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無線電子工学および電気工学の百科事典 金属探知機の歴史。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
電磁気学の理論はアメリカ人のジョセフ・ヘンリーによって初めて実証され、1831 年にマイケル・ファラデーによって独立して実証されました。 ヘンリーはすぐに誘導と自己誘導の実験に成功し、これが電信、電話、ラジオの基礎となりました。 彼は、最初のコイルである絶縁ワイヤの平らな螺旋を使用した誘導の実験を拡張しました。 さまざまな研究者によって設定された多くの実験では、金属物体がインダクタンスに及ぼす影響や、回路の一部への誘導効果と他の部分への同等の逆効果のバランスをとる原理が研究されました。 この目的のための誘導天秤の初期の形式は、1841 年頃にダブ教授によってドイツで発明されたと思われます。ほぼ同時期に、同様の装置がヘンリー ローランド教授によってアメリカで独立して発明されました。 1976 年、ベル大学のアレクサンダー グラハム教授は、電話線の近くを通る回線上の電信機器によって引き起こされる電話ノイズの問題から、インダクタンスの平衡化に注目しました。 XNUMX つの導体に誘導される電流は、もう XNUMX つの導体に誘導される電流と完全に等しく、方向が逆であるため、XNUMX つの導体ではなく XNUMX つの導体を使用することで干渉が排除されました。 したがって、誘導平衡が形成され、回路の出力では信号がゼロになりました。 この方法は 1877 年にベルによってイギリスで特許が取得され、1877 年から 78 年の冬の間、ベルはロンドンでこの方法を実験していました。 彼は、回路が平衡状態にあるとき、インダクタンス場に置かれた金属片が電話 (受話器) 内で音を引き起こすことを発見しました。 半クラウン銀貨またはフロリンが平行に置かれたコイルの前を動くと、電話の沈黙は三度中断された。 ベルのイギリス人の知人である音楽教授ダニエル・ヒューズは 1878 年に誘導平衡の実験を行い、1879 年 XNUMX 月には XNUMX つのコイルを使用したより有望な誘導平衡装置を実証しました。電話ヘッドフォンに接続された XNUMX つの主コイルと XNUMX つの二次コイルを含む回路で作成されました。 XNUMX対のコイルの近くに金属片を置くとバランスが崩れ、ヘッドホンから時計の音が聞こえるようになりました。
ベルはアメリカに戻った後、ガードナー ハバードの要請により、1879 年 XNUMX 月に「フラット コイルの誘導磁場を調査するための新しい方法について」という記事を発表しました。ハバードは、ここで地球中の貴重な金属の鉱床を発見する可能性のある方法を発見しました。 1881年XNUMX月XNUMX日、ガードフィールド大統領は暗殺者に背中を撃たれた。 それから数時間、数日間、全世界が希望と恐怖の中で待ちましたが、体内の弾丸の位置が不明のままだったので、誰も結末を予測する勇気がありませんでした。 当時ワシントン市にいたベルさんは協力を申し出た。 彼はすぐにいくつかの予備実験を行いました。 11 年 1881 月 XNUMX 日、サイエンティフィック アメリカンのジョージ ホプキンスは、改良されたヒューズ帰納平衡法を使用した結果をニューヨーク トリビューンに発表しました。 ベルはサマー・テインターの助けを借りてホプキンスに連絡し、ハーバード大学のヒューズ、ローランド、ジョン・スローブリッジとともに銃弾探知装置の開発を支援するコミュニティを組織した。 彼らは、さまざまなサイズ、さまざまな長さとコイルの直径、さまざまなバッテリーのバランスの取れたデバイスを実験し、最終的には回路にコンデンサを追加して、握りこぶしの XNUMX インチの距離で同様の鉛弾が見つかるようにしました。 26月19日、ベルは自分の装備をホワイトハウスに持ち込んだ。 調整後、シューという音が聞こえ、検出範囲が不十分であると思われることがわかりました。 機器は弾丸を検出できませんでした。 後で、コンデンサが XNUMX つのコイルのうちの XNUMX つにのみ接続されていたことが判明しました。 XNUMX月にベルが戻ってきたところ、ガーフィールドの体の広い範囲で楽器からかすかな音が聞こえた。 翌日、社長のマットレスが鋼製のバネで支えられていることを発見した。 その後、XNUMX月XNUMX日に大統領が死去した。 検視の結果、弾丸の深さが深すぎてベルの装置では検出できないことが判明した。 24 年 1881 月 2,5 日、ベルはパリにいて、誘導バランスの方法を成功裡に実証し、「人体内の金属物体を無痛検出するための誘導バランスの適用に成功」という論文を発表しました。 彼の装置は 5 インチ、弾丸がリールの軸上にある場合は 1 インチ、端では 1882 インチの距離で弾丸を検出できました。 結論として、彼は、物体の形状とその投影角度が不明な場合、物体が地表の下にある深さを決定することはできないと説明しました。 ベルは XNUMX 年 XNUMX 月まで他の研究に注目し、コイルを使って地面の金属鉱脈を検出する実験を行いました。実験の目的も地下の電信線を検出することでした。
