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无线电电子与电气工程百科全书 金属探测器的历史。 无线电电子电气工程百科全书
电磁学理论最早由美国人约瑟夫·亨利于1831年由迈克尔·法拉第独立提出。 亨利很快就成功地进行了感应和自感应实验，成为电报、电话和无线电的基础。 他使用扁平螺旋绝缘线（第一个线圈）扩展了他的感应实验。 不同的研究人员进行了大量的实验，研究了金属物体对电感的影响，以及平衡电路一部分的电感效应与另一部分的相同和相反的效应的原理。 用于此目的的早期形式的感应天平显然是 1841 年左右由 Dove 教授在德国发明的。大约在同一时间，类似的设备由 Henry Rowland 教授在美国独立发明。 1976年，由于靠近电话线的线路上的电报设备引起的电话噪声问题，贝尔公司的亚历山大·格雷厄姆教授将注意力转向平衡电感。 通过使用两个导体而不是一个导体来消除干扰，因为一个导体中感应的电流与另一导体中感应的电流完全相等且方向相反； 这样就形成了电感平衡，电路的输出端有零信号。 贝尔于 1877 年在英国获得了该方法的专利，并于 1877-78 年冬天在伦敦试验了该方法。 他发现，当电路平衡时，放置在电感场中的一块金属会在电话（接收器）中产生声音。 当一枚半克朗的银币或弗罗林在平行放置的线圈前移动时，电话里的沉默被打破了三度。 贝尔的英国熟人、音乐教授丹尼尔·休斯 (Daniel Hughes) 于 1878 年尝试了感应平衡，并于 1879 年 XNUMX 月展示了一种更有前途的使用四个线圈的感应平衡装置，其中使用最新的专利电动麦克风和时钟的滴答声，产生电干扰是在包含两个主线圈和两个连接到电话耳机的次级线圈的电路中创建的。 当一块金属放置在一对线圈附近时，平衡就会受到干扰，耳机中会听到时钟的滴答声。
贝尔回到美国后，应加德纳·哈伯德的请求，于 1879 年 XNUMX 月发表了一篇文章《论扁平线圈感应场的新方法》，哈伯德在这里发现了一种在地球上发现贵重金属矿藏的可能方法。 1881 年 XNUMX 月 XNUMX 日，加德菲尔德总统被刺客从背部开枪射中。 在接下来的几个小时和几天里，全世界都在希望和恐惧中等待着，但没有人敢预测结局，因为子弹在体内的位置仍然未知。 贝尔当时在华盛顿市，主动提供了帮助。 他很快做了一些初步的实验。 11 年 1881 月 XNUMX 日，《科学美国人》的乔治·霍普金斯在《纽约论坛报》上发表了他使用改进的休斯感应平衡方法的结果。 贝尔在萨默·泰特的帮助下联系了霍普金斯大学，并与哈佛大学的休斯、罗兰和约翰·斯罗布里奇一起组织了一个社区来帮助开发子弹检测装置。 他们尝试了不同尺寸的平衡装置、不同长度和直径的线圈、不同的电池，最终在电路中添加了一个电容器，这样现在在紧握的拳头中两英寸的距离处就能找到类似的铅弹。 26月19日，贝尔带着他的设备来到白宫。 调谐完毕后，他听到嘶嘶声，发现探测范围似乎不够。 仪器无法检测到子弹。 后来发现电容器只连接到两个线圈之一。 贝尔八月回来，听到仪器在加菲猫身体的大片区域发出微弱的声音。 第二天，他发现总统的床垫是由钢弹簧支撑的。 后来，XNUMX月XNUMX日，总统去世。 尸检显示，子弹太深，贝尔的设备无法探测到。 24年1881月2,5日，贝尔在巴黎成功演示了感应天平的方法，并发表了《成功应用感应天平无痛检测人体内金属物体》一文。 他的设备可以在 5 英寸的距离处检测到子弹，当子弹位于卷轴轴线上时为 1 英寸，在边缘处为 1882 英寸。 最后，他解释说，如果物体的形状及其投影角度未知，则无法确定物体位于地球表面以下的深度。 贝尔的注意力被其他工作所吸引，直到XNUMX年XNUMX月，他做了一个用线圈探测地下金属矿脉的实验，实验的目的也是探测地下的电报线。
