오늘은 조금 흥미있을 만한 거리를 적어 내려 가겠습니다.
기본적으로 금속탐지의 원리는,
"자기장을 띄는 코일 근처에 금속(도체)이 접근하면 자기장이흝어지고(교란) 이것을 탐지한다."
라는 것에 착안하고 있습니다.
전문적으로 설명하자면 히스테리시스 곡선이나 기타 여러가지 잡설이 나오게 되는데
흥미 위주의 진행이므로 어려운 얘기는그냥 패스 합니다.(설명하기도어렵고)
통상적으로는 Metal Detector(or Metal Locator, 금속탐지기) 라고 부르지만
일반인 사이에서 취미로 사용될 때는 Gold Hunter(or TREASURE HUNTER 보물사냥꾼?) 라는 이름으로도 불뤼 웁니다.
그리고 보물사냥은 한 때 꽤 큰 붐이 일어나서 유행하기도 했습니다.
지금도 매니아들이 있기도 하고요.
물론 우리나라는 예외 입니다만, 단지, 휴전선 부근의 민간인들이 지뢰 찾는 용도에 쓰고 있으니까요..
전기적으로금속을 탐지하는 방법에 대해 설명하겠습니다.
금속탐지기는BFO 방식, IB 방식, PI 방식으로 나눠집니다.
가장 초보적인 형태는 BFO(Beat Frequency Oscillator) 입니다.
개인이 만들어서 사용할 때 가장 쉽게 빌드가 가능한 방식 입니다.
이것은 두개의 발진기(오실레이터)를 두고서 동일한 주파수로 발진시키도록 합니다.
각각의 발진기는한개씩 발진코일(동조회로)을 가지고 있습니다.
두개의 발진기로 부터 나오는 주파수를 섞으면, 차이가 없기 때문에 이상적인 출력은 0Hz 입니다.
두 주파수의 차이로 인해 발생하는 소리를 비트음(Beat)이라고 하며,
이런 이유로 이 방식을 BFO 방식이라고 부르게 됩니다.
만약 두 주파수가 다르게 되면, BFO 출력은 빗겨나간 만큼의 주파수가 됩니다.
그 주파수가 20KHz 이내에 들어오게 되면 우리 귀에 "뾱뾱" 혹은 "삐이이~" 하는 소리로 들리게 됩니다.
이렇게 주파수를 빗겨 나가는 것을 탐지한다는 의미로 Frequency Shift 방식이라고도 합니다.
통상적으로, 두개의 발진기중 하나의 발진기의 발진코일을 커다랗게 만들고, 탐지코일로 사용합니다.
이 코일에 금속이 접근하면, 발진 주파수는 변동하게 될 것 입니다.
좋은 점은, 만들기 쉽다는 것이고, 나쁜 점은 감도가안좋다는 것입니다.
시중의 금속탐지기 키트라고 하는 것들의 대부분이 이 방식으로 만들어 집니다.
아무것도 없는 공기중에서는금속이 근처에 있는 것을 쉽게 탐지 가능하지만
땅 속에 묻혀 있거나 하는 것을 찾으려면,
지상으로부터 발진코일의 높이(정전용량의 변화),
흙의 상태(습기, 조성성분, 미네랄 함유 여부 등등)에 따라발진 주파수가수시로 바뀌므로, 탐지에 힘이 듭니다.
이런영향을 최대한 줄이기 위해 속칭 "패러데이 쉴드" 를 하게 되면(코일을 금속으로 감싸는 것 즉 쉴드)
감도는 형편없이 떨어집니다.
아래 사이트에서 원리를 보세요.
http://electronics.howstuffworks.com/gadgets/other-gadgets/metal-detector5.htm
두번째는 속칭 IB(Induction Balance) 라고 부르는 것 입니다.
가장일반적으로 쓰이는 형태이고, 고전적인 방식 입니다.
이 방식은, 한개의 발진기와 한개의 수신기로 구성 됩니다.
송신기와 수신기는 각각 안테나(코일)을 가지고 있습니다.
수신안테나를송신 신호가 0(Zero)이 되는 지점에 배치해 놓는 것이, 이 방식의 핵심 입니다.
일종의 트릭이지요.
이것을 이해하려면 코일 간의유도감응이 어떻게 작용하는지 공부해야 되는데..
그걸로만 학문(전자기학)이 따로 있을 정도니까 관심 있으신 분은 따로 공부를 하세요 ㅋㅋ
대략 3가지 방식이 있는데..
송수신 코일을 90 도로 배치해서수신 코일이 송신코일의 Null(널, 무감영역)포인트에 있도록 한 것.
송수신 코일의 1/2 영역을 서로 겹쳐서 밸런스(출력이 항상 0)를 잡아 놓은 것.
송수신 코일이 같은 위치에 있되, 송신 코일속의 널(Null) 지점(정중앙)에 작은 수신 코일을 넣은 것.
등이 있습니다.
평상시에는 밸런스가 잡혀 있어서, 수신 코일로는신호가 들어오지 않습니다.(이상적인 경우)
그러나금속이 근처에 접근하면, 밸런스가 깨지면서, 수신안테나로 신호가 도달하게 됩니다.
금속으로 흡수됐던 전파가 다시 금속에서 방사되면서 그것을 수신 할 수 있게 된다고 보면 됩니다.
(정확히 말하자면 좀 다릅니다.)
이 방식은 조금 복잡하지만 일반적인 부품으로도 제작 가능한 수준 입니다.
앞서 설명한 것중에 세번째 방식을 아래서 설명하고 있습니다.
http://electronics.howstuffworks.com/gadgets/other-gadgets/metal-detector2.htm
세번째는 PI(Pulse Induction) 방식 입니다.
이것은 송수신 안테나가 따로 없이, 한개의 루프로 되어 있습니다.
이 코일에 순간적으로 펄스(에너지)를 가하면, 아주 짧은 동안시간 에너지(자력선)가 축적된 상태를 유지 합니다.
그 축적된 에너지의 변화를 감지 하는 것입니다.
금속이 근처에 접근하면, 금속에도 에너지가 유기 되므로, 당연히 전류흐름(자력선의 변화)가 바뀌게 됩니다.
이 방식은현대식이며, 아주 짧은 시간동안 정확한측정이 이루어져야 하므로 구현이 좀골아픕니다.
타이밍 측정을 위해 마이컴이 사용되고,연구 수준이 아니라취미로 제작하기에는 꽤 까다롭습니다.
아래서 이 방식의 작동 원리를 설명하고 있습니다.
http://electronics.howstuffworks.com/gadgets/other-gadgets/metal-detector4.htm
마지막으로Phase Shifting 방식이 있습니다.
이것은 원리상 BFO 방식과 비슷한 것인데(물론 동작은완전히 다릅니다),
BFO가 주파수 단위로 작동하고 최소 분해능이 1Hz 라고 한다면,
이 놈은위상의 변화를 측정하는 것입니다.
위상변화를감지하는 것은 앞서 말한 것보다훨씬 더 복잡합니다.
거의 계측기 수준 입니다. 더 이상의 설명은 안하고 그냥넘어 갑니다.