หลักการทำงานของเครื่องตรวจจับโลหะ
คุณคงเคยเห็นคนใช้เครื่องตรวจหาโลหะกำลังตรวจหาอะไรบางอย่างตามชายหาด หรือคุณอาจจะเคยถูกตรวจสอบวัตถุระเบิดก่อนเข้าสนามบิน ขณะที่ตำรวจใช้เครื่องสแกนหามีด และ อาวุธ ของพวกวัยรุ่นที่เข้าไปดูงานคอนเสิร์ตเป็นต้น และถ้าคุณทำงานเกี่ยวกับการก่อสร้าง บางครั้งต้องการทราบว่าบริเวณใดมีสายเคเบิล หรือท่อฝังอยู่
เครื่องตรวจจับโหละเป็นอุปกรณ์ที่ได้รับความนิยมแพร่หลายในต่างประเทศ ใช้ตรวจหาโลหะจำพวก ทองคำ เหรียญ เครื่องประดับ โบราณวัตถุที่เป็นโลหะ เหล็ก และโลหะทุกประเภทที่ฝังอยู่ใต้ดินที่ไม่ลึกมาก หรือฝังอยู่ใต้น้ำ (เฉพาะรุ่นที่สามารถใช้งานใต้น้ำได้) หรืออาวุธที่ติดตัวคน
เครื่องตรวจจับโลหะใช้ในงานประยุกต์ได้อีกหลากหลาย อาทิเช่น การทำเหมืองแร่ ตรวจหากับระเบิด หรือแม้แต่การค้นหาสมบัติใต้ดิน และใต้น้ำ ก็สามารถนำไปใช้ได้เช่นเดียวกัน
เครื่องตรวจจับโลหะทั่วไป ประกอบด้วยส่วนต่างๆดังนี้
1.ตัวถ่วงสมดุลย์ (Stabilizer) (เฉพาะบางเครื่อง) ใช้เพื่อถ่วงสมดุลย์หน้าหลังขณะใช้งาน อยู่ปลายตรงกันข้ามกับหัวส่งรับสัญญาณ
2. กล่องควบคุม (Control box) ประกอบไปด้วยแผงวงจรไฟฟ้า, ปุ่มควบคุม, ลำโพง, แบตเตอรี่, และไมโครโปรเซสเซอร์
3. ก้าน (Shaft) เชื่อมต่อระหว่างกล่องควบคุมและหัวส่งรับสัญญาณ (Coil) โดยปกติสามารถปรับความยาวได้ตามความสูงของผู้ใช้งาน
4. หัวส่งรับสัญญาณ (Search Coil) มีรูปร่างเป็นจานหรือขดลวดแบน เป็นส่วนที่ส่งสัญญาณเพื่อตรวจจับโลหะซึ่งบางครั้งเรียกว่า หัวค้นหา (Search Head), ห่วง (Loop), เสาอากาศ (Antenna)
เครื่องตรวจจับโลหะส่วนใหญ่มีที่เสียบหูฟัง กล่องควบคุม และหน้าจอบอกสถานะขณะค้นหาให้ทราบ
เครื่องตรวจจับโลหะมีเทคโนโลยีพื้นฐานอยู่ 3 แบบคือ
- very low frequency (VLF) (เครื่องส่วนมากอยู่ในประเภทนี้ สามารถแยกแยะเป้าหมายออกจากขยะที่ไม่ต้องการได้ดีกว่า)
- Pulse induction (PI) (เหมาะสำหรับพื้นที่ที่มีหินแร่และเกลือมาก มีขยะน้อย สามารถค้นหาได้ลึกกว่าแบบแรก)
- Beat frequency oscillation ( BFO) (ใช้ในเครื่องรุ่นที่มีราคาถูก)
- คอยส์ส่ง (transmitter coil) เป็นขดลวดอยู่รอบนอก ไฟฟ้าสลับถูกส่งผ่านคอยส์ด้านนอกนี้ การสลับของกระแสไฟฟ้ามีความถี่เป็นพันครั้งต่อวินาที ยกตัวอย่าง เครื่องค้นหาบางรุ่น ใช้ความถี่กระแสสลับที่ 6.6 กิโลเฮิรตซ์ (KHz) มีความหมายว่า กระแสไฟฟ้ากลับทิศทางเป็นจำนวน 6600 ครั้งต่อวินาที
- คอยส์รับ (Receiver coil) เป็นขดลวดอยู่ด้านใน ทำหน้าที่เหมือนเสาอากาศ มีวงจรไฟฟ้าขยายสัญญาณที่ได้จากคอยส์รับ และส่งสัญญาณออกทางลำโพง
เครื่องแบบ VLF
เครื่องตรวจจับแบบ VLF ยังสามารถแยกแยะชนิดของวัตถุได้ด้วย โดยอาศัยการเลื่อนเฟสของสัญญาณที่ส่งออกไป (Phase shifting) การเลื่อนเฟส คือ ความแตกต่างของเวลาระหว่างความถี่ของคอยส์ส่งและความถี่ของคอยส์รับ ความแตกต่างนี้มาจากสองสิ่งด้วยกัน
- อินดัคแตนซ์ วัตถุที่นำไฟฟ้าทุกชนิด มี่ค่าความเหนี่ยวนำคงที่หนึ่งเสมอ ทำให้การตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของไฟฟ้าช้าลง