1887年5月，600年前听过贝尔演讲的纽约约翰·金德博士发表了他检测人体内金属物体的实验结果。 他的装置由一个由六节电池组成的两铬电池组成，这是一个中断频率约为 6 Hz 的普通中断器。 搜索线圈安装在一个木箱中，他将其称为“探索者”，其他线圈称为“调谐”。 该装置可以探测到人体内XNUMX英寸深处的子弹，在地面上探测范围较小。 世纪末，一直在试验休斯设备的麦克沃伊船长将金属探测器缩小到可以在水下使用的尺寸。 这个便携式密封盒包含调谐线圈、断续器、两节电池（可以用产生交流电的小型磁发电机代替）和耳机。 连接成对线圈的绝缘电缆。 使用橡胶垫圈、象牙螺丝和硬橡胶手柄来减少与金属部件的相互作用。 当线圈浸入水中时，如果将其移动到靠近底部的位置，并且在其区域中出现一块金属 - 鱼雷体，链条，水下电缆，那么平衡就会受到干扰，电话中会发出声音，这是之前很微弱，现在变得非常响亮和清晰。 唯一的缺点是，正好位于线圈下方的金属物体不会对其产生影响。
在此期间，继续研究金属探测的乔治·霍普金斯发明了一种不使用感应天平的寻找金属矿石的装置，其线圈垂直安装。 典型的 6 或 8 英寸线圈可以检测位于地表几英寸深度的矿物。
第一次世界大战期间，炸弹探测器引起了一些关注，但尚未发现这些探测器实际使用的文档。 1915 年，M.S. 来自法国的古顿尝试了类似的装置，但他没能完全平衡它。 他的装置由两个变压器组成，变压器有五个线圈，连接到麦克斯韦电桥。 在用格顿装置和安德森电桥进行实验后，1922年美国标准局发表了一篇文章“用于检测金属体的感应天平”。 1924 年初，洛杉矶的 Daniel Chilson 发明了一种被称为“无线电”探测器的电磁探测器并获得了专利。 他的设备使用了一种新的节拍电路，被称为“Chilson Bridge”。 1927 年，詹姆斯·杨 (James Young) 在《纽约时报》上报道了使用“紫光光束”或“无线电”装置首次成功搜寻埋藏宝藏，该装置表明宝藏的存在。 这次搜寻是由一名美国冒险家和两名英国冒险家安排的，他们拥有巴拿马地峡四年的政府许可证。 这些发现包括海盗藏匿的金链、珠宝和盘子。 先生。 杨接着说，距离登上沉船寻找宝藏只有一两年的时间。 他参与组织了大规模寻找失落宝藏的活动。 他说，无线电设备给人类两个多世纪以来徒劳的搜寻带来了成功，他预测，未来使用新的无线电寻宝设备的成功无疑将来自西印度群岛、佛罗里达群岛、和墨西哥海岸。 显然，第一本关于金属检测的书是 R.J. Santsky，《现代探测：电子金属探测器的构造和使用》，1927 年出版。 该书非常受欢迎，以至于于 1928 年、1931 年和 1939 年重印。 1929 年，加利福尼亚州好莱坞的格哈德·吉舍尔 (Gerhard Gischer) 为无线电公司（以采矿业地球物理勘测而闻名）提供咨询服务，他为“金属镜”申请了专利。 它重 22 磅（10 公斤），配备干电池、真空管和耳机。 与他一起工作不需要任何资格或特殊培训。 操作员位于垂直发射器和水平接收器之间，这两个发射器通过木柄相互连接。 管电压表记录了金属引起的扰动。 