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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Histoire des détecteurs de métaux. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Radioamateur débutant La théorie de l'électromagnétisme a été démontrée pour la première fois par l'Américain Joseph Henry et indépendamment par Michael Faraday en 1831. Henry a rapidement fait des expériences réussies avec l'induction et l'auto-induction, qui sont devenues la base du télégraphe, du téléphone et de la radio. Il a étendu ses expériences à l'induction en utilisant des spirales plates de fil isolé - les premières bobines. De nombreuses expériences, menées par divers chercheurs, ont étudié l'effet des objets métalliques sur l'inductance, ainsi que le principe d'équilibrage des effets inductifs sur une partie du circuit avec des effets égaux et opposés sur l'autre partie. Une première forme de balance à induction à cet effet a apparemment été inventée en Allemagne par le professeur Dove vers 1841. À peu près au même moment, un appareil similaire a été inventé indépendamment en Amérique par le professeur Henry Rowland. En 1976, le professeur Alexander Graham de Bell s'est tourné vers l'équilibrage des inductances en raison du problème de bruit téléphonique causé par les équipements télégraphiques sur les lignes passant à proximité des fils téléphoniques. L'interférence a été éliminée en utilisant deux conducteurs au lieu d'un, puisque les courants induits dans un conducteur étaient exactement égaux et opposés en direction aux courants induits dans l'autre conducteur; ainsi un équilibre inductif a été formé, et le circuit avait un signal nul à la sortie. Cette méthode a été brevetée en Angleterre en 1877 par Bell, et pendant l'hiver 1877-78 à Londres, Bell a expérimenté cette méthode. Il a découvert que lorsque le circuit est équilibré, un morceau de métal placé dans un champ d'inductance provoque un son dans le téléphone (récepteur). Lorsqu'une pièce d'argent demi-couronne ou un florin se déplaçait devant les bobines placées en parallèle, le silence du téléphone était interrompu trois fois. La connaissance anglaise de Bell, le professeur de musique Daniel Hughes, a expérimenté l'équilibre inductif en 1878 et a démontré en juillet 1879 un dispositif plus prometteur d'équilibre inductif utilisant quatre bobines, dans lequel, en utilisant le dernier microphone électrique breveté et le tic-tac d'une horloge, une perturbation électrique a été créé dans un circuit contenant deux bobines principales et deux bobines secondaires connectées à des écouteurs téléphoniques. Lorsqu'un morceau de métal était placé à proximité d'une paire de bobines, l'équilibre était perturbé et le tic-tac de l'horloge devenait audible dans les écouteurs.
Lorsque Bell revint en Amérique, il publia un article "On New Methods for Investigating the Induction Field of Flat Coils" en août 1879, à la demande de Gardner Hubbard, qui y vit un moyen possible de découvrir des gisements de métaux précieux dans la terre. Le 1881 juillet XNUMX, le président Gardfield a été abattu dans le dos par un assassin. Pendant les heures et les jours suivants, le monde entier a attendu dans l'espoir et la peur, mais personne ne pouvait oser prédire la fin, car la position de la balle dans le corps restait inconnue. Bell, qui était dans la ville de Washington à l'époque, a offert son aide. Il fit rapidement quelques expériences préliminaires. Le 11 juillet 1881, George Hopkins du Scientific American a publié ses résultats en utilisant des méthodes améliorées d'équilibre inductif de Hughes dans le New York Tribune. Bell, avec l'aide de Summer Tainter, a contacté Hopkins et, avec Hughes, Rowland et John Throwbridge de Harvard, a organisé une communauté pour aider à développer un dispositif de détection de balle. Ils ont expérimenté des dispositifs équilibrés de différentes tailles, différentes longueurs et diamètres de bobines, différentes batteries et ont finalement ajouté un condensateur au circuit de sorte qu'une balle en plomb similaire se trouve maintenant à une distance de deux pouces dans un poing fermé. Le 26 juillet, Bell a apporté son équipement à la Maison Blanche. Après le réglage, il a entendu des sifflements et a constaté que la portée de détection semblait insuffisante. L'instrument n'a pas pu détecter la balle. Il a été découvert plus tard que le condensateur était connecté à une seule des deux bobines. Bell est revenu en août et a entendu un faible son de l'instrument sur une grande partie du corps de Garfield. Le lendemain, il découvrit que le matelas du président était soutenu par des ressorts en acier. Plus tard, le 19 septembre, le président est décédé. L'autopsie a montré que la balle était trop profonde pour être détectée par l'équipement de Bell. Le 24 octobre 1881, Bell était à Paris, où il démontra avec succès la méthode de la balance à induction et publia l'article "Application réussie de la balance à induction pour la détection indolore d'objets métalliques dans le corps humain". Son équipement pouvait détecter une balle à une distance de 2,5 pouces, 5 pouces lorsque la balle était dans l'axe de la bobine et 1 pouce au bord. En conclusion, il a expliqué que la profondeur à laquelle un objet se trouve sous la surface de la terre ne peut être déterminée si la forme de l'objet et l'angle de sa projection sont inconnus. L'attention de Bell a été attirée sur d'autres travaux jusqu'en décembre 1882, lorsqu'il a fait une expérience avec une bobine pour détecter les veines métalliques dans le sol, également le but de l'expérience était de détecter les fils télégraphiques souterrains.
