История создания металлодетектора и металлоискателя

Первое упоминание о металлоискателях - металлодетекторах встречается в древних китайских документах II в. до н.э., где описывается организация защиты покоев императора с помощью природного магнетита, установленного в виде арки подобно подковообразному магниту.

Такой магнит обладал достаточно высокой магнитной силой и притягивал к себе любые железные предметы, в том числе и оружие, вносимое в покои императора - святая святых древнего китайского государства.

В период с 1568 по 1603 год Вильям Гилберт изучал и создавал модель влияния электромагнитных полей земли на окружающее пространство, создав «Терреллу». Но только в 1831 году теория электромагнетизма была продемонстрирована Американцем Джозефом Генри и независимо от него Майклом Фарадеем.

Вскоре Генри провёл успешные эксперименты с индукцией и самоиндукцией, которые стали основой для телеграфа, телефона и радио. Он расширил свои эксперименты с индукцией используя плоские спирали изолированного провода - первые катушки. Множество экспериментов, поставленных различными исследователями, изучали влияние металлических предметов на индуктивность, а также принцип уравновешивания индуктивных эффектов на одну часть цепи равными и противоположными эффектами на другую часть. Ранняя форма индукционного баланса для этих целей очевидно была изобретена в Германии профессором Дове около 1841 года. Примерно в то же время похожая аппаратура была независимо изобретена а Америке профессором Генри Ровландом.

В 1876, профессор Александр Грехем из фирмы "Bell" направил своё внимание на балансировку индуктивностей из-за проблемы шумов в телефоне, вызванных телеграфной аппаратурой на линиях, пролегающих рядом с телефонными проводами. Помеха была устранена путём использования двух проводников вместо одного, так как токи, индуцированные в одном проводнике, были точно равны и имели противоположное направление токам, индуцированным в другом проводнике; таким образом образовался индуктивный баланс, и схема имела на выходе нулевой сигнал.

Этот метод был запатентован в Англии в 1877 году Беллом, и в течении зимы 1877-78 годов в Лондоне Белл занимался экспериментами, связанными с этим методом. Он нашёл, что когда схема сбалансирована, то кусок металла, помещённый в поле индуктивности, вызывает звук в телефоне (приёмнике). Когда серебряная монета размером в пол кроны или флорин перемещалась перед катушками, размещёнными параллельно, то тишина в телефоне прерывалась три раза.

Английский знакомый Белла, профессор музыки Даниэль Хьюс, экспериментировавший с индуктивным балансом в 1878 году и продемонстрировавший в июле 1879 более многообещающее устройство для индуктивного баланса, использовавшее четыре катушки, в котором с помощью новейшего запатентованного электрического микрофона и тиканья часов создавалось электрическое возмущение в схеме, содержащей две основные катушки и две вторичные катушки, соединённые с телефонными наушниками. Когда кусок металла помещался поблизости от одной пары катушек, то баланс нарушался, и тиканье часов становилось слышно в наушниках.

Когда Белл вернулся в Америку, он опубликовал статью "О новых методах исследования поля индукции плоских катушек" в августе 1879 года, по просьбе Гарднера Хаббарда, который разглядел здесь возможный способ обнаружения залежей ценных металлов в земле.

Одним из важных моментов развития стало событие 2 июля 1881 года, когда убийца выстрелил президенту Гардфилду в спину. В течении последующих часов и дней целый мир ждал в надежде и страхе, но никто не мог отважиться предсказать конец, так как позиция пули в теле оставалась неизвестной. Белл, который находился в то время в городе Вашингтон, предложил свою помощь.   

11 июля 1881 года Джордж Хопкинс из журнала "Scientific American" опубликовал свои результаты использования улучшенных методов индуктивного баланса Хьюса в газете "New York Tribune". Белл, с помощью Саммера Тейнтера, связался с Хопкинсом, и, совместно с Хьюзом, Ровландом и Джоном Тровбриджем из Гарварда, организовал сообщество, способствующее созданию прибора для обнаружения пули. Они экспериментировали с балансными устройствами разного размера, разной длиной и диаметром катушек, разными батареями, и в конце концов добавили конденсатор к схеме, так что теперь аналогичная свинцовая пуля обнаруживалась на расстоянии двух дюймов в сжатом кулаке.