1887年5月、600年前にベルの講演を聞いていたニューヨークのジョン・ギンダー博士は、人体内の金属物体を検出する実験の結果を発表した。 彼の装置は、6 つのセルからなる XNUMX クロム電池と、遮断周波数が約 XNUMX Hz の通常の遮断器で構成されていました。 サーチコイルは木製のケースに取り付けられており、彼はそれを「エクスプローラー」と呼び、他のコイルは「チューニング」と呼ばれました。 この装置は人体の深さ XNUMX インチの弾丸を検出できますが、地上では射程はさらに短くなります。 世紀末、ヒューズの装置を実験していたマケボイ船長は、金属探知機を水中で使用できるサイズに小型化しました。 ポータブルな密閉ケースには、同調コイル、遮断器、交流を生成する小型の磁電発電機に置き換えることができる XNUMX セルのバッテリー、およびヘッドフォンが含まれていました。 絶縁ケーブルでコイルのペアを接続しました。 金属部品との相互作用を軽減するために、ゴム製のワッシャー、アイボリーのネジ、硬質ゴム製のハンドルが使用されています。 コイルが水に浸されているときに、コイルが底近くに移動し、魚雷本体、チェーン、水中ケーブルなどの金属片がフィールドに現れると、バランスが崩れ、電話で音が聞こえます。以前はとても弱かったのですが、とても大きくはっきりと聞こえるようになりました。 唯一の欠点は、コイルの真下にある金属物体がコイルに影響を与えなかったことです。
この間、金属探知の研究を続けていたジョージ・ホプキンスは、誘導天秤を使わず、コイルが垂直に設置された金属鉱石を見つける装置を発明しました。 一般的な 6 インチまたは 8 インチのコイルは、表面の数インチの深さにある鉱物を検出できます。
第一次世界大戦中、爆弾探知機に注目が集まりましたが、実際に使用されたという記録は見つかっていません。 1915 年に M.S. フランスのガットン氏も同様の装置を実験しましたが、完全にバランスをとることができませんでした。 彼の装置は、マクスウェル ブリッジに接続された 1922 つのコイルの形をした XNUMX つのトランスで構成されていました。 ガットン装置とアンダーソンブリッジの実験後、XNUMX 年に米国標準局は「金属体の検出のための誘導天秤」という記事を発表しました。 1924 年初頭、ロサンゼルスのダニエル チルソンは、「ラジオ」検出器として知られる電磁検出器を発明し、特許を取得しました。 彼の装置は「チルソンブリッジ」として知られる新しいビート回路を使用していました。 宝物の存在を示す「バイオレットビーム」または「ラジオ」装置を使用した埋蔵金の探索に初めて成功したことは、1927年にジェームズ・ヤングによってニューヨーク・タイムズに報告された。 捜索はパナマ地峡で４年間の政府免許を持つアメリカ人１人とイギリス人２人の冒険家によって手配された。 発見物には、海賊が隠した金の鎖、宝石、皿などが含まれていました。 氏ヤング氏は続けて、宝物を取りに沈没船に乗れるようになってからまだXNUMX、XNUMX年しか経っていないと述べた。 彼は失われた宝物の捜索を大規模に組織することに参加した。 彼は、人類がXNUMX世紀以上無駄に探索してきた場所に無線装置が成功をもたらしたと述べ、新しい無線宝探し装置の使用による将来の成功は間違いなく西インド諸島、フロリダキーズ、そしてメキシコの海岸。 明らかに、金属探知に関する最初の本は R.J. サンツキー著『現代のダウジング: 電子金属探知機の構築と使用』、1927 年出版。 非常に人気があったため、1928年、1931年、1939年に再版されました。 1929 年、カリフォルニア州ハリウッドのゲルハルト ギッシャーは、ラジオ社 (鉱業向けの地球物理学的調査で知られる) に助言を行っていた研究技術者で、「メタルスコープ」の特許を取得しました。 重さは 22 ポンド (10 kg) で、乾電池、真空管、ヘッドフォンが装備されていました。 彼と一緒に働くのに資格や特別な訓練は必要ありませんでした。 オペレーターは、木製のハンドルで互いに接続された垂直型送信機と水平型受信機の間にいた。 管電圧計は、金属によって引き起こされる摂動を記録しました。 物体の深さは測定できませんでしたが、矢印ができるだけ外れる発信器の角度に注目して、いろいろな点から測定し、三角関数で紙にプロットすれば、物体の位置を知ることができます。