Как появился металлоискатель?

Человек так устроен, что все время придумывает какие-то приборы, облегчающие жизнь. Одним из таких приборов стал металлоискатель (металлодетектор). Но неправильно будет думать, что это изобретение недалекого прошлого. В древних китайских документах были найдены свидетельства того, что металлодетекторы использовались за 200 с лишним лет до н.э.

У китайского императора имелась специальная арка в дверном проеме, работающая как детектор металла и предназначенная для защиты от злоумышленников. Императорские умельцы создали каркас этой арки из магнитного минерала – магнетита, форма каркаса, по-видимому, напоминала подковообразный магнит.

Используя нагрев и ковку магнетита кувалдами, удалось создать устройство, способное притягивать металл. Если бы кто-то попытался скрытно пронести какой-либо металлический предмет – типа меча или кинжала, то эти предметы притянулись бы аркой, а нарушитель был задержан.

Если рассматривать какое-то одно конкретное лицо в качестве изобретателя металлоискателей, то это, скорее всего, английский геолог и горный инженер Фокс. Это он первым обнаружил, что электричество может поступать через металлические руды, а также твердые металлические предметы.

Примерно в 1830 г. он разработал простой локатор металла, который состоял из батареи, нескольких металлических прутьев и подходящей длины провода.

Его первый метод обнаружения металла заключался в следующем: один металлический стержень будет лежать в земле, где может находиться руда, его подключают к одной клемме аккумулятора. Другая клемма аккумулятора была связана с плавающим проводом. Другие металлические прутья были вбиты в землю в нескольких различных точках и последовательно касались плавающего провода. Искры свидетельствовали, то, что металл присутствует.

Около 1870 г. это устройство было изменено до двух стержней, изолированных друг от друга, провод подключался через батарею и погружался в землю. Когда был установлен контакт с металлической рудой, самородком или металлической трубой, то раздавался звонок, что указывает на наличие проводящих объектов.

В 1881 г. изобретатель телефона Александр Белл работал над электрическими индукционными приборами для обнаружения металлов. В это же время было произведено покушение на президента США Джеймса Гарфилда, во время которого он был смертельно ранен. Одна пуля зацепила его руку, а вторая засела в спине. После ряда неудачных попыток обнаружить точное местонахождение пули и в связи с ухудшением самочувствия президента его доктора обратились за помощью к Александру Беллу, прося его принести свой металлодетектор в Белый дом.

Свидетельства о последующих событиях разнятся, по одной версии, у Белла не было достаточно времени для усовершенствования своего инструмента, которым можно было бы обнаружить пулю. По другой версии Белл пробовал обнаружить местоположение пули, но у него ничего не вышло. Двадцатый президент США Джеймс Гарфилд скончался.

В 1890 г. был проведен ряд исследований по поиску сульфидов (соединений металлов с серой, имеющих электропроводность), используя их свойства электрической проводимости. Здесь применялся телеграфный приемник, включенный последовательно с батареей питания и проволочной щеткой. Один контакт цепи был заземлен, а другим контактом являлась проволочная щетка, которую тащили по поверхности земли. Цепь замыкалась тогда, когда щетка касалась сульфидов, что индицировалось щелчком в приемнике.

Этот способ поиска минералов имел ограниченное применение, т.к. работал только при наличии открытой минерализованной поверхности. Исследования способов обнаружения металлов продолжались дальше, среди них был использован измерительный мост Чарльза Витстона для измерения сопротивлений. В этом случае также определяющим фактором являлась проводимость, которую можно было косвенно рассчитать между двумя точками земной поверхности, используя измерение сопротивления. Этот метод тоже оказался неудобным для практического применения.

В те же давние годы был разработан и метод, наиболее близкий к тому, что используют современные детекторы. С помощью этого метода измерялись искажения магнитных полей, генерируемых электрическим проводником с очень низким сопротивлением, проходящем в земле, например, рудным телом.

Поскольку этот метод не требовал использования каких-либо электрических контактов между землей и рудой, то его применение позволяло избежать проблем, вызванных влагой и другими похожими факторами. Этот способ был ограничен только небольшим расстоянием, на котором интенсивность магнитного поля была достаточной для работы.

Другим перспективным методом был метод индуктивного баланса, применение которого позволяет обнаружить наличие золота так же легко, как и наличие сульфидов или других полезных ископаемых. Главная проблема при реализации этого метода заключается в получении необходимой глубины обнаружения объектов.

Идея обнаружения рудных тел электромагнитным способом была, возможно, впервые рассмотрена доктором Даниэлем Чилсоном в 1904 г. в штате Невада. Ранние эксперименты по исследованиям проводимости почвы, воды и других веществ показали, что сульфиды были лучшими проводниками. В 1909 г. доктор Чилсон, экспериментируя с короткими волнами, обратился к известному способу приема-передачи.

В 1902 г., 21 июня, поисковая компания “Электрические руды” подала в Лондоне заявку на патент в управление на совершенно новый тип детектора металла. Это был очень продвинутый инструмент для своего времени, имевший диапазон в сто ярдов (91,44 м).

