บทที่ 3 เครื่องตรวจจับโลหะยอดนิยม แบบ VLF (Very Low Frequency) มีหลักการทำงานอย่างไร

6 ปีที่ผ่านมา

โดย เจ้าของร้าน

บทที่ 3 เครื่องตรวจจับโลหะยอดนิยม แบบ VLF (Very Low Frequency) มีหลักการทำงานอย่างไร

Author : Anak Prayoonwong

ก่อนที่เราจะเข้าสู่เรื่องของเครื่องอย่างละเอียด ผมอยากปูพื้นฐาน เกี่ยวกับเรื่องของสนามแม่เหล็ก และการเหนี่ยวนำกันอีกสักครั้งหนึ่ง หากนึกย้อนไปตอนที่เราเรียนประถมหรือมัธยมแล้วหลายๆคนคงอาจจะยังจำได้ว่า เราเคยทดลองในเรื่องของสนามแม่เหล็ก ไม่ว่าจะเป็นการเอาแม่เหล็ก มาทดลองดูดกันหรือทำให้มันผลักกัน หรือจะเป็นการเอาถ่านไฟฉายมาต่อกับขดลวดทองแดงเพื่อให้เกิดแม่เหล็กชั่วคราวขึ้น เรื่องทั้งหมดเหล่านี้ ล้วนเกี่ยวข้องกับสนามแม่เหล็กและการเหนี่ยวนำทั้งสิ้น เครื่องตรวจจับโลหะเอง ก็ใช้หลักการเหนี่ยวนำ สนามแม่เหล็กไฟฟ้า ในการทำงาน ลองนึกภาพง่ายๆ หากเราปล่อยไฟฟ้ากระแสตรงผ่านเส้นลวด กระก็จะเกิดเป็นสนามแม่เหล็กแบบคงที่ อยู่รอบๆเส้นลวดตามภาพด้านล่าง แล้วถ้าแล้วทดลองนำเข็มทิศเข้าใกล้ เราก็จะค้นพบว่า เข็ม ชี้ทิศมีการเปลี่ยนแปลง เกิดขึ้นเป็นผลมาจากสนามแม่เหล็กที่ก่อตัวขึ้นรอบๆเส้นลวดดังที่กล่าวไปเบื้องต้น

แล้วถ้าหากเราทำการพันขดลวดเข้าหากันเป็นวงกลม ผลที่ได้ก็คือ สนามแม่เหล็กที่มีกำลังสูงขึ้น ยิ่งรอบของขดลวดเพิ่มมากขึ้นเท่าไหร่ กำลังของสนามแม่เหล็กยิ่งแรงขึ้นเท่านั้น โดยกำลังของสนามแม่เหล็กจะแปรผันตรงกับ จำนวนรอบ ความหนาของขดลวด และปริมาณกระแส แต่จะแปรผกผันกับรัศมีของขนาดขดลวด สนามแม่เหล็กจะไหลผ่านกลางขดลวดและมีความเข้มสูงสุดตรงบริเวณกลางขดลวด อีกทั้งยังขึ้นกับ คุณสมบัติของวัตถุในการยอมให้สนามแม่เหล็กผ่าน(Permeability) ของแกนที่นำมาใช้พันขดลวดด้วย แต่ในกรณีของเครื่องตรวจโลหะ แกนที่ใช้พันเป็นอากาศ ดังนั้นสนามแม่เหล็กที่จะเกิดขึ้น จะมีรูปแบบต่อไปนี้

แล้วการเหนี่ยวนำล่ะ คืออะไร จากเนื้อหาด้านบนเราจะทราบแล้วว่า การผ่านกระแสเข้าไปในขดลวด ก่อให้เกิดสนามแม่เหล็ก แล้วคำถามต่อมาก็คือ เป็นไปได้ไหมที่สนามแม่เหล็กจะก่อให้เกิดกระแส คำตอบคือได้ แต่จะต้องเป็นสนามแม่เหล็กแบบสลับขั้วเท่านั้น ก่อนหน้านี้เราได้ทำการผ่านกระแสตรง เข้าไปยังขดลวด สนามแม่เหล็กที่เราได้จะมีขั้วคงที่ แต่ถ้าหากเราผ่านไฟฟ้ากระแสสลับเข้าไปในขดลวดสิ่งที่ตามมาก็คือ สนามแม่เหล็กแบบสลับขั้ว แล้วถ้าหากเรานำเอาขดลวดอีกอันมาวางไว้ใกล้ๆ สนามแม่เหล็กแบบสลับขั้วจะทำ ให้เกิดกระแสในขดลวดอีกอัน นี่แหละที่เรียกว่าการเหนี่ยวนำ ซึ่งเป็นหลักการที่ใช้ในหม้อแปลง หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในปัจจุบัน แต่สำหรับเครื่องตรวจจับโลหะแล้ว หลักการจะแตกต่างออกไปเล็กน้อย ในหม้อแปลงหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จะจัดวางขดลวดให้อยู่ในขณะที่เกิดประสิทธิภาพในการเหนี่ยวนำสูงสุด แต่สำหรับเครื่องตรวจจับโลหะ จะจัดวางขดลวดให้เกิดการเหนี่ยวนำต่ำที่สุด โดยจะถูกเรียกว่า สมดุลการเหนี่ยวนำ หรือ induction balance ซึ่งถือเป็นหัวใจหลัก ของเครื่องประเภทความถี่ต่ำ ที่เราใช้งานกันอยู่ในทุกวันนี้

