金属探知機はどのように機能するのですか? 磁気と金属の科学

May 06, 2023

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磁気と金属は、クールな、そして時には儲かる趣味に相当します。

金属探知機を装備した好奇心旺盛な探検家たちは、毎日歴史的な物体を発見しています。 例えば、金属探知機メーカーであるギャレット社の最高執行責任者（COO）兼上級副社長兼エンジニアリング部長のボブ・ポドラスキー氏はポピュラー・メカニクスに対し、テキサス州が独立を果たしたサン・ジャシント記念碑の戦闘現場を探索するために金属探知機を使用したと語った。

「彼らには個人の遺物が並んでいた一帯があり、兵士たちが降伏してポケットを地面に空にしなければならなかった場所ではないかと疑われた」とポドラスキー氏は語った。

金属探知機はどのように機能するのですか? まず第一に、金属は磁場と相互作用します。

「時間とともに変化する磁場がある場合、その金属内部の磁場が渦電流を生成します」とミシガン大学工学部教授のカマル・サラバンディ氏はポピュラー・メカニクスに語った。 「これらは、磁場の周囲を周回する電流です。その代わり、金属物体に誘導された電流は、金属探知機によって検出される独自の磁場を生成する可能性があります。」

各検出器には、サーチ コイルに電力を供給する送信機が付いています。 受信コイルは、サーチコイルの磁界により渦電流が流れる金属物体を検出します。

「これらの受信ループは、一次送信フィールドが打ち消されるように特別な方法で配置されています」とポドラスキー氏は述べた。 「そのため、金属探知機のサーチコイルが金属片の上を通過すると、磁場が乱され、そのため…受信コイルのエネルギーに変化が生じます。」

ポドラスキー氏によると、送信機は通常、発振する正弦波を生成する単純な回路だという。 受信機からの信号はプリアンプに送られ、不要な周波数が除去され、DC に変換されてデジタル化されます。 回路は可聴音を生成します。 現在、多くの金属探知機には設定を表示する LCD ディスプレイが搭載されています。

金属探知機は、磁場がどのように歪むか、どの程度歪むか、熱としてどれだけのエネルギーが失われるかに基づいて、さまざまな種類の金属の違いを識別できるとポドラスキー氏は述べた。

ポドラスキー氏は、ユーザーがマイクロプロセッサを使用して金属探知機に観察させたい物体の種類を選択できる「ノッチング」と呼ばれる技術を発明したと述べた。 「ギャレット システムの場合、画面の上部に一連の四角形があります。これらの四角形は、左側の非常に低い導体から右側の非常に高い導体までの範囲にあります。ピクセルをオフにすることができます。ピクセルがオフの場合、物体がその範囲内にある場合、検出器は音を出しません。」

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感度が高く正確なこの検出器は、追加の重量を支払う価値があります。

金属検出器コイルはさまざまなサイズでご利用いただけます。 ポドラスキー氏によると、小型のものは表面近くの小さな物体に対する感度が高く、大型のものはより深部の金属を検出できるという。 大きなコイルは小さなコイルよりも重くなります。 同一平面上の同心コイルは、ミネラル含有量が少ない地面で適切に機能します。 DD コイルは、ミネラルを多く含む地面に最適です。

ポドラスキー氏によると、通常、水中での金属探知はパルス誘導金属探知機を使用して行われるという。

「長年にわたり、エレクトロニクスの進歩に伴い、これは絶え間ない開発プロセスでした」とポドラスキー氏は語った。 「ある時点では、金属探知機には真空管が使用されていましたが、それではあまり多くのことはできませんでした。それらは識別できず、感度もあまり高くありませんでした。しかし、長年にわたり、トランジスタとマイクロプロセッサの進歩により、複雑さが増すにつれて、デジタル信号処理と低消費電力を実行する能力が向上し、ディスプレイ用の LCD が使用されるようになります。これは、テクノロジーをこの分野に適用するという絶え間ない進化です。」

金属探知機にはさまざまな用途があります。 人々は、公園、学校、ビーチなどの屋外の場所を探索して、興味深い物や価値のある物を見つけることを楽しんでいます。 金属探知機は、かつての戦場での地雷除去や武器探知のためのセキュリティシステムにも使用されます。 加工食品への金属片の混入を防ぐためにも使用されます。

医学的には、金属探知機の有名な使用例として、アレクサンダー・グラハム・ベルが米国大統領ジェームズ・ガーフィールドを負傷させた弾丸を捜索したことが挙げられます。 （ネタバレ注意：ガーフィールドは金属バネ付きのベッドの上にいたため、うまくいきませんでした。）

好奇心旺盛な探検家は、指輪、宝石、その他多くの金銭的価値があり、過去を明らかにするのに役立つアイテムを発見しました。 ただし、一部の国では、不必要な発掘を懸念する法的制限が存在します。

人々が金属探知を回避する方法を模索するにつれて、テクノロジーは変化してきました。 「彼らは金属の使用量を減らすために武器を製造しているので、プラスチック製の銃やセラミック製の銃が市場に出回っている」とサラバンディ氏は語った。 「そして軍は現在、金属地雷ではなくプラスチック地雷を使用しているため、それらの探知は非常に困難です。」

Kat Friedrich は元機械エンジニアで、ウィスコンシン大学マディソン校で応用数学、工学、物理学を専攻しました。 彼女は科学と環境ジャーナリズムの大学院の学位を取得しており、7 つのニュース出版物を編集しており、そのうち 2 つは共同設立者です。 彼女は自由時間をダンスやファンクショナルフィットネスについて学んだり、SF を読んだり、音楽イベントを探索したりして過ごしています。

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