موسوعة الإلكترونيات الحرة وتعليم البرمجيات.

مواضيع جديدة

الجمعة، 29 نوفمبر 2019

دائرة الكشف عن الذهب والمعادن Metal & Gold Detector Circuit



شرح مبدأ عمل وتركيب دارة الكشف عن الذهب والمعادن

دائرة الكشف عن الذهب والمعادن

في بعض الأحيان يتم إخفاء المعادن الثمينة أسفل التربة، وعلى عمق كبير جداً، ولا يتم اكتشافها إلا باستخدام أجهزة ومعدات الكترونية معقدة. ومع ذلك، في كثير من الحالات، يمكن اكتشاف قطع صغيرة من المعادن الثمينة المدفونة بالقرب من السطح بوسائل بسيطة نسبياً. 
وكما نلاحظ، فإن معظم البشر يرغبون للغاية في العثور على شيء قيّم وثمين، خاصة المخبأ أو المدفون بضع سنتيمترات تحت التربة أو في باطن الأرض. كما أن الكثيرون يبحثون عن تلك الأشياء القيمة باستخدام جهاز الكشف عن المعادن، بتمريره فوق رمال الشاطئ. للكشف عن المعادن، هنالك أيضاً أجهزة كشف متقدمة ومتطورة واحترافية مثل الكشف عن القنوات المعدنية المدفونة في باطن الأرض، إضافة الى اكتشاف الألغام الحربية المدفونة. لذلك، من الواضح أن مواصفات جهاز كاشف المعادن تعتمد على نوع الاستخدام.
معظم الهواة والملمين باكتشاف القطع المعدنية، لا يحتاجون إلى جهاز مكلف ومعقد. ولهذا السبب، فإن الدائرة التي ستتم عرضها هي دائرة الكترونية بسيطة للغاية. ويمكنها اكتشاف الأشياء المعدنية الصغيرة (العملات المعدنية أو أي جهاز يحوي معدن بداخله) على عمق 20 سم. هذا يعني أنه على الرغم من بساطة تركيب تلك الدارة، يمكنها أن تعمل ككاشف بشكل جيد للغاية الى ممتاز في الحديقة أو في مسار ترابي أو على شاطئ البحر. ستكون تلك الدارة ممتعة للغاية وخاصة للهواة.

مبدأ عمل دائرة الكشف عن المعادن أو الذهب

يعتمد اكتشاف الأشياء المعدنية داخل باطن الأرض على مبدأين للفيزياء:
أولاً: يتسبب الكائن المعدني الذي يقترب من الملف في تغيير حالة محاثة ملف البحث. إذا كان هناك أكثر من ملف في نفس المكان، فسيتم تغيير حالة الملف بين الملفات. قد يكون هذا التغيير متزايد تدريجياً أو متناقصاً. هذه الظاهرة ناتجة عن التغير فيما يسمى بالنفاذية المغناطيسية النسبية (μ) للفضاء بالقرب من المعدن. إن الأنواع الثلاثة للمغناطيسية (أي البارا مغناطيسية والفرومغناطيسية والديا مغناطيسية) تنقسم بحسب نفاذية المغناطيس النسبية والتي تحيط بهذه المواد. على الرغم من أنه من الصعب للغاية فصل المواد الديامغناطيسية عن المواد البابرامغناطيسية التي قد تكون مدفونة في باطن الأرض، فمن الممكن بالتأكيد فصل المواد الفرومغناطيسية عن بقية المواد الأخرى.
 ثانياً: عند اقتراب أي معدن بالقرب من ملف يتدفق عبره تيار متناوب (تدفقات دورية)، يتم تحفيز ما يسمى بالتيارات الدوامة Eddy Currents. هذه التيارات، تسبب فقدان الحرارة في المعدن، وبالتالي زيادة المقاومة الكهربائية في الملف، أي زيادة في خسارة الالكترونات التي تسري عبره، وتقليل جودة توصيله النوعي (Q). تعتمد شدة أو كثافة التيارات الدوامة على حجم وشكل ونوع المعدن، وكذلك بعده عن الملف ومقدار تردد التيار المتسرب Leakage Current. بشكل عام، فإن الصفائح المعدنية الكبيرة، والتي بدون ثقوب، تنشئ تيارات دوامة أقوى من الجسم المعدني الصغير أو المفتت.
أخيراً، بالإضافة إلى عامل العمق للكائن المعدني تحت الأرض، فإن هنالك عوامل أخرى مثل التربة والرطوبة. فالتربة بشكل عام أمر مهم للأخذ بعين الاعتبار. لذلك، نلاحظ مما سبق، أن فصل المعادن بشكل دقيق وكشفها استناداً إلى عامل واحد، هو أمر مستحيل عملياً.