Он работает следующим образом: батарея поставляет ток в генератор высокого напряжения. С помощью моторизированного контакта-выключателя ток прерывался для достижения сигнала звуковой частоты, который в свою очередь подавался на два датчика, которые загонялись в землю. На основе электропроводимости грунта в данном месте можно было судить о наличии металлических предметов (сейчас по этому принципу работает электроразведка).

Эта компания позже разработала подводный детектор типа копья. При помощи дискриминации детектор мог различать золото и другие металлы.

Компания “Чикаго” приняла иной подход к обнаружению металла – мост с двумя земляными зондами в качестве датчиков. Аналогичный принцип применил другой американский изобретатель Фред Х.Браун, который в одном из своих патентов, указывает пригодность детектора для поиска кладов.

Во время Первой мировой войны некоторое внимание было уделено обнаружению бомб, но никаких записей об используемых инструментах обнаружено не было. В 1915 г. Гуттон во Франции экспериментировал с таким устройством, но не смог получить стабильной работы прибора. Его аппарат состоял из двух трансформаторов в виде катушки и связан с мостовой схемой Максвелла. В 1922 г. США Бюро стандартов опубликовало “Индукционный баланс для обнаружения металлических тел” после экспериментов с аппаратом Гутонна и Андерсона и их мостовой схемы.

В 1925 г. была разработана электронная проходная, позволявшая сократить на заводах постоянно растущее количество краж инструментов и продукции. Принцип работы этой проходной основывался на использовании электромагнитных волн. Разработано это оригинальное устройство было двумя германскими физиками – доктором Джеффакеном и доктором Рихтером из Лейпцига. Их работу продолжили братья Ветцель из того же города.

Электронная проходная работала следующим образом: генерировалось электромагнитное поле, протекающее через арку. Если кто-нибудь пытался пройти с металлическим предметом через эту проходную, то в электромагнитном поле возникал всплеск, который и обнаруживался схемой, включающей сигнал тревоги.

Эта электронная проходная была предшественницей современных рамочных металлодетекторов, имела возможность регулировки чувствительности, что позволяло так настроить систему, чтобы исключить срабатывания на мелкие металлические предметы типа ключей и наручных часов, обнаруживая при этом только крупные предметы.

Для персонального обыска подозрительных лиц, вызвавших сигнал тревоги при прохождении электронной проходной, использовалась отдельная небольшая поисковая катушка. Чувствительность этой катушки регулировалась так, чтобы она не реагировала на мелкие объекты типа монет в карманах.

Примерно в то же время Ширл Херр был признан изобретателем принципа магнитного баланса. Устройство, использующее этот принцип работы, способно обнаруживать минералы и металлы, лежащие под землей. В 1927 г. был изобретен искровой металлодетектор, фотография которого появилась в журнале “Популярная механика” за сентябрь 1930 г. Это был индукционный балансный двухкатушечный металлодетектор типа прием-передача. Наборы для его сборки продавались довольно неплохо.

С начала 30-х гг., до Второй мировой войны начали производство металлодетекторов, принцип действия которых основывался на разных принципах. Во время войны интерес к металлоискателям возрос, что было связано, в основном, с возможностью обнаружения мин и неразорвавшихся снарядов, и это привело к быстрому росту технологии металлообнаружения.

К концу войны тысячи металлодетекторов были доступны на распродажах, т.к. они уже устарели и стали не нужны армии. Приборы хорошо раскупались бывшими военными, которые были обучены использованию металодетекторов. Они быстро поняли ценность этих устройств для поиска спрятанных сокровищ.

Один из первых, кто использовал их для обнаружения клада, был англичанин Джордж Уильямс, радист на борту корабля Racer, он поднимал золото с потерпевшего крушение лайнера laurentic, торпедированного во время войны. Будучи хорошо знаком с беспроводной техникой и увидев несколько примитивных локаторов, Уильямс решил, что он может улучшить существующие технологии проектирования радиолокации (так в то время называли поиски с помощью металлоискателей).

С начала 1950-х гг. несколько компаний стали производить металлодетекторы на лампах и транзисторах. Т.к. распространение транзисторов позволяло изготавливать простые и легкие приборы, то к началу 60-х производство металлодетекторов на вакуумных лампах было прекращено.

Где-то к концу 60-х – началу 70-х гг. интерес к металлодетекторам значительно вырос благодаря существенному прогрессу в развитии направления металлодетекции. В тот период были разработаны высокостабильные и очень чувствительные приборы, позволяющие отсеивать ненужные объекты и не реагирующие на минерализацию земли.

В 1980-х гг. появились приборы, способные анализировать обнаруженный объект, и с каждым годом точность анализирования возрастала. Применение микропроцессоров и цифровой обработки сигнала позволило сделать гигантский скачок в области обработки информации.

Патент фирмы “Гаррет электроникс” US4709213, выданный фирме в 1987 г., описывает первый металлоискатель с микропроцессорной технологией. Компании потребовалось 10 лет для конструирования и полевых испытаний первого образца микропроцессорного металлодетектора, прежде чем он попал на рынок, где и был восторженно встречен.