物体的深度无法测量，但如果你尽可能观察发射器的箭头偏离的角度，然后从不同的点进行测量，然后用三角学在纸上绘图，你就可以得到物体的位置具有相当可接受的精度的物体。 该设备售价 200 美元，被公用事业公司广泛使用，用于快速、准确地寻找旧管道、电缆、导管、钢轨和其他埋藏物体，也被探矿者用来寻找地表附近的矿脉。 此外，费舍尔还准备了图纸和说明，并将其提供给使用标准无线电组件的爱好者。 很快，这个被称为“M-Scope”的装置被那些相信自己知道埋藏宝藏大致位置的人用作“寻宝器”。 最简单的套装售价为 95 美元 - MT-Scope，具有平均灵敏度和可调节的检测深度，使用管电压表作为指示器。 第三个费舍尔电路后来被开发出来，但从未进入商业市场。 她只使用了三盏灯和一个双线圈，而不是为发射器和接收器使用单独的线圈。 费舍尔还指出，埋藏的物体越长，就越容易被发现。 此后不久，Fisher M-Scope 在市场上取得了成功，发布了组装自制“无线电探测器”的蓝图，该探测器可以在地下几英寸处找到银元，耳机中会发出嗡嗡声。 使用的线轴是 28 英寸的木制自行车轮圈。 1930年，为国家航空咨询委员会工作的物理学家西奥多·西奥多森报告说，兰利的实验室开发了一种“探测地球金属体的仪器”，旨在直接探测从飞机上投下的未爆炸炸弹。 爆炸地点位于弗吉尼亚州兰利机场一条新的水上飞机测试运河附近，当时该运河正在进行翻修。 新的“探测器”成功定位了埋在其中或附近的许多炸弹，其中包括17英尺深的2磅炸弹。 这种探测器被称为 NACA 炸弹探测器，设计简单，不需要熟练的操作员。 该设计基于 M.S. 的工作。 格顿来自法国。 三个线圈缠绕在直径 3 英尺、高 1-1,5 英尺的空心木框架上。 线圈悬挂在梯形框架上，需要两个人来操作该装置。 该设备由放置在一个大盒子中的 110 伏电池供电。 1935 年，设计了一款金属探测器，用于搜索美国一所顶尖大学围墙外的地下井。 无线电搜索装置很快被证明是一种灵敏的寻宝工具，并且它的图纸也出现在流行杂志上供爱好者使用。 与当时的大多数探测器一样，它必须与目标保持在可接受的距离才能工作，并且无法区分黑色金属和有色金属。 尽管一些探测器能够补偿操作员身体和地面的影响，但其他探测器却对潮湿的土壤和潮湿的植物根部产生反应。 但即使是最好的探测器在含有大量磁性黑沙的海滩上也毫无用处。 在此期间，“隐形武器探测器”在监狱中被用来探测磁性金属。 通过阴极射线管光束的急剧偏转可以判断金属的存在。 该设备具有良好的灵敏度，但难以设置。 1938年，开发了可调谐感应桥电路来检测雪茄中的金属颗粒。 该电路具有良好的灵敏度和稳定性，可以在任何温度、湿度、灰尘和振动下工作。 易于调整和紧凑也是该电路的一个特点，并且该电路比节拍装置更稳定。 1939 年，Harry Faure 发表了一种使用 Chilson 拍接电桥的廉价探测器电路，该电路对外部干扰无响应并调谐至零拍。 他使用单个线圈，检测信号是电阻为 4 kOhm 的耳机发出的“咯咯声”。 如果调整得当，该仪器可以在 3 英寸的深度检测到 12 英寸见方的金属，在几英寸的深度检测到 10 分的硬币。 1939年15月，俄亥俄州立大学的林肯·拉巴斯博士向天文学会提交了一篇关于陨石探测器的论文。 根据西奥多森在开发炸弹探测器时所做的研究，设计和制造了三台仪器。 第一个仪器是一个大型三线圈探测器，由汽油发动机驱动的发电机驱动。 该设备可以放入汽车后备箱中。 