أنواع دارات البحث عن المعادن والذهب

تنقسم الدوائر المعدنية للكاشف العملي إلى ثلاث فئات أساسية:

المتذبذب الترددي الايقاعي: 

ويطلق عليه الاسم Beat Frequency Oscillator ويتم اختصاره بالرمز BFO. حيث يوجد في هذا النظام نوعان من التذبذبات، أحدهما ثابت والآخر لديه لفائف كملف الرنين المغناطيسي. يختلف ويتباين التردد الخاص بين المذبذبين، كما هو مبين في الـ non-Linear Mixer للإشارتين، أثناء اكتشاف المعدن. علماً أن تردد الصوت الصادر غير محصورة بين فترة الترددات السمعية التي يقدر الانسان على سماعها. لذلك، سيتشعر المستخدم وجود المعدن، عن طريق تغيير تردد الصوت المرتفع أو السماع من خلال سماعات الرأس أو مكبر الصوت.

ميزان النقل / الاستقبال / الحث: 

ويطلق عليها الاسم Transmission/Reception/Induction Balance، أو الاختصار TR / IB. حيث يتم في هذه التقنية استخدام جهاز إرسال وجهاز الاستقبال، متقاربان جنباً إلى جنب، بوجود حث كهرومغناطيسي مشترك قليل نسبياً وضيق النطاق. يلعب المعدن الذي في باطن الأرض دوراً في تغيير قيمة الحث المشترك. الأمر الذي يؤدي الى استشعار ورصد التغير في إشارة الحث عن طريق جهاز المذبذب Oscillator.

الحث بالنبض أو الإشارة: 

ويطلق على هذا النظام الاسم Pulse Induction أو الاختصار PI. حيث يتم ارسال نبضات كهرومغناطيسية أو حثية بانتظام أثناء عملية المسح. وعند المرور من فوق قطعة معدنية مدفونة مثل الحديد أو الذهب أو غيرها من المعادن، يتم سحب النبضات وامتصاص جزء منها وانعكاس باقي النبضات بشكل غير منتظم. هذا النوع من عدم الانتظام في الانعكاس يشير إلى ما إذا كانت طبيعة المعدن المكتشف موجودة أم لا.
كل فئة من فئات أجهزة الكشف المذكورة أعلاه لها عيوبها ومزاياها. لذلك يجب أن يجمع كاشف المعادن المثالي بين فئات الكاشف الثلاثة. وهذا للأسف سيؤدي إلى نظام معقد للغاية.

طريقة صنع دارة كشف المعادن والذهب ببساطة

في هذه الطريقة البسيطة، سيتم استخدام طريقة تشبه تقنية الـ BFO الى حد كبير، فيما عدا أنه لا يوجد لدى تلك الدارة صوت، بل بدل من اصدار صوت، تتحول الاشارة إلى تيار كهربائي ويحرك مؤشر الميكرومتر M1، كما في الدارة التالية والتي توضح مخطط جهاز كشف الذهب والمعادن الأخرى:


بالمجمل والمختصر المفيد، أنه من الصعب إيجاد دائرة كاشف ذات كفاءة عالية بتركيب أبسط من هذه الدارة المعروضة. حيث يتم استخدام دائرة متكاملة واحدة وهي 4030، جهاز ميكروميتر لاستشعار التيار الكهربائي قليل المقدار، بعض المقاومات الكهربائية، عدد قليل من المكثفات واثنين من الملفات الكهربائية. كما تلاحظ أيضاً، أن التكلفة الاجمالية لتطبيق وبناء هذا المشروع، يجب ألا يتعدى الـ 15 دولار. تستخدم الدائرة إثنين من مذبذبات LC من النوع كولبت Colpitts، والتي تشكلها كل من بوابات IC1a و  IC1c. أما المواسع C7، فهو يجعل تبادل الشحنات بين المتذبذبين حراً.
المذبذب IC1a لديه تردد ثابت بحدود 300 كيلو هرتز تقريباً. يعمل مذبذب IC1c بنفس التردد تماماً، وخاصة عندما لا يوجد أي معدن في النطاق لأنه تتم مزامنته من خلال المواسع C7 بواسطة المذبذب IC1a الثابت عند زاوية طور تبلغ حوالي 90 درجة. عندما يغير المعدن محاثة الملف L2 بدرجة كافية، فإن مذبذب IC1c يقوم بتغيير التردد. تلعب بوابة IC1d دور المنطق EX (EXOR) والخاصة بإشارات خرج المذبذبات، مما توفر تردد مزدوج عند منطقة الخرج (أي حوالي 600 كيلو هرتز بدون وجود المعدن المكتشف) بنسبة تبلغ حوالي 50%.
التبديل الدوري للتيار الكهربائي المار من خلال ملف المايكروميتر M1 والذي يسببه قرب الماسح من المعادن يشير الى وجود مثل تلك المعادن أسفل التربة. علماً أن مخرج بوابة الدارة المتكاملة IC1b هي التي تقوم بتشغيل الميكروميتر M1، بينما تقوم المقاومة المتغيرة P1 (البوتنشوميتر) بضبط حساسية الجهاز للكشف عن لتلك المعادن.
يتم تشغيل الدائرة بواسطة بطارية بمقدار 9 فولت، حيث تستمر في العمل لعدة ساعات. أما الثنائي D1، فهو يمنع التيارات الكهربائية المنعكسة بفعل الملفات والمحثات من الرجوع الى مصدر التغذية، أي البطارية، وذلك للحفاظ عليها من التلف، وزيادة كفاءة مدة التشغيل.