En février 1887, le Dr John Ginder de New York, qui avait écouté le discours de Bell 5 ans plus tôt, publia les résultats de ses expériences pour détecter des objets métalliques dans le corps humain. Son appareil consistait en une batterie à deux chromes de six cellules, un interrupteur ordinaire avec une fréquence d'interruption d'environ 600 Hz. Les bobines de recherche étaient montées dans une caisse en bois, qu'il appelait "Explorer", les autres bobines étaient appelées "tuning". Cet appareil pouvait détecter une balle à une profondeur de 6 pouces dans le corps humain, dans le sol la portée était moindre. À la fin du siècle, le capitaine McEvoy, qui avait expérimenté l'appareil de Hughes, a réduit le détecteur de métaux à une taille qui lui permettrait d'être utilisé sous l'eau. Le boîtier portable et scellé contenait des bobines d'accord, un interrupteur, une batterie à deux cellules qui pouvait être remplacée par un petit générateur magnétoélectrique produisant du courant alternatif et des écouteurs. Un câble isolé reliait des paires de bobines. Des rondelles en caoutchouc, des vis en ivoire et des poignées en caoutchouc dur ont été utilisées pour réduire l'interaction avec les pièces métalliques. Lorsque la bobine était immergée dans l'eau, si elle était déplacée près du fond et qu'un morceau de métal apparaissait dans son champ - un corps de torpille, une chaîne, un câble sous-marin, alors l'équilibre était perturbé et le son du téléphone, qui était très faible avant, est devenu très fort et clair. Le seul inconvénient était qu'un objet métallique se trouvant exactement sous la bobine ne l'affectait pas.
Pendant ce temps, Georges Hopkins, qui continue d'étudier la détection des métaux, invente un appareil de recherche de minerais métalliques qui n'utilise pas de balance à induction, dont les bobines sont installées perpendiculairement. Une bobine typique de 6 ou 8 pouces pourrait détecter des minéraux se trouvant à la surface à une profondeur de plusieurs pouces.
