พื้นฐานเกี่ยวกับ เครื่องตรวจจับโลหะ แปลจาก เอกสารของบริษัท Fortress Technology

7 ปีที่ผ่านมา

โดย เจ้าของร้าน

พื้นฐานเกี่ยวกับเครื่องตรวจจับโลหะ

แปลจาก เอกสารของบริษัท Fortress Technology

หลักการของการตรวจจับโลหะ
1.ทฤษฎีการทำงานของเครื่อง

ขดลวด/จานตรวจจับ (Balance coil)

ส่วนใหญ่แล้วเครื่องตรวจจับโลหะรุ่นใหม่ๆ จะใช้ขดลวดในจานตรวจจับแบบนี้คือเป็นระบบที่ จะมีขดลวดสามอัน ขดเป็นวงล้อมรอบช่องช่องนึง ที่เป้าหมายของเราจะผ่านไปได้ หรือสัญญาณจากเป้าหมายจะผ่านช่องๆนี้ไปได้ ในขดลวดทั้งสามอันนี้อันตรงกลางจะเป็นขดลวดปล่อยสัญญาณ(transmitter) เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นมา แล้วก็จะมีขดลวดอีกสองอันประกบสองด้านในระยะห่างเท่าๆกัน เป็นขดลวดรับสัญญาณ (receiver) (ดูในรูปที่ 1 และ 2)

สนามแม่เหล็กมักจะถูกกักเก็บไว้ใน เครื่องตรวจจับโลหะ ซึ่งมีการทำฉนวนกัั้นสัญญาณออกเอาไว้ แต่จะมีบางสนาม ที่ต้องเล็ดลอดออกไปทางช่องว่างตรงกลางทั้งสองฝั่งของเครื่องตรวจจับ ถ้าสัญญาณแม่เหล็กหรือไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ผ่านเข้ามายังสนามที่ปล่อยให้ออกไปนั้น ก็จะเกิดการรบกวนการทำงานของสนามแม่เหล็ก ซึ่งโดยทั่วไปแล้ว โลหะจะมีคุณสมบัติที่สามารถให้สัญญาณแม่เหล็กหรือทำให้เกิดการเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าได้ นั่นก็เลยจะทำให้เครื่องตรวจจับโลหะ สามารถตรวจจับโลหะจากการเข้ามารบกวนของสัญญาณเหล่านั้นได้ หากว่าสัญญาณมีความแรงหรือใหญ่มากเพียงพอ

สัญญาณจากขดลวดรับสัญญาณทั้งสองวงที่อยู่ตรงข้ามกันจะเชื่อมต่อกัน เมื่อไม่มีการรบกวนจากโลหะ ก็จะทำให้สมดุลของสัญญาณระหว่างสองขดลวดนี้เป็น 0 เกิดเป็นสมดุลทางไฟฟ้า (ดังรูปที่ 3)

แต่หากว่ามีโลหะผ่านเครื่องตรวจจับ สมดุลก็จะถูกรบกวน เหนี่ยวนำให้ออกจากตรงช่องกลางระหว่างขดลวด การรบกวนนั้นจะถูกวิเคราะห์โดยระบบอิเล็กทรอนิกส์ หากว่าสัญญาณมันมากและความไวของเครื่องมีมากพอ ก็จะเกิดเป็นการตรวจจับว่าพบโลหะได้

เหล็กในฟอล์ย

ข้อยกเว้นนี้คือในกรณีที่วัตถุโลหะที่เป็นเป้าหมายของเราถูกหุ้มอยู่ในฟอล์ย (ซึ่งเป็นอะลูมิเนียมบริสุทธิ์) ฝาอะลูมิเนียม หรือถาดอะลูมิเนียม เป็นตัวอย่างของการที่ต้องใช้วิธีทางเลือกเป็นพิเศษ จะมีเครื่องตรวจจับ บางอันที่สามารถเลือกให้ตอบสนองกับเหล็ก (Ferrous) แต่ไม่ตอบสนองกับพวกสแตนเลสหรือที่ไม่ใช่เหล็ก (Non Ferrous)

2.การตอบสนองต่อวัตถุเป้าหมายและการไม่ตอบสนองต่อสิ่งที่ไม่ใช่วัตถุเป้าหมาย

การควบคุมทางอิเล็กทรอนิกส์จะทำโดยแยกสัญญาณที่เครื่องได้รับมาออกเป็นสองช่อง คือเป็นสัญญาณแม่เหล็ก (Magnetic) กับไฟฟ้าเหนี่ยวนำ (Conductive) ก็คือจะมีสเกลที่วัดความสมดุลของสองอย่างนี้ในเครื่อง (ดูรูปที่ 3)

สัญญาณแม่เหล็ก (Magnetic) กับไฟฟ้าเหนี่ยวนำ (Conductive)

