Comment fonctionnent les détecteurs de métaux ? La science du magnétisme et du métal

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Le magnétisme plus le métal équivaut à un passe-temps cool et parfois lucratif.

Armés de détecteurs de métaux, les explorateurs curieux trouvent chaque jour des objets historiques. Par exemple, Bob Podhrasky, COO, vice-président senior et directeur de l'ingénierie chez le fabricant de détecteurs de métaux Garrett, a déclaré à Popular Mechanics qu'il avait utilisé un détecteur de métaux pour explorer le site de la bataille au monument de San Jacinto où le Texas a acquis son indépendance.

"Ils avaient une zone où il y avait un groupe d'artefacts personnels alignés, et ils soupçonnaient que c'était là que les soldats se rendaient et devaient vider leurs poches par terre", a déclaré Podhrasky.

Comment fonctionnent les détecteurs de métaux ? Tout d'abord, les métaux interagissent avec les champs magnétiques.

"Si vous avez un champ magnétique variant dans le temps, ce champ magnétique à l'intérieur de ce métal crée des courants de Foucault", a déclaré Kamal Sarabandi, professeur d'ingénierie à l'Université du Michigan, à Popular Mechanics. "Ce sont des courants qui tourneraient autour du champ magnétique. En retour, ces courants électriques induits dans des objets métalliques peuvent créer leur propre champ magnétique qui est détecté par… le détecteur de métaux."

Chaque détecteur a un émetteur qui alimente une bobine de recherche. Une bobine réceptrice détecte les objets métalliques qui contiennent des courants de Foucault en raison du champ de la bobine de recherche.

"Ces boucles de réception sont positionnées de manière particulière à ce que le champ de transmission principal soit annulé", a déclaré Podhrasky. "Et donc, lorsque la bobine de recherche du détecteur de métaux passe au-dessus d'un morceau de métal, le champ magnétique est perturbé, et donc... cela crée un changement d'énergie dans la bobine réceptrice."

L'émetteur est un circuit simple qui crée généralement une onde sinusoïdale oscillante, a déclaré Podhrasky. Le signal du récepteur va à un préamplificateur, qui filtre les fréquences indésirables, puis est converti en courant continu et numérisé. Le circuit crée un son audible. De nombreux détecteurs de métaux ont maintenant des écrans LCD qui affichent leurs paramètres.

Les détecteurs de métaux peuvent faire la différence entre différents types de métaux en fonction de la façon dont les champs magnétiques sont déformés, de leur degré de distorsion et de la quantité d'énergie perdue sous forme de chaleur, a déclaré Podhrasky.

Podhrasky a déclaré avoir inventé une technologie appelée "notching" qui permet aux utilisateurs d'utiliser un microprocesseur pour sélectionner les types d'objets qu'ils souhaitent que les détecteurs de métaux observent. "Pour… le système Garrett, nous avons une série de carrés en haut de l'écran. Ces carrés vont en quelque sorte de la gamme des conducteurs très bas à gauche aux conducteurs très élevés à droite. Nous pouvons désactiver les pixels. et allumé. Si le pixel est éteint, si un objet tombe dans cette plage, le détecteur n'émet pas de son."

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Sensible et précis, ce détecteur vaut le poids supplémentaire.

Les bobines de détecteur de métaux sont disponibles dans une variété de tailles. Les plus petits sont plus sensibles aux petits objets près de la surface tandis que les plus grands peuvent détecter le métal à de plus grandes profondeurs, a déclaré Podhrasky. Les grosses bobines sont plus lourdes que les petites. Les bobines concentriques coplanaires fonctionnent bien sur un sol avec moins de contenu minéral. Les bobines DD sont plus optimales pour les sols avec des niveaux élevés de minéraux.

Habituellement, la détection de métaux sous-marine se fait à l'aide de détecteurs de métaux à induction pulsée, a déclaré Podhrasky.

"Au fil des ans, cela a été un processus de développement constant à mesure que l'électronique a progressé", a déclaré Podhrasky. "À un moment donné, les détecteurs de métaux avaient des tubes à vide et vous ne pouviez pas faire grand-chose avec eux. Ils ne pouvaient pas faire de distinction et ils n'étaient pas très sensibles. Mais au fil des ans, avec les progrès des transistors et des microprocesseurs et la possibilité d'effectuer un traitement numérique du signal et une faible consommation d'énergie à mesure que la complexité augmente, vous obtenez des écrans LCD pour l'affichage. C'est une évolution constante de l'application de la technologie à la discipline.

Il existe de nombreuses utilisations pour les détecteurs de métaux. Les gens aiment explorer des sites extérieurs tels que des parcs, des écoles et des plages pour trouver des objets intéressants ou précieux. Les détecteurs de métaux sont également utilisés pour le déminage sur les anciens champs de bataille et pour les systèmes de sécurité pour la détection d'armes. Ils sont également utilisés pour empêcher les morceaux de métal d'être autorisés dans les aliments transformés.

Sur le plan médical, une utilisation célèbre d'un détecteur de métaux a impliqué la recherche par Alexander Graham Bell d'une balle qui a blessé le président américain James Garfield. (Alerte spoiler : cela n'a pas fonctionné car Garfield était sur un lit avec des ressorts en métal.)

Les explorateurs curieux ont trouvé des bagues, des bijoux et bien d'autres objets qui peuvent avoir une valeur financière ou aider à révéler le passé. Cependant, des restrictions légales existent dans certains pays qui s'inquiètent des excavations non désirées.

Les technologies ont changé à mesure que les gens cherchent à créer des moyens d'échapper à la détection des métaux. "Ils fabriquent les armes pour qu'il y ait moins de métal utilisé, donc il y a ces pistolets en plastique ou en céramique qui arrivent sur le marché", a déclaré Sarabandi. "Et pour les militaires, ils utilisent maintenant des mines en plastique par opposition aux mines métalliques, donc la détection de ces choses est très difficile."

Kat Friedrich est une ancienne ingénieure en mécanique qui a commencé comme majeure en mathématiques appliquées, ingénierie et physique à l'Université du Wisconsin-Madison. Elle est titulaire d'un diplôme d'études supérieures en journalisme scientifique et environnemental et a édité sept publications d'information, dont deux qu'elle a cofondées. Elle passe son temps libre à apprendre la danse et le fitness fonctionnel, à lire de la science-fiction et à explorer des événements musicaux.

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