第二种设计还具有由管振荡器驱动的三线圈系统，并且足够小，可以放在背包中携带。 任何尺寸的搜索线圈都可以轻松连接到设备，就像将灯泡拧入插座一样简单。 第三种设计被证明是最成功的。 它由搜索线圈和发射线圈组成，与商业设备相比，由电池供电时功耗只有一半。 该设备重量不到 XNUMX 磅，可以在任何人能到达的地方使用。 第二次世界大战的发展需要立即开发地雷探测器。 这项工作是由供应部研究部门进行的。 他们很快开发出了九个实验探测器。 问题是开发一种能够承受恶劣操作条件并且其重量对于士兵来说可以接受的设备。 此外，它需要不复杂，需要最少的人员来操作，并且由简单、可互换的部件制成，以便快速更换。 最终采用了威廉·奥斯本1928年设计的单管发电机。 1941年1941月初，研究小组在接近最后阶段时收到了由两名波兰陆军中尉独立开发的新型号的详细信息。 它没有包含新的原理，但其布局在生产和操作方面带来了优势。 很快就发现波兰的设计非常好，因此基于这个设计创建了测试模型。 XNUMX年开始生产。 该探测器由一个扁平圆盘（搜索线圈）组成，尺寸为 8x15 英寸。 可移动的杆固定在线圈的中心，杆柄上有两个控制旋钮。 其他所有东西都在操作员的肩包里。 第一份探测器生产订单是向生产无线电设备的英国公司发出的。 这些“现代化”探测器已成为标准设计，至今仍在使用。 1942 年的重大实验工作导致了调频检测器的推出。 它被称为 FM 定位器，事实证明非常稳定，并具有地面平衡调整功能。
1943 年，William Blackmer 改进了节拍电路。 同年，开发了用于测量探雷器电阻的温斯顿电桥。 这个装置像洗涤器一样沿着地面推进，由 250 个方块中的 29 个部件组装而成。 战争结束后，随着销售军事装备废料的商店遍布北美和欧洲，数千台金属探测器以 5 至 50 美元不等的价格向公众出售。 不用说，这催生了新一波的实验者和寻宝者。 1946 年，Harry Faure 发表了根据英国陆军研究构建电耦合节拍探测器的图纸。 它的设计是针对高级实验人员的，尚未保持原始 Chilson 探测器与商业仪器一样强大的卓越地位。 此外，设计上还添加了许多改进。 该仪器可以在 12 英寸的距离处检测到一平方英尺的金属板。 通过增加或减少“咯咯”声来进行指示。 战争期间进行的地雷探测器研究对于那些有兴趣发现隐藏宝藏的人来说是一个福音。 随着灵敏度更高、外观现代化的新型仪器越来越受欢迎，许多小公司开始制造和销售探测器和寻宝设备。 检测器的三种主要类型是桥式电路、节拍电路和无线电平衡电路。 另一项技术突破是晶体管，它改变了探测器十多年来的设计和性能。 近半个世纪后的今天，金属探测爱好和行业仍在增长和繁荣。 尽管基本原理长期保持不变，但当前一代探测器已经做出了一些惊人的创新：识别、极低频运动识别、缺口识别、视觉目标识别和深度指示、一键调整和自动识别。 -设置、精确的手动平衡和自动地面平衡、多频率功能、先进的脉冲设计、高性能计算机化和小型探测器、符合人体工程学的外壳设计等等。 人们只能梦想明天会发生什么！ Roy T. Roberts 目前正在研究金属探测器和寻宝的历史，并希望获得 WE&N 读者的支持。 他的地址是 20609 Dundas Street, London, Ontario, Canada NSW 2Z1。 作者：罗伊·T·罗伯茨
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