Pendant la Première Guerre mondiale, une certaine attention a été attirée sur les détecteurs de bombes, mais aucune documentation sur l'utilisation pratique de ces détecteurs n'a été trouvée. En 1915, M. S. Gutton de France a expérimenté un dispositif similaire, mais il n'a pas réussi à l'équilibrer complètement. Son équipement se composait de deux transformateurs sous la forme de cinq bobines reliées à un pont Maxwell. Après avoir expérimenté l'appareil Gutton et le pont Anderson, en 1922, le Bureau américain des normes a publié un article "Balance inductive pour la détection des corps métalliques". Au début de 1924, Daniel Chilson de Los Angeles a inventé et breveté un détecteur électromagnétique connu sous le nom de détecteur "radio". Son appareil utilisait un nouveau circuit de battement connu sous le nom de "Chilson Bridge". La première recherche réussie d'un trésor enfoui à l'aide d'un appareil à «faisceau violet» ou «radio» indiquant la présence du trésor a été rapportée par James Young dans le New York Times en 1927. La recherche a été organisée par un aventurier américain et deux anglais avec une licence gouvernementale de quatre ans dans l'isthme de Panama. Les découvertes comprenaient des chaînes en or, des bijoux et des assiettes cachées par des pirates. M. Young a poursuivi en déclarant que cela ne faisait qu'un an ou deux depuis qu'il avait été possible de monter à bord du navire coulé pour le trésor. Il a participé à l'organisation de la recherche des trésors perdus à grande échelle. Les appareils radio, a-t-il dit, avaient apporté le succès là où l'homme avait cherché en vain pendant plus de deux siècles, et il a prédit que le succès futur avec l'utilisation de nouveaux appareils radio de chasse au trésor viendrait sans aucun doute des Antilles, des Florida Keys, et la côte du Mexique. De toute évidence, le premier livre sur la détection des métaux était R.J. Santsky, Modern Dowsing: The Construction and Use of Electronic Metal Detectors, publié en 1927. Il est devenu si populaire qu'il a été réimprimé en 1928, 1931 et 1939. En 1929, Gerhard Gischer, de Hollywood, Californie, un ingénieur de recherche conseillant la Radio Corporation (connue pour ses levés géophysiques pour l'industrie minière), a breveté le "Metalscope". Il pesait 22 livres (10 kg) et était équipé de piles sèches, de tubes à vide et d'écouteurs. Travailler avec lui ne nécessitait aucune qualification ni formation particulière. L'opérateur se trouvait entre un émetteur vertical et un récepteur horizontal, qui étaient reliés l'un à l'autre par des poignées en bois. Le voltmètre à tube enregistrait les perturbations causées par le métal. La profondeur des objets n'a pas pu être mesurée, mais si vous remarquez l'angle de l'émetteur auquel la flèche dévie autant que possible, puis effectuez des mesures à partir de différents points, puis tracez sur papier à l'aide de la trigonométrie, vous pouvez obtenir la position de les objets avec une précision tout à fait acceptable. L'appareil de 200 $ est devenu largement utilisé par les entreprises de services publics pour trouver rapidement et avec précision les anciens pipelines, câbles, conduits, rails en acier et autres objets enterrés, et il a également été utilisé par les prospecteurs pour trouver des veines de minerai près de la surface. De plus, Fisher a préparé des dessins et des instructions et les a mis à la disposition des amateurs utilisant des composants radio standard. Bientôt, cet appareil, appelé "M-Scope", a été utilisé comme "détecteur de trésors" par ceux qui croyaient connaître l'emplacement approximatif des trésors enfouis. L'ensemble le plus simple, vendu 95 $ - MT-Scope, qui avait une sensibilité moyenne et une profondeur de détection réglable, utilisait un voltmètre à tube comme indicateur. Un troisième circuit Fisher a été développé plus tard, mais n'a jamais atteint le marché commercial. Elle n'a utilisé que trois lampes et une double bobine au lieu de bobines séparées pour l'émetteur et le récepteur. Fisher a également noté que plus l'objet enterré est long, plus il est facile à détecter. Peu de temps après, le Fisher M-Scope a été un succès commercial, avec des plans publiés pour assembler un "radio finder" fait maison qui pourrait trouver un dollar en argent à plusieurs centimètres sous terre, indiqué par un bourdonnement dans les écouteurs. Les bobines utilisées étaient des jantes de vélo en bois de 28″. En 1930, le physicien Theodor Theodorsen, travaillant pour le Comité consultatif national de l'aéronautique, rapporta que le