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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Storia dei metal detector. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Radioamatore principiante La teoria dell'elettromagnetismo fu dimostrata per la prima volta dall'americano Joseph Henry e indipendentemente da Michael Faraday nel 1831. Ben presto Henry fece esperimenti di successo con l'induzione e l'autoinduzione, che divennero la base per il telegrafo, il telefono e la radio. Ha esteso i suoi esperimenti con l'induzione utilizzando spirali piatte di filo isolato: le prime bobine. Numerosi esperimenti, impostati da vari ricercatori, hanno studiato l'effetto degli oggetti metallici sull'induttanza, nonché il principio di bilanciare gli effetti induttivi su una parte del circuito con effetti uguali e opposti sull'altra parte. Una prima forma di bilancia a induzione per questo scopo fu apparentemente inventata in Germania dal professor Dove intorno al 1841. Più o meno nello stesso periodo un apparato simile fu inventato in modo indipendente in America dal professor Henry Rowland. Nel 1976, il professor Alexander Graham di Bell ha rivolto la sua attenzione al bilanciamento delle induttanze a causa del problema del rumore telefonico causato dalle apparecchiature telegrafiche sulle linee che corrono vicino ai cavi telefonici. L'interferenza è stata eliminata utilizzando due conduttori invece di uno, poiché le correnti indotte in un conduttore erano esattamente uguali e di verso opposto alle correnti indotte nell'altro conduttore; si formava così un equilibrio induttivo e il circuito aveva in uscita un segnale zero. Questo metodo fu brevettato in Inghilterra nel 1877 da Bell, e durante l'inverno 1877-78 a Londra Bell sperimentò questo metodo. Ha scoperto che quando il circuito è bilanciato, un pezzo di metallo posto in un campo di induttanza provoca un suono nel telefono (ricevitore). Quando una mezza corona d'argento o un fiorino si muoveva davanti alle spire poste in parallelo, il silenzio del telefono veniva interrotto tre volte. Il conoscente inglese di Bell, il professore di musica Daniel Hughes, sperimentò l'equilibrio induttivo nel 1878 e nel luglio 1879 dimostrò un dispositivo più promettente per l'equilibrio induttivo utilizzando quattro bobine, in cui, utilizzando l'ultimo microfono elettrico brevettato e il ticchettio di un orologio, un disturbo elettrico è stato creato in un circuito contenente due bobine principali e due bobine secondarie collegate alle cuffie del telefono. Quando un pezzo di metallo è stato posto in prossimità di una coppia di bobine, l'equilibrio è stato disturbato e il ticchettio dell'orologio è diventato udibile nelle cuffie.
Quando Bell tornò in America, nell'agosto 1879 pubblicò un articolo "Sui nuovi metodi per indagare sul campo di induzione delle bobine piatte", su richiesta di Gardner Hubbard, che vide qui un possibile modo per scoprire depositi di metalli preziosi nella terra. Il 1881 luglio XNUMX, il presidente Gardfield fu colpito alla schiena da un assassino. Per le ore e i giorni successivi, il mondo intero ha aspettato con speranza e paura, ma nessuno ha potuto prevedere la fine, poiché la posizione del proiettile nel corpo è rimasta sconosciuta. Bell, che all'epoca si trovava nella città di Washington, offrì il suo aiuto. Fece rapidamente alcuni esperimenti preliminari. L'11 luglio 1881, George Hopkins dello Scientific American pubblicò i suoi risultati utilizzando i metodi migliorati dell'equilibrio induttivo di Hughes nel New York Tribune. Bell, con l'aiuto di Summer Tainter, ha contattato Hopkins e, con Hughes, Rowland e John Throwbridge di Harvard, ha organizzato una comunità per aiutare a sviluppare un dispositivo di rilevamento dei proiettili. Hanno sperimentato