สเกลสองอันนี้จะวัดองค์ประกอบของสัญญาณแม่เหล็กและไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ที่มีในสัญญาณจากวัตถุ หรือจากสัญญาณที่เข้ามารบกวนในเครื่อง ซึ่งโลหะที่เป็นเป้าหมายของเรา อาจจะมีแค่เพียงสัญญาณชนิดเดียว หรืออาจจะมีทั้งสองชนิดนั้นเลยก็ได้

การตอบสนองต่อวัตถุที่เป็นสินค้า

เครื่องตรวจจับโลหะจะตรวจจับโดยวัดการเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าและความสามารถซึมผ่านของสัญญาณแม่เหล็ก ส่วนใหญ่โลหะจะมีคุณสมบัติอย่างใดอย่างหนึ่งหรือทั้งสองอย่างอยู่แล้ว

เช่น ซีเรียลธัญพืชที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบอยู่มาก จะให้สัญญาณแม่เหล็กปริมาณมาก และเครื่องก็สามารถตรวจจับได้แม้จะเป็นชิ้นเล็กๆ แบบนี้เรียกว่า “วัตถุแห้ง” (Dry products)

ในทางกลับกันวัตถุที่มีความชื้นสูงและมีเกลือแร่เยอะ เช่น ขนมปัง เนื้อสัตว์ ชีส จะให้กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ มากกว่า แบบนี้เรียกว่า “วัตถุเปียก” (Wet products) ตารางด้านล่างจะแสดงให้เห็นสัญญาณจากวัตถุแห้ง และเปียก ที่ทำให้เกิดสัญญาณผิดปกติได้

เครื่องตรวจจับโลหะจะต้องลดหรือกำจัดสัญญาณรบกวนจากวัตถุที่เป็นสินค้าเหล่านั้นเพื่อระบุชนิดวัตถุโลหะ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เครื่องตรวจจับโลหะสมัยใหม่มักจะมีระบบการสมดุลปรับเทียบลดสัญญาณเหล่านี้ หรือที่เราเรียกว่า การ Phasing

3.พื้นที่ปราศจากโลหะ

ดังที่ได้กล่าวไปว่า สนามแม่เหล็กมักจะถูกกักเก็บไว้ในเครื่องตรวจจับโลหะซึ่งมีการทำฉนวนกัั้นสัญญาณออกเอาไว้ แต่จะมีบางสนามที่ต้องเล็ดลอดออกไปทางช่องว่างตรงกลางทั้งสองฝั่งของเครื่องตรวจจับ เกิดเป็น “พื้นที่ปราศจากโลหะ” (Metal free area : MFA) โดยปกติทั่วไปจะมีการรั่วไหลออกในด้านข้างเป็นบริเวณกว้าง 1.5 เท่าของช่อง และในพื้นที่บริเวณดังกล่าวนี้ไม่ควรมีโลหะอยู่ ควรจะมีโลหะอยู่ไกลออกไปสองเท่า

ผู้ผลิตเครื่องตรวจจับโลหะก็จะต้องการให้มีพื้นที่ดังกล่าวน้อยถึงน้อยที่สุด เพื่อเครื่องจะได้ทำงานได้มีประสิทธิภาพ จึงพยายามคิดค้นการพัฒนาสร้างเครื่องตรวจจับที่ลดพื้นที่ส่วนนั้นได้น้อยๆ

พื้นที่ปราศจากโลหะ 4.ความไวของการตรวจจับ

ความไวของการตรวจจับ ตามทฤษฎีจะดูจากขนาดของช่องว่างระหว่างขดลวดตรวจจับ ยิ่งช่องนั้นมีขนาดเล็ก ก็จะยิ่งสามารถตรวจจับวัตถุเล็กๆได้ มิติของช่อง (กว้าง x ยาว x หนา) ก็ถูกนำมาใช้คำนวณค่าความไวเช่นกัน

ในการจะทำให้เครื่องตรวจจับมีความไวมากที่สุด ก็จะต้องทำให้ช่องว่างระหว่างขดลวดน้อยที่สุด ยกเว้นว่าจะใช้ฟิล์มโลหะเคลือบ, มีการจำกัดออกซิเจน หรือตรวจจับโลหะที่มีความเหนี่ยวนำสูง

Product effect หรือการตอบสนองต่อสินค้าต่างๆ, พื้นที่ปราศจากโลหะ, ชนิดโลหะ การรับรู้ถึงโลหะที่มารบกวน และปัจจัยอื่นๆ สามารถมีผลต่อความไวในการตรวจจับของเครื่องตรวจจับโลหะได้

ในรูปที่ 5 เป็นกราฟที่บอกกับเราว่า ยิ่งลดขนาดของช่องว่าง (Aperture size) ก็จะยิ่งทำให้ตรวจจับโลหะ ที่มีขนาด (Metal size) น้อยลง หรือเล็กลงได้