สมดุลเหนี่ยวนำคืออะไร อย่างที่ได้ทราบแล้วว่า การเหนี่ยวนำก็คือการก่อให้เกิดกระแสในขดลวดชุดที่ 2 โดยอาศัยสนามแม่เหล็กสลับขั้ว แต่สำหรับเครื่องตรวจโลหะที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้ มากกว่า 90% เป็นเครื่องที่ถูกเรียกว่า Induction Balance แต่เรามักจะรู้จักกันในนาม เครื่อง VLF (Very Low Frequency) เครื่องแบบความถี่ต่ำหรืออาจจะเรียกอีกอย่างว่า T/R (Transmit / Receive) ซึ่งหลักการก็คือ จัดวางขดลวด 2 ชุดซึ่ง ขดลวดที่เราปล่อยกระแสผ่านโดยตรง จะเรียกว่าขดลวดส่ง (Tx) ส่วนขดลวดที่ถูกเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสนั้นจะถูกเรียกว่าขดลวดรับ(Rx) โดยจัดวางให้เกิดการเหนี่ยวนำระหว่างกันน้อยที่สุด ซึ่งต้องอาศัย ความแม่นยำ อย่างสูง ในการจัดวางเพื่อให้เกิดสมดุล และเมื่อถ้าหากทดลองนำเอาโลหะวัตถุผ่านเข้าไปยังสนามแม่เหล็กที่ได้สมดุลนั้น สมดุลก็จะถูกทำลายลงแล้วผลที่ตามมาคือก่อให้เกิดกระแสในขดลวดรับ และถูกนำแปลไปเป็นสัญญาณเสียงให้เราได้ยินอีกครั้ง แล้วเพราะอะไรสมดุลถึงถูกทำลายได้ด้วยวัตถุโลหะ นั่นก็เป็นผลมาจากการเหนี่ยวนำเช่นเดียวกัน แต่สิ่งที่เกิดขึ้นนั้นแตกต่างออกไปเล็กน้อย กระแสที่ถูกเหนี่ยวนำให้เกิดขึ้นในวัตถุโลหะที่ผ่านเข้ามาในสนามแม่เหล็กจะถูกเรียกว่า Eddy’s Current หรือกระแสเอ็ดดี้ ซึ่งวิ่งเป็นวงกลม วนอยู่ในวัตถุที่ถูกเหนี่ยวนำ ซึ่งก่อให้เกิดสนามแม่เหล็ก และก่อให้เกิดความร้อนในวัตถุนั้นด้วย เราอาจจะเคยเห็นผ่านตามาบ้าง ใน รูปแบบของเครื่องใช้ในครัวเรือนเช่นเตาเหนี่ยวนำไฟฟ้าเป็นต้น(เคยสังเกตุไหม หม้อหรือกระทะอลูมิเนียม

ไม่สามารถใช้กับเตาเหนี่ยวนำได้ นั่นก็เป็นเพราะ คุณสมบัติของโลหะแต่ละชนิดมีคุณสมบัติในการถูกเหนี่ยวนำต่างกันไงล่ะ) และเมื่อสมดุล ของสนามแม่เหล็กถูกทำลายลงไป ขดลวดทองแดงภาครับ ก็จะถูกเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ซึ่งสามารถทำให้เครื่องตรวจจับโลหะ ตรวจพบได้ และแปลเป็นสัญญาณเสียงทำให้เรารู้ว่า มีวัตถุโลหะอยู่ใต้จานค้นหาของเรานั่นเอง

ซึ่งเครื่องตรวจจับในท้องตลาดบ้านเรา เกิน 90% ก็จะเป็นระบบ VLF (Very Low Frequency) ดังที่กล่าวมาข้างต้น รุ่นที่นิยมที่เคยผ่านตาท่านผู้อ่านมาบ้าง เช่น เครื่องจากอเมริกา Garrett ace 400i / Quest Q20 Q40 / หรือเครื่องจีนยอดฮิตอย่าง TC30 / MD-3010ii ก็เป็นระบบนี้ทั้งสิ้น