dispositivi bilanciati di diverse dimensioni, diverse lunghezze e diametri delle bobine, batterie diverse e alla fine hanno aggiunto un condensatore al circuito in modo che ora un proiettile di piombo simile si trovasse a una distanza di due pollici in un pugno chiuso. Il 26 luglio Bell ha portato la sua attrezzatura alla Casa Bianca. Dopo la sintonizzazione, ha sentito dei sibili e ha scoperto che il raggio di rilevamento sembrava essere insufficiente. Lo strumento non è stato in grado di rilevare il proiettile. Successivamente si è scoperto che il condensatore era collegato solo a una delle due bobine. Bell è tornato in agosto e ha sentito un debole suono dallo strumento su un'ampia area del corpo di Garfield. Il giorno dopo, ha scoperto che il materasso del presidente era sostenuto da molle in acciaio. Successivamente, il 19 settembre, il presidente è morto. L'autopsia ha mostrato che il proiettile era troppo profondo per essere rilevato dall'attrezzatura di Bell. Il 24 ottobre 1881 Bell era a Parigi, dove dimostrò con successo il metodo dell'equilibrio a induzione e pubblicò l'articolo "Applicazione riuscita dell'equilibrio a induzione per il rilevamento indolore di oggetti metallici nel corpo umano". La sua attrezzatura poteva rilevare un proiettile a una distanza di 2,5 pollici, 5 pollici quando il proiettile era sull'asse della bobina e 1 pollice sul bordo. In conclusione, ha spiegato che la profondità alla quale un oggetto si trova sotto la superficie terrestre non può essere determinata se la forma dell'oggetto e l'angolo della sua proiezione sono sconosciuti. L'attenzione di Bell fu attirata da altri lavori fino al dicembre 1882, quando fece un esperimento con una bobina per rilevare vene metalliche nel terreno, inoltre lo scopo dell'esperimento era rilevare fili telegrafici sotterranei.
Nel febbraio 1887, il dottor John Ginder di New York, che aveva ascoltato il discorso di Bell 5 anni prima, pubblicò i risultati dei suoi esperimenti per rilevare oggetti metallici nel corpo umano. Il suo apparato consisteva in una batteria a due cromo di sei celle, un normale ruttore con una frequenza di interruzione di circa 600 Hz. Le bobine di ricerca erano montate in una custodia di legno, che lui chiamava "Explorer", le altre bobine erano chiamate "tuning". Questo dispositivo potrebbe rilevare un proiettile a una profondità di 6 pollici nel corpo umano, nel terreno la portata era inferiore. Alla fine del secolo, il capitano McEvoy, che stava sperimentando l'apparato di Hughes, ridusse il metal detector a una dimensione tale da consentirne l'uso sott'acqua. La custodia portatile e sigillata conteneva bobine di sintonia, un interruttore, una batteria a due celle che poteva essere sostituita da un piccolo generatore magnetoelettrico che produceva corrente alternata e cuffie. Un cavo isolato collegava coppie di bobine. Rondelle in gomma, viti in avorio e maniglie in gomma dura sono state utilizzate per ridurre l'interazione con le parti metalliche. Quando la bobina era immersa nell'acqua, se veniva spostata vicino al fondo e nel suo campo appariva un pezzo di metallo: un corpo di siluro, una catena, un cavo sottomarino, allora l'equilibrio veniva disturbato e il suono nel telefono, che era molto debole prima, è diventato molto forte e chiaro. L'unico inconveniente era che un oggetto metallico che giaceva esattamente sotto la bobina non la influenzava.
Durante questo periodo, Georges Hopkins, che ha continuato a studiare il rilevamento dei metalli, ha inventato un dispositivo per trovare minerali metallici che non utilizzava una bilancia a induzione, le cui bobine erano installate perpendicolarmente. Una tipica bobina da 6 o 8 pollici potrebbe rilevare i minerali che giacciono in superficie a una profondità di diversi pollici.