オブジェクトはかなり許容範囲内の精度で検出されます。 200ドルで販売されたこの装置は、古いパイプライン、ケーブル、導管、スチールレール、その他の埋設物を迅速かつ正確に見つけるために公益事業会社によって広く使用されるようになり、探鉱者によって地表近くの鉱脈を見つけるためにも使用されました。 さらに、フィッシャーは図面と説明書を作成し、標準的な無線コンポーネントを使用する愛好家がそれらを利用できるようにしました。 すぐに、「M-Scope」と呼ばれるこの装置は、埋蔵金のおおよその位置を知っていると信じる人々によって「宝探し」として使用されるようになりました。 最も単純なセットは 95 ドルで販売され、MT-Scope は平均的な感度と調整可能な検出深さを備え、指示器として管電圧計を使用しました。 その後、XNUMX 番目のフィッシャー回路が開発されましたが、商業市場には投入されませんでした。 彼女は、送信機と受信機に別々のコイルを使用する代わりに、XNUMX つのランプと XNUMX つの二重コイルのみを使用しました。 フィッシャー氏はまた、埋設物が長くなるほど発見が容易になるとも指摘した。 その直後、フィッシャー M スコープは市場で成功を収め、ヘッドフォンのブーンという音で地下数インチの銀貨を見つけることができる自家製の「ラジオ探知機」を組み立てるための設計図が公開されました。 使用したスプールは 28 インチの木製自転車リムでした。 1930年、国家航空諮問委員会に勤める物理学者テオドール・テオドールセンは、ラングレーの研究室が航空機から投下された不発弾を直接検出するように設計された「地球上の金属体を検出する装置」を開発したと報告した。 爆撃現場はバージニア州ラングレー・フィールドにある新しい水上飛行機試験用運河の近くで、当時改修中であった。 新しい「探知機」は、深さ17フィートの2ポンド爆弾を含む、埋められた、または近くにある多くの爆弾の位置を特定することに成功した。 NACA 爆弾探知機として知られるこの探知機は単純な設計で、熟練した操作者を必要としませんでした。 デザインはM.S.の作品に基づいています。 フランス出身のガットンさん。 直径 3 フィート、高さ 1 ～ 1,5 フィートの中空の木製フレームに 110 つのコイルが巻かれました。 コイルははしご状のフレームに吊り下げられており、装置の操作には XNUMX 人が必要でした。 この装置は、大きな箱に入った XNUMX ボルトの電池によって電力を供給されました。 1935 年、アメリカの一流大学の壁の外側にある地下井戸を探索するために金属探知機が設計されました。 この捜索無線装置はすぐに高感度の宝探しツールであることが判明し、その図面が人気雑誌で愛好家に公開されました。 当時のほとんどの検出器と同様に、検出器が機能するには対象物から許容可能な距離にある必要があり、鉄金属と非鉄金属を区別することはできませんでした。 また、一部の検出器は操作者の身体や地面の影響を補正できましたが、他の検出器は濡れた土の断片や濡れた植物の根に反応しました。 しかし、磁気を帯びた黒い砂が多く含まれる海岸では、最高の探知機でも役に立ちませんでした。 この時代、刑務所では磁性金属を探知するために「目に見えない武器探知機」が使用されていました。 金属の存在は陰極線管のビームの鋭い偏向によって判断できます。 このデバイスは良好な感度を提供しましたが、セットアップが困難でした。 1938 年、葉巻内の金属粒子を検出するための調整可能な誘導ブリッジ回路が開発されました。 この回路は感度と安定性が良好で、あらゆる温度、湿度、塵埃、振動下でも動作できました。 調整が容易でコンパクトな回路であることも特徴であり、この回路はビートデバイスよりも安定しています。 1939 年、ハリー フォーレは、外部干渉に反応せず、ゼロビートに調整されたチルソン ビートオン ブリッジを使用した安価な検出器の回路を発表しました。 彼はシングルコイルを使用し、検出信号は抵抗4 kΩのヘッドフォンから発せられる「カチャカチャ音」でした。 適切に調整すると、この機器は深さ 3 インチで 12 インチ四方の金属を検出でき、深さ数インチで 10 セント硬貨を検出できました。 1939 年 15 月、オハイオ州立大学のリンカーン・ラパス博士は、隕石検出器に関する論文を天文学協会に提出しました。 XNUMX つの機器は、爆弾探知機の開発においてセオドールセンによって行われた研究を使用して設計および製造されました。 最初の機器は、ガソリン エンジンを動力源とする発電機によって駆動される大型の XNUMX コイル検出器でした。 この装置は車のトランクに収まる可能性がある。 XNUMX 番目の設計も、真空管発振器で駆動される XNUMX コイル システムを備えており、バックパックに入れて持ち運べるほど小型でした。 