26 июля Белл принёс свою аппаратуру в Белый Дом. После настройки он услышал шипящие звуки и обнаружил, что похоже дальность обнаружения недостаточна. Прибор был неспособен обнаружить пулю. Позже было найдено, что конденсатор был подсоединён только к одной из двух катушек. Белл вернулся в августе и услышал в приборе слабый звук на значительной площади тела Гарфилда. На следующий день он обнаружил что матрас президента поддерживался стальными пружинами. Позже, 19 сентября президент скончался. Вскрытие показало, что пуля была слишком глубоко, что бы она могла быть обнаруженной аппаратурой Белла. 

В феврале 1887, доктор Джон Джиндер из Нью Йорка, слушавший речь Белла 5 лет назад, опубликовал результаты своих экспериментов по обнаружению металлических предметов в человеческом теле. Его аппаратура состояла из двуххромовой батареи из шести элементов, обычного прерывателя с частотой прерывания около 600 Гц. Поисковые катушки были установлены в деревянный корпус, который он назвал "Эксплорер", другие катушки были названы "настроечными". Это устройство могло обнаруживать пулю на глубине 6 дюймов в человеческом теле, в земле дальность была меньше. 

В конце века, капитан Мак Эвой, который экспериментировал с аппаратурой Хьюса, уменьшил металлодетектор до размеров, позволяющих его использовать под водой. Портативный, герметичный корпус содержал настроечные катушки, прерыватель, батарею из двух элементов, которая могла быть заменена небольшим магнитоэлектрическим генератором, производящим переменный ток, и наушниками. Изолированный кабель соединял пары катушек. Резиновые шайбы, винты из слоновой кости и эбонитовые ручки использовались что бы снизить взаимодействие с металлическими частями. Когда катушка была погружена в воду, то если её перемещали у дна и в её поле появлялся кусок металла - корпус торпеды, цепь, подводный кабель, то баланс нарушался и звук в телефоне, до этого очень слабый, становился очень громким и ясным. Единственным недостатком было то, что металлический предмет, лежащий точно под катушкой, не воздействовал на неё.

В начале 1924 года, Даниель Чилсон из Лос-Анджелеса изобрёл и запатентовал электромагнитный детектор, известный как "радио" детектор. Его аппаратура использовала новую схему на биениях, которая стала известна как "Мост Чилсона". Про первые успешные поиски закопанных сокровищ с помощью "фиолетового луча" или "радио" устройства, которое показывало присутствие клада было сообщено Джеймсом Янгом в газете Нью Йорк Таймс в 1927 году. Поиски были устроены одним Американцем и двумя Английскими искателями приключений с четырёхлетней правительственной лицензией на Панамском перешейке. Находки включали золотые цепи, ювелирные изделия и тарелки, спрятанные пиратами. Мр. Янг продолжал утверждать, что прошёл всего лишь год или два с того времени, что стало возможно проникнуть на затопленное судно к сокровищам. Он участвовал в организации поиска потерянных сокровищ с большим размахом. Радио аппаратура, сказал он, принесла успех там, где человек тщетно искал в течении более двух веков, и он предсказал, что будущий успех с применением новых радиосредств для поиска сокровищ будет несомненно осуществляться в Вест Индии, Флоридских Ключах и на побережье Мексики.

С развитием электро-радиотехники металлодетекторы приобрели знакомый вид. В 1926 году прошлого века в Германии был изготовлен и запатентован прибор для обнаружения металлических предметов. Инженеры из Лейпцига Геффшен и Рихтер создали прибор, который позволял обнаруживать металлические инструменты у рабочих, выходящих с завода. В своей разработке они использовали опыт Александра Бэлла и Элвиса Темначи.

Устройство, названное «радиодетективом», эффективно боролось с хищениями инструмента и избавляло рабочих и охранников от долгих и неэффективных обысков. Оператор определял наличие металлических предметов по изменению сигнала в наушниках.

 В 1929 году, Герхард Гишер, из Голливуда (Калифорния), инженер-исследователь, консультирующий Радио Корпорацию (известную своими геофизическими исследованиями для добывающей отрасли), запатентовал "Металлоскоп". Он весил 22 фунта (10 кг) и был оснащён сухими батареями, электронными лампами и наушниками. Для работы с ним не требовалось иметь какой-либо квалификации или специального обучения.