Durante la prima guerra mondiale, fu attirata una certa attenzione sui rilevatori di bombe, ma non è stata trovata alcuna documentazione sull'uso pratico di questi rilevatori. Nel 1915 M.S. Gutton dalla Francia ha sperimentato un dispositivo simile, ma non è riuscito a bilanciarlo completamente. Il suo apparato consisteva in due trasformatori a forma di cinque bobine collegate a un ponte Maxwell. Dopo aver sperimentato l'apparato Gutton e il ponte Anderson, nel 1922 l'US Bureau of Standards pubblicò un articolo "Inductive Balance for the Detection of Metallic Bodies". All'inizio del 1924, Daniel Chilson di Los Angeles inventò e brevettò un rilevatore elettromagnetico noto come rilevatore "radio". Il suo apparato utilizzava un nuovo circuito di beat che divenne noto come "Chilson Bridge". La prima ricerca riuscita di un tesoro sepolto utilizzando un dispositivo "raggio viola" o "radio" che indicava la presenza del tesoro fu riportata da James Young sul New York Times nel 1927. La ricerca è stata organizzata da un avventuriero americano e due inglesi con una licenza governativa di quattro anni nell'istmo di Panama. I reperti includevano catene d'oro, gioielli e piatti nascosti dai pirati. Sig. Young ha continuato affermando che era passato solo un anno o due da quando era stato possibile salire a bordo della nave affondata per il tesoro. Ha partecipato all'organizzazione della ricerca di tesori perduti su larga scala. Gli apparecchi radio, disse, avevano portato il successo dove l'uomo aveva cercato invano per più di due secoli, e predisse che il successo futuro con l'uso di nuovi dispositivi radio per la caccia al tesoro sarebbe senza dubbio arrivato dalle Indie Occidentali, dalle Florida Keys, e la costa del Messico. Ovviamente, il primo libro sul rilevamento dei metalli è stato R.J. Santsky, Modern Dowsing: The Construction and Use of Electronic Metal Detectors, pubblicato nel 1927. Divenne così popolare che fu ristampato nel 1928, 1931 e 1939. Nel 1929, Gerhard Gischer, di Hollywood, California, un ingegnere ricercatore che consigliava la Radio Corporation (nota per le sue indagini geofisiche per l'industria mineraria), brevettò il "Metalscope". Pesava 22 libbre (10 kg) ed era dotato di batterie a secco, tubi a vuoto e cuffie. Lavorare con lui non richiedeva alcuna qualifica o formazione speciale. L'operatore si trovava tra un trasmettitore verticale e un ricevitore orizzontale, collegati tra loro da maniglie di legno. Il voltmetro a tubo registrava le perturbazioni causate dal metallo. Non è stato possibile misurare la profondità degli oggetti, ma se si nota l'angolo del trasmettitore al quale la freccia devia il più possibile, quindi effettuando misurazioni da punti diversi e quindi tracciando su carta utilizzando la trigonometria, è possibile ottenere la posizione di gli oggetti con una precisione abbastanza accettabile. Venduto per $ 200, il dispositivo è stato ampiamente utilizzato dalle società di servizi pubblici per trovare in modo rapido e accurato vecchie condutture, cavi, condotti, binari in acciaio e altri oggetti sepolti, ed è stato utilizzato anche dai cercatori per trovare vene di minerale vicino alla superficie. Inoltre, Fisher ha preparato disegni e istruzioni e li ha resi disponibili agli hobbisti utilizzando componenti radio standard. Presto questo dispositivo, chiamato "M-Scope", fu usato come "trovatore di tesori" da coloro che credevano di conoscere la posizione approssimativa dei tesori sepolti. Il set più semplice, venduto per $ 95 - MT-Scope, che aveva una sensibilità media e una profondità di rilevamento regolabile, utilizzava un voltmetro a tubo come indicatore. Successivamente è stato sviluppato un terzo circuito Fisher, ma non è mai arrivato sul mercato commerciale. Ha usato solo tre lampade e una doppia bobina invece di bobine separate per il trasmettitore e il ricevitore. Fisher ha anche notato che più lungo è l'oggetto sepolto, più facile è rilevarlo. Poco dopo, il Fisher M-Scope fu un successo di mercato, con progetti pubblicati per assemblare un "cercatore radio" fatto in casa che potesse trovare un dollaro d'argento a diversi centimetri sottoterra, indicato da un ronzio nelle cuffie. Le bobine utilizzate erano cerchi per bici in legno da 28 pollici. Nel 1930, il fisico Theodor Theodorsen, che lavorava per il Comitato consultivo nazionale per l'aeronautica, riferì che il laboratorio di Langley