laboratoire de Langley avait développé un "Instrument de détection des corps métalliques dans la Terre" conçu pour détecter directement les bombes non explosées larguées par les avions. Le site de bombardement se trouvait à proximité d'un nouveau canal d'essai d'hydravions à Langley Field, en Virginie, qui était en cours de rénovation à l'époque. Le nouveau "détecteur" a localisé avec succès de nombreuses bombes enterrées dans ou à proximité, y compris des bombes de 17 livres à une profondeur de 2 pieds. Ce détecteur, connu sous le nom de détecteur de bombe NACA, était de conception simple et ne nécessitait pas d'opérateur qualifié. La conception était basée sur le travail de M.S. Gutton de France. Trois bobines ont été enroulées sur un cadre en bois creux de 3 pieds de diamètre et de 1 à 1,5 pieds de haut. Les bobines étaient accrochées à un cadre en forme d'échelle, deux personnes étaient nécessaires pour faire fonctionner l'appareil. L'appareil était alimenté par des batteries de 110 volts placées dans une grande boîte. En 1935, un détecteur de métaux a été conçu pour rechercher des puits souterrains à l'extérieur des murs d'une grande université américaine. L'appareil radio de recherche s'est rapidement avéré être un outil de chasse au trésor sensible, et des dessins de celui-ci ont été mis à la disposition des amateurs dans des magazines populaires. Comme la plupart des détecteurs de l'époque, il devait être à une distance acceptable de la cible pour fonctionner, et il ne pouvait pas faire la distinction entre les métaux ferreux et non ferreux. Et bien que certains détecteurs aient pu compenser l'influence du corps de l'opérateur et du sol, d'autres ont réagi à des bandes de sol humide et à des racines de plantes humides. Mais même les meilleurs détecteurs étaient inutiles sur les plages de l'océan, qui contenaient beaucoup de sable noir magnétique. Pendant ce temps, le "détecteur d'arme invisible" était utilisé dans les prisons pour détecter les métaux magnétiques. La présence de métal pourrait être jugée par la forte déviation du faisceau du tube à rayons cathodiques. L'appareil offrait une bonne sensibilité, mais était difficile à configurer. En 1938, un circuit de pont inductif accordable a été développé pour détecter les particules métalliques dans les cigares. Ce circuit avait une bonne sensibilité et stabilité et pouvait fonctionner sous n'importe quelle température, humidité, poussière et vibration. C'était aussi une caractéristique du circuit qui était facile à régler et compacte, et ce circuit était plus stable que les appareils de battement. En 1939, Harry Faure a publié un circuit pour un détecteur peu coûteux utilisant un pont à battement Chilson, insensible aux interférences externes et réglé sur zéro battement. Il utilisait une seule bobine et le signal de détection était des "sons de gloussement" émis par des écouteurs avec une résistance de 4 kOhm. Lorsqu'il est correctement réglé, l'instrument peut détecter un carré de métal de 3 pouces à une profondeur de 12 pouces et une pièce de 10 cents à une profondeur de plusieurs pouces. En décembre 1939, le Dr Lincoln La Paz de l'Ohio State University a présenté un article sur les détecteurs de météorites à l'Astronomical Society. Trois instruments ont été conçus et construits à l'aide des recherches effectuées par Theodorsen lors du développement du détecteur de bombes. Le premier instrument était un grand détecteur à trois bobines entraîné par un générateur alimenté par un moteur à essence. L'appareil pourrait tenir dans le coffre d'une voiture. La deuxième conception avait également un système à trois bobines entraîné par un oscillateur à tube et était suffisamment petite pour être transportée dans un sac à dos. Des bobines de recherche de n'importe quelle taille pourraient être connectées à l'appareil aussi facilement que de visser une ampoule dans une douille. La troisième conception s'est avérée la plus réussie. Il se composait d'une recherche et de bobines émettrices et, par rapport aux appareils commerciaux, avait la moitié de la consommation d'énergie lorsqu'il était alimenté par des piles. Pesant moins de 15 livres, cet appareil peut être utilisé partout où une personne peut se rendre. Le développement de la Seconde Guerre mondiale a nécessité le développement immédiat de détecteurs de mines. Les travaux ont été menés par le service de recherche du ministère de l'approvisionnement. Ils ont rapidement développé neuf détecteurs expérimentaux. Le problème était de développer un appareil capable de résister à des