¿Cómo funcionan los detectores de metales? La ciencia del magnetismo y el metal

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El magnetismo más el metal es igual a un pasatiempo genial y, a veces, lucrativo.

Armados con detectores de metales, los exploradores curiosos encuentran objetos históricos todos los días. Por ejemplo, Bob Podhrasky, director de operaciones, vicepresidente senior y director de ingeniería del fabricante de detectores de metales Garrett, le dijo a Popular Mechanics que usó un detector de metales para explorar el lugar de la batalla en el Monumento a San Jacinto, donde Texas obtuvo su independencia.

“Tenían un área donde había un grupo de artefactos personales en una fila, y sospechaban que ahí es donde los soldados se rindieron y tuvieron que vaciar sus bolsillos en el suelo”, dijo Podhrasky.

¿Cómo funcionan los detectores de metales? En primer lugar, los metales interactúan con los campos magnéticos.

"Si tienes un campo magnético que varía con el tiempo, ese campo magnético dentro de ese metal crea corrientes de Foucault", dijo Kamal Sarabandi, profesor de ingeniería en la Universidad de Michigan, a Popular Mechanics. "Estas son corrientes que estarían dando vueltas alrededor del campo magnético. A cambio, esas corrientes eléctricas que se inducen en objetos metálicos pueden crear su propio campo magnético que es detectado por... el detector de metales".

Cada detector tiene un transmisor que energiza una bobina de búsqueda. Una bobina receptora detecta objetos metálicos, que tienen corrientes de Foucault debido al campo de la bobina de búsqueda.

"Estos bucles de recepción están posicionados de una manera particular en la que el campo de transmisión principal se cancela", dijo Podhrasky. "Entonces, cuando la bobina de búsqueda del detector de metales pasa sobre una pieza de metal, el campo magnético se altera, y así... crea un cambio de energía en la bobina receptora".

El transmisor es un circuito simple que generalmente crea una onda sinusoidal oscilante, dijo Podhrasky. La señal del receptor va a un preamplificador, que filtra las frecuencias no deseadas y luego se convierte a CC y se digitaliza. El circuito crea un sonido audible. Muchos detectores de metales ahora tienen pantallas LCD que muestran sus configuraciones.

Los detectores de metales pueden distinguir las diferencias entre los diferentes tipos de metales en función de cómo se distorsionan los campos magnéticos, cuánto se distorsionan y cuánta energía se pierde en forma de calor, dijo Podhrasky.

Podhrasky dijo que inventó una tecnología llamada "muescas" que permite a los usuarios usar un microprocesador para seleccionar los tipos de objetos que quieren que observen los detectores de metales. "Para... el sistema Garrett, tenemos una serie de cuadrados en la parte superior de la pantalla. Esos cuadrados van desde los conductores muy bajos a la izquierda hasta los conductores muy altos a la derecha. Podemos apagar los píxeles y encendido. Si el píxel está apagado, si un objeto cae en ese rango, el detector no emite ningún sonido".

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Las bobinas del detector de metales están disponibles en una variedad de tamaños. Los más pequeños son más sensibles a los objetos pequeños cerca de la superficie, mientras que los más grandes pueden detectar metales a mayores profundidades, dijo Podhrasky. Las bobinas más grandes son más pesadas que las pequeñas. Las bobinas concéntricas coplanares funcionan bien en terrenos con menos contenido mineral. Las bobinas DD son más óptimas para terrenos con altos niveles de minerales.

Por lo general, la detección de metales bajo el agua se realiza mediante detectores de metales de inducción de pulso, dijo Podhrasky.

"A lo largo de los años, ha sido un proceso de desarrollo constante a medida que avanza la electrónica", dijo Podhrasky. "En un momento, los detectores de metales solían tener tubos de vacío y no se podía hacer mucho con ellos. No podían discriminar y no eran muy sensibles. Pero a lo largo de los años, con el avance en transistores y microprocesadores y la capacidad de hacer procesamiento de señales digitales y bajo consumo de energía a medida que aumenta la complejidad, se obtienen pantallas LCD para visualización. Es una evolución constante de la aplicación de la tecnología a la disciplina".

Hay muchos usos para los detectores de metales. Las personas disfrutan explorando sitios al aire libre como parques, escuelas y playas para encontrar objetos interesantes o valiosos. Los detectores de metales también se utilizan para la remoción de minas en antiguos campos de batalla y para sistemas de seguridad para la detección de armas. También se utilizan para evitar que se permitan piezas de metal en los alimentos procesados.

Médicamente, un uso famoso de un detector de metales involucró a Alexander Graham Bell en la búsqueda de una bala que hirió al presidente estadounidense James Garfield. (Alerta de spoiler: no funcionó porque Garfield estaba en una cama con resortes de metal).

Los exploradores curiosos han encontrado anillos, joyas y muchos más artículos que pueden tener valor financiero o ayudar a revelar el pasado. Sin embargo, existen restricciones legales en algunos países que están preocupados por la excavación no deseada.

Las tecnologías han cambiado a medida que las personas buscan crear formas de evadir la detección de metales. “Fabrican las armas para que se use menos metal, así que hay pistolas de plástico o pistolas de cerámica que están llegando al mercado”, dijo Sarabandi. "Y para los militares, ahora están usando minas de plástico en lugar de minas metálicas, por lo que la detección de esas cosas es muy difícil".

Kat Friedrich es una ex ingeniera mecánica que comenzó como estudiante de matemáticas aplicadas, ingeniería y física en la Universidad de Wisconsin-Madison. Tiene un posgrado en periodismo científico y ambiental y ha editado siete publicaciones de noticias, dos de las cuales es cofundadora. Pasa su tiempo libre aprendiendo sobre danza y acondicionamiento físico funcional, leyendo ciencia ficción y explorando eventos musicales.

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