aveva sviluppato uno "Strumento per il rilevamento di corpi metallici nella Terra" progettato per rilevare direttamente le bombe inesplose sganciate dagli aerei. Il sito del bombardamento era vicino a un nuovo canale di prova per idrovolanti a Langley Field, in Virginia, che all'epoca era in fase di ristrutturazione. Il nuovo "rilevatore" ha localizzato con successo molte bombe sepolte dentro o nelle vicinanze, comprese bombe da 17 libbre a una profondità di 2 piedi. Questo rilevatore, noto come rilevatore di bombe NACA, aveva un design semplice e non richiedeva un operatore esperto. Il design era basato sul lavoro di M.S. Gutton dalla Francia. Tre bobine sono state avvolte su un telaio di legno cavo di 3 piedi di diametro e alto 1-1,5 piedi. Le bobine erano appese a un telaio a forma di scala, per far funzionare il dispositivo erano necessarie due persone. Il dispositivo era alimentato da batterie da 110 volt poste in una grande scatola. Nel 1935 fu progettato un metal detector per cercare pozzi sotterranei fuori dalle mura di un'importante università americana. Il dispositivo radio di ricerca si rivelò presto uno strumento sensibile per la caccia al tesoro, e i suoi disegni furono messi a disposizione degli hobbisti nelle riviste popolari. Come la maggior parte dei rilevatori dell'epoca, per funzionare doveva trovarsi a una distanza accettabile dal bersaglio e non poteva distinguere tra metalli ferrosi e non ferrosi. E sebbene alcuni rilevatori siano stati in grado di compensare l'influenza del corpo dell'operatore e del suolo, altri hanno reagito a strisce di terra bagnata e radici di piante bagnate. Ma anche i migliori rilevatori erano inutili sulle spiagge oceaniche, che contenevano molta sabbia nera magnetica. Durante questo periodo, il "rilevatore di armi invisibili" è stato utilizzato nelle carceri per rilevare i metalli magnetici. La presenza di metallo potrebbe essere giudicata dalla forte deflessione del raggio del tubo a raggi catodici. Il dispositivo ha fornito una buona sensibilità, ma è stato difficile da configurare. Nel 1938 fu sviluppato un circuito a ponte induttivo sintonizzabile per rilevare particelle metalliche nei sigari. Questo circuito aveva una buona sensibilità e stabilità e poteva funzionare a qualsiasi temperatura, umidità, polvere e vibrazioni. Era anche una caratteristica del circuito che era facile da regolare e compatta, e questo circuito era più stabile dei dispositivi beat. Nel 1939, Harry Faure pubblicò un circuito per un rilevatore economico che utilizzava un ponte Chilson beat-on, non rispondente alle interferenze esterne e sintonizzato su zero battiti. Ha usato una bobina singola e il segnale di rilevamento era "suoni chioccianti" prodotti da cuffie con una resistenza di 4 kOhm. Se correttamente regolato, lo strumento potrebbe rilevare un quadrato di 3 pollici di metallo a una profondità di 12 pollici e una moneta da 10 centesimi a una profondità di diversi pollici. Nel dicembre 1939, il dottor Lincoln La Paz della Ohio State University presentò alla Astronomical Society un documento sui rivelatori di meteoriti. Tre strumenti sono stati progettati e costruiti utilizzando la ricerca svolta da Theodorsen nello sviluppo del rilevatore di bombe. Il primo strumento era un grande rivelatore a tre bobine azionato da un generatore alimentato da un motore a benzina. Il dispositivo potrebbe stare nel bagagliaio di un'auto. Anche il secondo progetto aveva un sistema a tre bobine azionato da un oscillatore a tubo ed era abbastanza piccolo da poter essere trasportato in uno zaino. Le bobine di ricerca di qualsiasi dimensione possono essere collegate al dispositivo con la stessa facilità con cui si avvita una lampadina in una presa. Il terzo progetto si è rivelato il più riuscito. Consisteva in bobine di ricerca ed emissione e, rispetto ai dispositivi commerciali, aveva la metà del consumo di energia quando era alimentato da batterie. Con un peso inferiore a 15 libbre, questo dispositivo potrebbe essere utilizzato ovunque una persona possa arrivare. Lo sviluppo della seconda guerra mondiale ha richiesto l'immediato sviluppo di rilevatori di mine. Il lavoro è stato svolto dal dipartimento di ricerca del Ministero dell'approvvigionamento. Ben presto svilupparono nove rivelatori sperimentali. Il problema era sviluppare un dispositivo in grado di resistere a condizioni operative difficili e che il suo