كيفية بناء وتركيب دارة كاشف المعادن

في الشكل التالي صورة لمخطط دارة اللحام PCB الخاصة بدائرة كاشف المعادن الالكترونية:


لكن، وبصرف النظر عن الملف L2، لا توجد مكونات أخرى حرجة التركيب في الدائرة غيره. لذلك يجب ألا يمثل تركيب تلك الدارة أي صعوبة. فكل ما عليك فعله هو توصيل كل مكون أو عنصر الكتروني في المكان الصحيح والمناسب له. من المهم أيضاً ضبط الحساسية قبل التركيب، لذلك، أدر مؤشر المقاومة المتغيرة P1 إلى اليسار إلى أدنى مستوى أي الى النهاية. أما ملف الكشف عن المعادن فيجب أن يكون مفرغ من الوسط بقطر مقداره بحدود 7.5 سم، وعدد لفاته عبارة عن 40 لفة من الأسلاك النحاسية المعزولة بطبقة من الطلاء العازل. على الرغم من أنه من الممكن أن تكون عدد لفات ذلك الملف 25 لفة بقطر 20 سم كبديل آخر.
للحصول على ملف دائري الشكل وبشكل متقن، يتم لف الملف حول محيط قطعة مستديرة الشكل من الخشب أو قطعة من أنبوب التصريف البلاستيك أو المزراب. وكلما زاد قطر الملف ازدادت مقدار الحساسية في الكشف عن المعادن.
بالإمكان شراء الملف L1 بشكل جاهز، وإذا كان يحتوي قُلبَه الداخلي على معدن حديدي كما في الشكل التالي، فيمكن إزالة المواسع C8. أما إذا كانت الدائرة ليست حساسة للغاية في الواقع، يمكنك رفع قيمة المقاومة R2 قليلاً.


وأخيراً، يتم إعداد الدائرة النهائية بشكل بسيط للغاية؛ قم بتشغيل الدائرة وأعد ضبط وتعيين المواسع المتغير C8 بحيث تتحرك إبرة الميكروميتر من اليمين إلى أقصى اليسار مع مراعاة عدم وجود أي معدن بالقرب من الملف L2. لذلك، فإن الضبط الصحيح للمكثف المتغير C8 هو المكان الذي تبقى فيه الإبرة ثابتة في بداية المقياس الى اليسار (دون التأشير المستمر على اليسار).
لا بد من وضع المكثف المتغير C8 من الخارج، حتى تتمكن من ضبط حساسية الكاشف أثناء البحث عن المعدن.

العناصر الالكترونية المستخدمة في دارة الكشف عن المعادن والذهب

R1, R2مقاومتين بمقدار 22 كيلو أوم.
P1مقاومة متغيرة trimmer (بوتنشوميتر Potentiometer) بمقدار 10 كيلو أوم.
C1, C3, C4, C6مواسعات ثابتة المقدار بقيمة 680 بيكوفاراد أي 220 pF.
C2مواسع بمقدار 220 pF
C5مواسع بمقدار 270 pF
C7مواسع بمقدار 33 pF
C8: مواسع متغير بقيمة قصوى تصل الى 100 pF
C9مواسع بمقدار 10μF / 63V
L1محث كهربائي بمقدار 330 ميكرو هنري أي 330μH
L2ملف حثي يدوي (اقرأ النص أعلاه).
D1ثنائي دايود من الصنف BAT85
IC1دارة متكاملة من الطراز أو النوع CD4030
M1: ملف ميكروميتر Moving Coil Instrument بدقة قياس تصل الى 100μA