- ความต้านทาน วัตถุที่นำไฟฟ้าทุกชนิด มีค่าความต้านทานคงที่หนึ่งเสมอ ค่าความต้านทานนี้ทำให้วัตถุชนิดนั้นไม่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ง่าย
วัตถุที่มีค่าอินดัคแตนซ์สูง จะมีการเลื่อนเฟสได้มาก เพราะมันต้องใช้เวลาระดับหนึ่งจึงจะสามารถสร้างสนามแม่เหล็กได้ ส่วนวัตถุที่มีความต้านทานไฟฟ้าสูง จะมีการเลื่อนเฟสน้อย
การเลื่อนเฟสนี้ที่ทำให้เครื่องสามารถแยกความแตกต่างของโลหะได้ เพราะโลหะแต่ละชนิดจะมีค่าอินดัคแตนซ์ และความต้านทานคงที่ค่าหนึ่งเสมอ เครื่อง VLF จะตรวจหาว่าเฟสเลื่อนไปเท่าไร และแจ้งออกมาบนกล่องควบคุมว่า เป็น สมบัติหรือขยะ
แบบที่สองคือแบบ Pulse induction ย่อเป็น PI ไม่ค่อยนิยมกันนัก เพราะใช้คอยส์เดี่ยว เป็นทั้งตัวส่งและรับ คอยส์จะส่งพลังงานเป็นลูกคลื่นสั้นๆออกไป ลูกคลื่นแต่ละลูกคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อแอมพลิจูดของลูกคลื่นกระเพื่อมขึ้นไปจนสูงสุด มันจะลดความเข้มลง โดยกลับทิศทางอย่างทันทีทันใด เกิดเป็นลูกคลื่นที่มีลักษณะแหลมมาก หนึ่งลูกคลื่นใช้เวลาเพียงหนึ่งในล้านของวินาที ลูกคลื่นนี้ส่งออกเป็นกระบวนประมาณ 100 ครั้งต่อวินาที ขึ้นอยู่กับผู้ผลิต
เครื่องแบบ PI
วงจรไฟฟ้าในเครื่องตรวจหาโลหะสามารถคำนวณหาระยะเวลาการสะท้อน ถ้าระยะเวลายาวกว่าปกติ แสดงว่า วัตถุที่อยู่ใต้พื้นเป็นโลหะแน่นอน ชัวว์ สัญญาณที่สะท้อนกลับมา จะส่งผ่านไปที่เครื่องขยายเสียง และขับออกทางลำโพง เทคโนโลยี PI มีข้อเสียอยู่มากจึงไม่เป็นที่นิยม เพราะเวลาในการสะท้อนไม่สามารถแยกแยะชนิดของโลหะได้ แต่มันใช้ได้ดีในกรณีที่ เครื่องแบบ VLF ไม่สามารถตรวจได้ เช่นในบริเวณที่มีการนำไฟฟ้าสูง หรือในน้ำทะเลเป็นต้น ระบบ PI มีข้อดีอีกประการหนึ่งคือ มันหาโลหะใต้ดินลึกๆได้
แบบที่สาม Beat-frequency oscillation ย่อเป็น BFO ประกอบด้วยคอยส์ 2 อัน คอยส์อันใหญ่เป็นหัวค้นหา ส่วนคอยส์อันเล็กอยู่ในกล่องควบคุม คอยส์แต่ละอันต่อเข้ากับเครื่องออสซิลเลเตอร์ ซึ่งให้กำเนิดความถี่เท่ากัน
ขณะที่แสไฟฟ้าสลับไหลผ่านเข้าไปในคอยส์แต่ละอัน คอยส์จะกำเนิดสัญญาณวิทยุ และส่งไปที่วัตถุใต้พื้น สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นภายในวัตถุทำให้ความถี่ของวิทยุเปลี่ยนไปเล็กน้อย กล่องควบคุมที่มีคอยส์ตัวเล็กอยู่ จะทำการเปรียบเทียบความถี่ของคอยส์เล็กกับความถี่ที่เปลี่ยนไปเนื่องจากวัตถุ ความแตกต่างของความถี่นี้ทำให้เกิดเสียงบีตส์ขึ้น
เครื่องแบบ BFO
ระบบ BFO ง่ายต่อการผลิต จึงราคาถูกมาก เครื่องตรวจหาประเภทนี้ไม่มีปุ่มปรับความละเอียด เหมือนกับ VLF และ PI
- ชนิดของเครื่องตรวจจับโลหะ บริษัทผู้ผลิตแต่ละบริษัทออกแบบเครื่อง ไม่เหมือนกัน แม้เป็นเทคโนโลยีแบบเดียวกัน ความถี่ที่ใช้ก็แตกต่างกัน
- ชนิดของวัตถุที่เป็นโลหะ ถ้าเป็นโลหะเหล็กให้สัญญาณสะท้อนกลับได้แรงกว่า
- ขนาดของวัตถุ เหรียญบาทให้สัญญาณแรงกว่าเหรียญสลึง
- ลักษณะของพื้นในบริเวณนั้น ถ้าพื้นดินบริเวณนั้นมีธาตุโลหะอยู่มาก การตรวจหาโลหะที่ต้องการทำได้ลำบาก
- เวลาที่ฝังอยู่ ถ้าวัตถุนั้นฝังอยู่นาน เช่น ฝังอยู่เป็นเวลากว่า 100 ปี การตรวจทำได้ยากกว่าเมื่อฝังอยู่เป็นเวลา 1 ปี เป็นต้น
- สัญญาณรบกวน เช่นท่อหรือสายเคเบิล ทำให้หาโลหะที่ต้องการไม่พบ