ตำแหน่งในช่องว่างระหว่างขดลวดก็สามารถมีผลกระทบกับความไวได้เช่นกัน (ดูรูปที่ 6) แกนตรงกลางของช่อง หรือตำแหน่ง 3 เป็นตำแหน่งที่มีความไวในการตรวจจับน้อยที่สุด ในขณะที่ถ้าหากวัตถุยิ่งใกล้ด้านข้างของช่อง หรือขดลวดมากเท่าไหร่ ก็จะยิ่งให้สัญญาณที่มากขึ้นและตรวจจับได้ง่ายขึ้น

ปกติแล้วการทดสอบเครื่องตรวจจับ จะกระทำโดยให้วัตถุทรงกลมผ่านตรงตำแหน่งกลางช่อง และตำแหน่งต่างๆ โดยขนาดของสัญญาณที่เครื่องตรวจจับได้ จะแตกต่างกันเหมือนกราฟในรูปที่ 7 คือตรงตำแหน่ง 1 จะมีสัญญาณมากสุด และตรงกลางหรือตำแหน่ง 3 น้อยสุด

ความไวของการตรวจจับ ตำแหน่งของวัตถุที่ไวต่อการตรวจจับ ระดับสัญญาณขดลวด

5.ชนิดของโลหะ

ความไวของเครื่องตรวจจับต่อโลหะชนิดต่างๆนั้นไม่เท่ากัน สามารถจัดกลุ่มของโลหะเป็นกลุ่มใหญ่ๆได้สามกลุ่ม

- กลุ่มเหล็ก (Fe)

คือโลหะอะไรก็ตามที่สามารถถูกแม่เหล็กดูดได้ มักจะถูกตรวจจับด้วยเครื่องตรวจจับได้ง่าย และเศษโลหะหรือแร่ธาตุในกลุ่มนี้ก็เป็นตัวรบกวนที่พบบ่อย เพราะแค่เศษเล็กๆ ก็ทำให้เกิดสัญญาณได้แล้ว

- กลุ่มที่ไม่ใช่เหล็ก (NFe)

เป็นโลหะที่มีความเหนี่ยวนำสูงแต่ไม่ได้เป็นพวกแม่เหล็ก เช่น ทองแดง อะลูมิเนียม พวกนี้จะให้การตอบสนองเหมือนกับวัตถุแห้ง หรือ dry products เพราะมันสามารถเหนี่ยวนำไฟฟ้าได้ดีเหมือนกัน แต่เมื่อตรวจจับวัตถุเปียก จะมีอัตราความไวที่ต่ำลงร้อยละ 50

- กลุ่มที่เป็นสแตนเลสสตีล (SS)
มีประมาณ 300 โลหะที่เป็นสแตนเลสคุณภาพดี เป็นโลหะกลุ่มที่มักกจะตรวจจับยากที่สุด เพราะมีการเหนี่ยวนำไฟฟ้าต่ำ และการซึมผ่านของสัญญาณแม่เหล็กก็ต่ำเช่นกัน ขนาดของก้อนสแตนเลสที่เป็นวัตถุแห้งจะต้องใหญ่กว่าโลหะพวกที่เป็นเหล็กร้อยละ 50 เครื่องถึงจะสามารถตอบสนองได้ในแบบเดียวกัน แต่ถ้าสแตนเลสที่เป็นวัตถุเปียก ต้องใหญ่มากกว่า 2-3 เท่า

6.รูปร่างของวัตถุและการรับรู้ของเครื่อง

การตรวจจับโลหะมาตรฐานจะเป็นการตรวจจับจากวัตถุทรงกลม เพราะวัตถุทรงกลมสามารถที่จะให้ พื้นที่ผิวสัมผัสที่เท่ากันรอบตัววัตถุเอง เศษโลหะรบกวนจริงๆที่จะมารบกวนเครื่องก็จะไม่ค่อยเป็นทรงกลม และน่าจะให้การตอบสนองต่างจากทรงกลมที่เรานำมาเป็นโลหะมาตรฐาน ตัวอย่างโลหะรบกวนในที่นี้ จะยกตัวอย่างเป็นโลหะแบบเส้น

รูปร่างที่เป็นเส้นทำให้สัญญาณที่ปล่อยออกมาจากวัตถุมีความหลากหลายต่างกันไปตามชนิดโลหะ ที่จะผิดพลาดได้ก็คือหากว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นโลหะรบกวน เท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของทรงกลม ที่เป็นวัตถุมาตรฐาน ก็จะให้การตอบสนองที่ไม่แตกต่างกัน นั่นคือเศษโลหะก็ยังคงจะรบกวนได้
รูปร่างของวัตถุและการรับรู้ของเครื่อง