peso fosse accettabile per un soldato. Inoltre, doveva essere semplice, richiedere un numero minimo di persone per funzionare ed essere realizzato con parti semplici e intercambiabili per una rapida sostituzione. Alla fine fu utilizzato un generatore monotubo progettato da William Osborne nel 1928. All'inizio di ottobre 1941, il gruppo di ricerca era vicino alla fase finale quando ricevette i dettagli di un nuovo modello sviluppato indipendentemente da due luogotenenti dell'esercito polacco. Non conteneva nuovi principi, ma la sua disposizione prometteva vantaggi nella produzione e nel funzionamento. È diventato subito chiaro che il design polacco era molto buono, quindi sono stati creati modelli di prova basati su questo design. La produzione è iniziata nel 1941. Il rilevatore consisteva in un disco piatto - una bobina di ricerca - e aveva dimensioni di 8x15 pollici. L'asta mobile era attaccata al centro della bobina, c'erano due manopole di controllo sull'impugnatura dell'asta. Tutto il resto era nella borsa a tracolla dell'operatore. Il primo ordine per la produzione di rilevatori è stato effettuato tra diverse aziende britanniche produttrici di apparecchiature radio. Questi rilevatori "modernizzati" sono diventati progetti standard e sono ancora in uso oggi. Un significativo lavoro sperimentale nel 1942 portò all'introduzione del rivelatore di modulazione di frequenza. Conosciuto come FM Locator, si è dimostrato molto stabile e prevedeva la regolazione del bilanciamento del terreno.
Nel 1943, William Blackmer migliorò il circuito beat. Nello stesso anno è stato sviluppato un ponte Winston per misurare la resistenza in un rilevatore di mine. Questo dispositivo, spinto in avanti lungo il terreno come uno scrubber, è stato assemblato da 250 componenti contenuti in 29 blocchi. Nell'immediato dopoguerra, mentre i negozi che vendevano rottami di attrezzature militari si diffondevano in tutto il Nord America e in Europa, migliaia di metal detector furono offerti al pubblico a prezzi che andavano da $ 5 a $ 50 dollari. Inutile dire che questo ha generato una nuova ondata di sperimentatori e cacciatori di tesori. Nel 1946, Harry Faure pubblicò i disegni per la costruzione di un rilevatore di battiti accoppiato elettricamente basato sulla ricerca dell'esercito britannico. Il suo design era rivolto a sperimentatori avanzati e non ha ancora mantenuto l'eccellente posizione del rivelatore Chilson originale forte come gli strumenti commerciali. Inoltre, sono stati aggiunti molti miglioramenti al design. Lo strumento potrebbe rilevare una piastra di metallo di un piede quadrato a una distanza di 12 pollici. L'indicazione è stata effettuata aumentando o diminuendo i suoni "chioccanti". La ricerca del rilevatore di mine condotta durante la guerra è stata un vantaggio per coloro che erano interessati a scoprire tesori nascosti. Man mano che i nuovi strumenti con maggiore sensibilità e aspetto modernizzato crescevano in popolarità, molte piccole aziende iniziarono a produrre e vendere rilevatori e attrezzature per la caccia al tesoro. I tre tipi principali di rilevatori erano il circuito a ponte, il circuito di battimento e il circuito di bilanciamento radio. Un'altra svolta tecnologica, il transistor, ha cambiato il design e le prestazioni dei rivelatori per oltre un decennio. Oggi, quasi mezzo secolo dopo, l'hobby e l'industria del metal detector sono ancora in crescita e fiorenti. E mentre i principi di base sono rimasti invariati per molto tempo, nell'attuale generazione di rilevatori sono state apportate alcune innovazioni sorprendenti: discriminazione, discriminazione del movimento a frequenza molto bassa, discriminazione con tacca, identificazione visiva del bersaglio e indicazione della profondità, regolazione con un solo pulsante e auto -Impostazione, bilanciamento manuale preciso e bilanciamento del terreno automatico, capacità multifrequenza, design avanzato degli impulsi, rilevatori computerizzati e miniaturizzati ad alte prestazioni, design ergonomico dell'alloggiamento e altro ancora. Si può solo sognare cosa porterà il domani! Roy T. Roberts sta attualmente facendo ricerche sulla storia dei metal detector e della caccia al tesoro e vorrebbe ottenere il supporto dei lettori di WE&N. Il suo indirizzo è 20609 Dundas Street, London, Ontario, Canada NSW 2Z1. Autore: Roy T. Roberts
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