عيوب وسيئات دارة الكشف عن المعادن

من العيوب الناتجة عن بساطة الدارة هي عدم الاستقرار الحراري لكاشف المعادن. وإذا تم التعرض لمثل هذا التشويش وعدم الاستقرار، يجب تقريب كل من الملف L2 والمواسعات C1, C5, C6 بالقرب من بعضهم البعض للتعاون على العمل الحراري فيما بينهم. 
لذلك، إذا كان الملف بعيد نسبياً عن بقية أجزاء الدائرة، فيجب وضع هذه المكثفات بالقرب من الملف بدلاً من تثبيتها ولحامها على اللوحة PCB. يمكن تحسين أداء ثبات الملف عن طريق تغليفه بغلاف صمغي من مادة الإيبوكسي أو بتغطيته بشريط لاصق. من حيث الراحة أثناء الاستخدام في بيئة العمل، يجب تأمين استقرار الملف وتحصين غلافه حتى نهاية العصا. أما بقية عناصر الدائرة الالكترونية، فيتم وضعها في صندوق بلاستيكي صغير مثبت بمقبض العصا.
يحتوي النموذج الأولي للكاشف المعدني على أنبوب تصريف بلاستيكي يبلغ قطره 32 مم للعصا. يتم تثبيت الصندوق البلاستيكي الذي يحتوي على العناصر الالكترونية على مقبض العصا بشكل حرف T. رأس الكشف لديه غطاء قبس بلاستيكي بقطر 200 ملم. أما حامل الملف؛ فيتم ربطه بالعصا بزاوية 135 درجة.
تكلفة بناء الدارة بالكامل صغيرة بشكل واضح. حيث يمكن العثور على جميع المواد غير الإلكترونية في محلات السباكة أي الصرف الصحي.

طريقة استعمال جهاز الكشف عن المعادن والبحث عن الذهب والكنوز الأخرى

بعد أن انتهيت الآن من بناء الكاشف، ستكون حريصاً على البحث عن الكنوز، سواء كانت معادن ثمينة أو ذهب أو ساعات أو قلادات وغيرها العديد. ولكن عليك أن تكون على دراية باستخدام الكاشف قبل أن تجول الى الجبال والأخاديد والمناطق الوعرة الأخرى.
في الممارسة العملية أي في الميدان، سيكون للمادة الديامغناطيسية والبارامغناطيسية تأثير ضئيل جداً على قراءات الكاشف. أما المواد الفرومغناطيسية، فتسبب تأثير واضح على محاثة الملف L2. ومع ذلك، لأنك تبحث عادة عن عملات معدنية، أي أجسام معدنية صغيرة ولأن التردد 300 كيلو هرتز مرتفع نسبياً، فستكون لديك كمية فقدان عالية من التيارات الدوامية التي تقلل من تردد المذبذب. ونظراً لأن عامل الكشف الرئيسي هنا هو وجود التيارات الدوامة، لذلك فإن مؤشر الإبرة سيعمل في نفس الاتجاه لجميع أنواع المعادن. لذلك، إذا كنت تنظر إلى الإبرة ووجدتها تتحرك، فهذا يعني أن هناك شيء معدني مدفون على الأرض.

أسئلة شائعة على دارة البحث عن المعادن والذهب المدفون في باطن الأرض

سؤال: هل تختلف دارة جهاز كشف الذهب عن دارة كشف المعادن الأخرى؟

جواب: لا تختلف دائرة كاشف الذهب عن المعادن الأخرى. فجميع المعادن تنتمي الى فئة أو مجموعة الفلزات. لذلك، فإن الدارة المستخدمة في الأعلى تكفي للكشف عن جميع المعادن ذات الخواص الفلزية مثل الذهب وخاصة القطع الكبيرة والثمينة منها.

سؤال: ما هي دارة كولبت Colpitts؟

جواب: هي عبارة عن دارة الكترونية تقوم بتوليد ذبذبات (إشارات جيبية)، باستخدام مواسعين أو مكثفين كهربائيين ومحث كهربائي، كما في الشكل التالي:


سؤال: هل هنالك طريقة لكشف الذهب عن طريق الجوال؟

جواب: لا، ليس هنالك طريقة تكشف عن وجود الذهب عن طريق الجوال. وذلك لعدم احتواء الجوال على ملفات حثية كافية لنقل الذبذبات الكهرومغناطيسية الى عمق كاف واكتشاف المعادن كالذهب المطمور.

سؤال: ما هي طريقة صنع جهاز كشف الذهب بعيد المدى على أعماق كبيرة؟

جواب: كما ذكرن سابقاً، فإن صنع دارة لكشف الذهب أو أي معدن آخر على أعماق كبيرة تعتمد على عوامل كبيرة، كنوع التربة والرطوبة ونوع المعدن وغيرها من العوامل. كما وأن نوع التقنية المستخدمة تلعب دوراً كبيراً، ففي الدارة الحالية تستخدم تقنية قريبة من مبدأ عمل الـ BFO. أما اذا أردنا أن نحصل على جهاز كشف للذهب على أعماق سحيقة، فيجب دمج التقنيات الثلاث المذكورة في أعلى الشرح. ولكن للأسف سيكون دمج تلك التقنيات مقعداً ومكلفاً للغاية.

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق

???????