금속 탐지기(金屬探知器)는 전자기 유도와 맴돌이 전류를 이용하여 쉽게 보이지 않는 금속 물질을 탐지하기 위해 만든 도구이다.
교류 전류가 흐르는 코일에 의해 자기장이 발생하면, 전자기 유도에 의해 금속에 와전류가 발생한다. 금속탐지기는 이 와전류에 의해 발생된 자기장을 이용하여 금속을 탐지한다. 현대에 이르러 금속탐지기는 지뢰 제거, 공항 등에서의 무기 탐지, 고고학, 보물 사냥, 지질 탐사 그리고 식품에서의 이물질 감지 등 다양한 분야에서 사용된다.
역사 편집
최초의 금속탐지기는 미국의 발명가 알렉산더 그레이엄 벨에 의해 만들어졌다. 1881년 7월 2일, 미국의 대통령인 제임스 A. 가필드는 모교 윌리엄스 대학 방문 중 개인적인 원한을 산 찰스 기토에게 저격을 당했다. 그의 몸에 박힌 납 탄환 때문에 그의 건강이 악화되었는데, 의사들은 이 탄환을 찾지 못했다. 벨은 금속 탄환을 찾기 위해 금속탐지기를 급조했다. 그의 장치는 테스트에서는 잘 작동했지만 탄환을 찾는 데에는 장치의 오작동으로 인해 실패했다. 벨은 대통령이 누워있던 침대의 뼈대가 금속이기 때문에 금속 재질이 아닌 침대로 올려달라고 부탁했지만 무시당했다. 가필드 대통령은 결국 패혈증으로 세상을 떠났다.[1][2]
독일의 발명가 게르하르트 피셔는 1920년대에 정확한 항해를 위해 전파를 이용한 무선 방향 탐지 장치를 연구하고 있었다. 피셔는 그의 발명품이 광석이 많은 지역에서 오작동하는 것을 보고 금속을 탐지하는 것이 가능하다고 생각했다. 그리고 그는 1925년에 최초의 휴대용 금속탐지기를 개발하여 최초로 금속탐지기에 대한 특허를 얻었다. 1931년, 피셔는 금속탐지기를 땅 속에 묻힌 작은 물체를 찾아내거나 광맥을 찾아낼 수 있도록 개량하여 최초로 상업적으로 판매했으며, 대량생산했다.
제2차 세계 대전 때 폴란드의 기술자이자 통신 장교인 Józef Stanisław Kosacki는 1941년 금속탐지기를 개량하여 폴란드 지뢰 탐지기를 고안했다. 그는 이 기술을 영국에 선물했고 그의 탐지기는 약 500대가 El Alamein전투에 처음으로 투입되어 영국군의 속도를 두 배 가량 높일 수 있었다. 폴란드 지뢰 탐지기는 2차대전 동안 10만 대 이상 생산되었으며, 개량된 형태도 개발되었다.
작동 원리 편집
금속탐지기는 한 쌍의 탐지 코일과 제어를 위한 전자회로로 구성되어 있다. 코일에 교류 전류를 흘려주면 코일에 주기적으로 변하는 자기장이 발생한다. 코일 아래에 금속 물질이 있을 경우 변하는 자기장에 의해 와전류가 유도된다. 유도된 와전류에 의해 금속 물질이 자기장을 발생시킨다. 금속탐지기는 이 자기장의 변화를 감지하여 금속 물질을 감지하는 것이다.
맥놀이 주파수 진동자 방식 편집
맥놀이 주파수 진동자(Beat Frequency Oscillator; BFO) 방식은 구조가 간단하여 제작 및 판매 비용이 저렴하다. 그러나 저주파나 펄스 유도 방식과는 달리 정확도가 떨어지고 미세한 조정이 불가능하다. 주로 작은 휴대용 탐지기로 사용된다. BFO방식의 금속탐지기에는 두 개의 코일과 각각의 코일에 연결된 발진기로 이루어져 있다. 코일 하나는 탐지용으로 탐지기에 있고, 다른 하나는 제어기 내부에 위치해 있다. 두 발진기에서 발생시키는 주파수는 차이가 있어 맥놀이가 발생한다. 따라서 탐지 코일과 제어기 내부 코일의 신호를 더한 후 저역 통과 필터에 통과시키면 인간이 들을 수 있는 맥놀이 성분만 얻을 수 있다. 그런데 탐지 코일 아래에 금속 물체가 있으면 금속 물체에 유도되는 자기장에 의해 탐지 코일에 흐르는 교류의 주파수에 교란이 일어나 맥놀이의 주파수가 변한다. 따라서 사용자가 듣는 소리의 주파수가 변하게 되는 것이다.
저주파 방식 편집
저주파(Very Low Frequency; VLF) 방식은 현재 가장 많이 쓰이는 형태의 금속탐지기이다. 두 개의 동심원 코일로 이루어져 있는데, 바깥쪽 코일이 발신기, 안쪽 코일이 수신기 역할을 한다. 발신 코일에 교류 전류를 흘려 주면 주기적인 자기장이 발생한다. 이 자기장에 의해 금속 물체에 자기장이 유도된다. 수신 코일은 발신 코일의 영향을 받지 않도록 차폐되어 있기 때문에 금속 물체에 유도된 자기장만을 수신한다.
저주파 방식의 가장 큰 특징은 위상 차이를 이용하여 금속 물체를 구분할 수 있다는 것이다. 금속의 전기적 특징 중에는 저항과 인덕턴스이 있는데, 이 두 값에 따라 유도되는 자기장의 위상 변화가 달라진다. 저주파 방식의 금속탐지기는 이 위상 변화가 어느 정도 이상이거나 어떤 범위 내에 있는 신호만을 걸러내어 탐지된 금속 물체들을 구별해 낼 수 있다.
펄스 유도 방식 편집
펄스 유도(Pulse Induction; PI) 방식은 코일 하나로 발신과 수신을 동시에 하도록 되어 있다. 발신 코일에 짧고 강한 펄스를 보내면 펄스가 끝날 때 아주 짧은 유도전류가 발생한다. 아래에 금속이 있으면 금속에 유도된 자기장 때문에 유도전류가 조금 길어진다. 마치 텅 빈 방에 소리를 지르면 몇 번만 메아리가 생기지만 딱딱한 물체가 많은 방에 소리를 지르면 메아리가 오래 가는 것과 비슷하다.
이용 편집
취미 편집
금속 탐지기는 산업 분야 뿐만 아니라 개인적인 취미로 사용하기도 한다. 동전이나 장신구, 광석과 같은 값어치가 나가는 금속을 찾기도 하고 역사적으로 의미 있는 유물들을 찾기도 한다.
주석 편집
- ↑ Grosvenor, Edwin S. and Morgan Wesson. Alexander Graham Bell: The Life and Times of the Man Who Invented the Telephone. New York: Harry N. Abrahms, Inc., 1997, p.107
- ↑ Peskin, Allan. Garfield. 1978, Kent State University Press. ISBN 0-87338-210-2
바깥 고리 편집
참고 문헌 편집
- "The History of Landmines" by Mike Croll published in Great Britain in 1998 by Leo Cooper, Pen & Sword Books Ltd. ISBN 0-85052-268-0 {{isbn}}의 변수 오류: 유효하지 않은 ISBN.
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