電球をソケットにねじ込むのと同じくらい簡単に、あらゆるサイズのサーチコイルをデバイスに接続できます。 XNUMX 番目の設計が最も成功したことが判明しました。 これは探索コイルと発信コイルで構成されており、市販の機器と比較して電池駆動時の消費電力が半分でした。 重量が XNUMX ポンド未満のこの装置は、人が手に入る場所ならどこでも使用できます。 第二次世界大戦の進展により、地雷探知機の早急な開発が必要となりました。 この研究は供給省の研究部門によって行われた。 彼らはすぐに 1928 つの実験用検出器を開発しました。 問題は、過酷な使用条件に耐えることができる装置を開発し、その重量が兵士にとって許容できるものであるかどうかでした。 さらに、複雑ではなく、操作に必要な人数が最小限で済み、迅速に交換できるようにシンプルで交換可能な部品で作られている必要がありました。 最終的には、XNUMX 年にウィリアム オズボーンによって設計された単管発電機が使用されました。 1941 年 1941 月初旬、研究チームは最終段階に近づき、ポーランド軍の XNUMX 人の中尉が独自に開発した新しいモデルの詳細を受け取りました。 新しい原理は含まれていませんでしたが、そのレイアウトは生産と運用における利点を約束していました。 ポーランドのデザインが非常に優れていることがすぐに判明したため、このデザインに基づいてテストモデルが作成されました。 XNUMX年に生産が開始されました。 検出器は平らなディスク、つまりサーチコイルで構成されており、寸法は 8x15 インチでした。 可動ロッドはコイルの中心に取り付けられており、ロッドハンドルにはXNUMXつの制御ノブがありました。 それ以外はすべてオペレーターのショルダーバッグの中にありました。 探知機の製造に関する最初の注文は、無線機器を製造するさまざまな英国企業の間で行われました。 これらの「最新化された」検出器は標準設計となり、現在でも使用されています。 1942 年の重要な実験作業により、周波数変調検出器が導入されました。 FM ロケーターとして知られるこの装置は、非常に安定していることが証明され、グランド バランス調整機能を備えていました。
1943 年、ウィリアム ブラックマーはビート回路を改良しました。 同年、地雷探知機の抵抗を測定するためのウィンストンブリッジが開発されました。 スクラバーのように地面に沿って前進するこの装置は、250 個のブロックに含まれる 29 個の部品から組み立てられています。 戦争直後、軍用装備のスクラップを販売する店が北米とヨーロッパに広がり、数千台の金属探知機が 5 ドルから 50 ドルの価格で一般に提供されました。 言うまでもなく、これにより実験者やトレジャーハンターの新たな波が生まれました。 1946 年、ハリー フォーレは、英国陸軍の研究に基づいて、電気的に結合されたビート検出器を構築するための図面を発表しました。 その設計は高度な実験者を対象としており、オリジナルのチルソン検出器の優れた地位を商用機器ほど強力にはまだ保っていません。 さらに、デザインに多くの改良が加えられました。 この機器は、12 インチの距離で XNUMX 平方フィートの金属板を検出できました。 指示は「カタカタ」音の増減で行いました。 戦時中に行われた地雷探知機の研究は、隠された財宝の発見に興味を持つ人々にとって恩恵となりました。 感度が向上し、外観が近代化された新しい機器の人気が高まるにつれ、多くの中小企業が探知機や宝探し機器を製造、販売し始めました。 検出器の主なタイプは、ブリッジ回路、ビート回路、無線バランス回路の XNUMX 種類です。 もう XNUMX つの技術的進歩であるトランジスタは、XNUMX 年以上にわたって検出器の設計と性能を変えました。 ほぼ半世紀が経った今日でも、金属探知の趣味と産業は依然として成長し、繁栄しています。 そして、基本的な原理は長い間変わっていませんが、現世代の検出器ではいくつかの驚くべき革新が行われています: 識別、超低周波動作識別、ノッチ識別、視覚的ターゲット識別と深さ表示、ワンボタン調整と自動-セットアップ、正確な手動バランスと自動グランドバランス、多周波数機能、高度なパルス設計、高性能コンピュータ化および小型化された検出器、人間工学に基づいたハウジング設計など。 人は明日何が起こるかを夢見ることしかできません。 ロイ・T・ロバーツは現在、金属探知機と宝探しの歴史を研究しており、WE&N読者の協力を求めたいと考えています。 彼の住所は、20609 Dundas Street、London、Ontario、Canada NSW 2Z1 です。 著者: ロイ・T・ロバーツ
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