conditions de fonctionnement difficiles et dont le poids serait acceptable pour un soldat. De plus, il devait être simple, nécessiter un nombre minimum de personnes pour fonctionner et être composé de pièces simples et interchangeables pour un remplacement rapide. Au final, un générateur monotube conçu par William Osborne en 1928 a été utilisé. Début octobre 1941, l'équipe de recherche était proche de la phase finale lorsqu'elle reçut les détails d'un nouveau modèle développé indépendamment par deux lieutenants de l'armée polonaise. Il ne contenait pas de nouveaux principes, mais sa disposition promettait des avantages dans la production et l'exploitation. Il est immédiatement devenu clair que la conception polonaise était très bonne, donc des modèles de test ont été créés sur la base de cette conception. La production a commencé en 1941. Le détecteur consistait en un disque plat - une bobine de recherche, et avait des dimensions de 8x15 pouces. La tige mobile était fixée au centre de la bobine, il y avait deux boutons de commande sur la poignée de la tige. Tout le reste était dans le sac à bandoulière de l'opérateur. La première commande pour la production de détecteurs a été passée auprès de diverses entreprises britanniques produisant des équipements radio. Ces détecteurs "modernisés" sont devenus des modèles standards et sont encore utilisés aujourd'hui. D'importants travaux expérimentaux en 1942 ont conduit à l'introduction du détecteur de modulation de fréquence. Connu sous le nom de FM Locator, il s'est avéré très stable et comportait un réglage de l'équilibre au sol.
En 1943, William Blackmer a amélioré le circuit de battement. La même année, un pont Winston a été développé pour mesurer la résistance dans un détecteur de mines. Cet appareil, poussé sur le sol comme un épurateur, était assemblé à partir de 250 composants contenus dans 29 blocs. Au lendemain de la guerre, alors que les magasins vendant des rebuts d'équipement militaire se répandaient en Amérique du Nord et en Europe, des milliers de détecteurs de métaux ont été offerts au public à des prix allant de 5 $ à 50 $. Inutile de dire que cela a engendré une nouvelle vague d'expérimentateurs et de chasseurs de trésors. En 1946, Harry Faure a publié des dessins pour la construction d'un détecteur de battement à couplage électrique basé sur les recherches de l'armée britannique. Sa conception était destinée aux expérimentateurs avancés et n'a pas encore tenu l'excellente position du détecteur Chilson d'origine aussi solide que les instruments commerciaux. De plus, de nombreuses améliorations ont été apportées au design. L'instrument pouvait détecter une plaque de métal d'un pied carré à une distance de 12 pouces. L'indication a été réalisée en augmentant ou en diminuant les sons de "gloussement". Les recherches sur les détecteurs de mines menées pendant la guerre ont été une aubaine pour ceux qui souhaitaient découvrir des trésors cachés. Alors que de nouveaux instruments avec une plus grande sensibilité et une apparence modernisée gagnaient en popularité, de nombreuses petites entreprises ont commencé à fabriquer et à vendre des détecteurs et du matériel de chasse au trésor. Les trois principaux types de détecteurs étaient le circuit en pont, le circuit de battement et le circuit d'équilibrage radio. Une autre percée technologique, le transistor, a changé la conception et les performances des détecteurs pendant plus d'une décennie. Aujourd'hui, près d'un demi-siècle plus tard, le passe-temps et l'industrie de la détection de métaux continuent de croître et de prospérer. Et bien que les principes sous-jacents soient restés inchangés pendant longtemps, des innovations étonnantes ont été apportées à la génération actuelle de détecteurs : discrimination, discrimination de mouvement à très basse fréquence, discrimination d'encoche, identification visuelle de la cible et indication de profondeur, réglage à un bouton et détection automatique. -Configuration, équilibre manuel précis et équilibre au sol automatique, capacité multifréquence, conception d'impulsions avancée, détecteurs informatisés et miniaturisés hautes performances, conceptions de boîtiers ergonomiques, etc. On ne peut que rêver de ce que demain apportera ! Roy T. Roberts fait actuellement des recherches sur l'histoire des détecteurs de métaux et de la chasse au trésor et aimerait obtenir le soutien des lecteurs de WE&N. Son adresse est 20609 Dundas Street, London, Ontario, Canada NSW 2Z1. Auteur : Roy T. Roberts
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