 Dundas Street, London, Ontario, Canada NSW 2Z1. Autor: Roy T. Roberts
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