Оператор находился между вертикальным передатчиком и горизонтальным приёмником, которые соединялись друг с другом деревянными ручками. Ламповый вольтметр регистрировал возмущения, вызываемые металлом. Глубина залегания объектов не могла быть измерена, но если заметить угол передатчика, при котором стрелка максимально отклоняется, затем проделав измерения с разных точек, и затем построить рисунок на бумаге, используя тригонометрию, то можно получить позицию объектов с вполне приемлемой точностью.

Устройство, продававшееся по 200$, стало широко использоваться коммунальными компаниями для быстрого и точного поиска старых трубопроводов, кабелей, коробов, стальных рельсов и других закопанных предметов, а также оно стало использоваться изыскателями для поиска рудных жил, залегающих у поверхности. Кроме того, Фишер приготовил чертежи и инструкции и сделал их доступными любителям, использующим стандартные радиодетали. Скоро это устройство, названное "М-Скоп", стало использоваться как "сокровищеискатель" теми, кто верил, что они знают примерное расположение закопанных ценностей.

В 1938 году была разработана схема настраиваемого индуктивного моста для обнаружения металлических частиц в сигарах. Эта схема имела хорошую чувствительность и стабильность и могла работать при любой температуре, влажности, запылённости и вибрациях. Так же особенностью схемы была лёгкая регулировка и компактность, и эта схема была более стабильна чем приборы на биениях.

В 1939 Гарри Фор опубликовал схему недорогого детектора с использованием моста Чилсона на биениях, не реагирующий на внешние помехи и настраиваемый по нулевым биениям. Он использовал одиночную катушку и сигналом обнаружения являлись "кудахтающие звуки", издаваемые наушниками с сопротивлением 4 кОм. При правильной настройке прибор мог обнаружить пластину металла площадью 3 дюйма на глубине 12 дюймов, и монету а 10 центов на глубине нескольких дюймов.

В декабре 1939 года доктор Линкольн Ла Пас из Государственного университета Огайо представил Астрономическому Обществу доклад по детекторам метеоритов. Три прибора были сконструированы и построены с использованием исследований, проведённых Теодорсеном при разработке бомбоискателя. Первый прибор был большой трёхкатушечный детектор, возбуждаемый от генератора, работающего от бензинового двигателя. Прибор мог разместиться в багажнике автомобиля. Вторая конструкция так же имела трёхкатушечную систему, возбуждаемую ламповым генератором и была достаточно невелика, так что её можно было носить в рюкзаке. Поисковые катушки любых размеров можно было подсоединять к прибору так же легко, как вкрутить в патрон лампочку.

Третья конструкция оказалось самой успешной. Она состояла из поисковой и излучающей катушек, и по сравнению с коммерческими приборами имело вдвое меньшее энергопотребление с питанием от батарей. При весе менее 15 фунтов этот прибор мог быть использован везде, куда только человек мог добраться.

Существенная экспериментальная работа в 1942 году привела к появлению детектора с частотной модуляцией. Известный как ЧМ Локатор, он показал себя очень стабильным и его особенностью была регулировка баланса земли.

В 1943 году Вильям Блэкмер усовершенствовал схему на биениях. В том же году был разработан мост Винстона для измерений сопротивлений в миноискателе. Это устройство, толкаемое вперёд по земле как поломоечная машина, было собрано из 250 компонентов, содержащихся в 29 блоках.

В Советском Союзе первый металлоискатель был создан инженером Б. Кудымовым в 1936 году. Усовершенствованный к 1939 году, этот металлоискатель применялся советскими войсками в советско-финской войне 1939 - 40 гг. и в Великой Отечественной Войне 1941 - 45 гг. Конструкция этого прибора позволяла использовать в качестве штанги винтовку

В конце 1970-х годов в Советском Союзе по заказу Министерства авиации СССР на Томском заводе измерительной аппаратуры, началось массовое производство приборов для досмотра авиапассажиров. С 1972 по 1990 год было выпущено 12 000 стационарных металлодетекторов (МИС, МИС-2, МИС-3, МИС-4).