أجهزة الاستشعار الميكانيكية للكشف ماجستير في الدراسات الاستقصائية الجيوفيزيائية

وتوفر الدراسات الاستقصائية الجيوفيزيائية نافذة في المنطقة دون الإقليمية للأرض، مما يتيح استكشاف المعادن، ورسم الخرائط الأثرية، وتقييم المخاطر الجيولوجية دون الحفر، ومن بين أكثر التقنيات فعالية الدراسات الاستقصائية المغناطيسية، التي تقيس التباينات في ميدان الأرض المغناطيسي بسبب المواد السماوية المدفونة، أو الاقتحامات الجسيمة، أو السمات الأثرية، بينما تُحدِّد أجهزة الاستشعار الإلكترونية الحديثة قيوداً على الاستهلاك.

مبادئ الاستشعار السحري الميكانيكي

ويدخل في صلب هذا النظام المغناطيسي، ويدخل في صلبه، ويدخل في صلبه، ويدخل في صلبه، في صلبه، حساسية مغناطيسية، أو مغناطيسية، أو مغناطيسية، أو مغناطيسية، أو تجمعات الفحم، التي تخضع لحركة مادية تناسب قوة الميدان، ويقاس هذا التصاميم الميكانيكية والافتراضية، أو عن طريق التخدير المغناطيسي.

أزواج ماغنتيكاتوريين

وفي قلب العديد من أجهزة الاستشعار الميكانيكية هو الانقلاب المغناطيسي، وتواجه لحظة مغناطيسية مدمجة في نظام ميكانيكي معسر عندما توضع في حقل خارجي، مثلاً، تدور مغناطيس معلق (مثل إبرة البوصلة) ليتماشى مع مجال الخلفية؛ وأي خلل محلي يسبب انفصالاً قابلاً للقياس، وتستخدم أدوات المسح المبكر أرصدة حساسة من أجل تزييف هذه الثغرات.

المبادئ المتعلقة بالمعيشة والحياكة

وهناك طبقة أخرى تستغل الصبر: فالتدمير المفاجئ أو الخيوط المستخرجة من المواد الخصبية يغير تواترها الصاعد في إطار حقل مغناطيسي مطبق بسبب التغيرات في التكتل (أثر الازدحام) أو الضغط المغنطيسي الذي يمكن قياسه بدقة استثنائية، مما يوفر ناتجا رقميا من جهاز استشعار ميكانيكي أساسي.

أنواع أجهزة الاستشعار الميكانيكية في التجزئة

أجهزة الاستشعار المغناطيسية

وهذه الحساسات تعتمد على عنصر ميكانيكي - على نحو ما هو عليه في شكل مقياس حراري محمول في الربيع - أو على أساس أقل من ذي قبل - وهي تختبر قوة مزيلة تناسب ميدان المغناطيس، وفي تصميم كلاسيكي، يتم تعليق المغناطيس الصغير بواسطة ألياف دقيقة داخل سكن، وتنشأ هذه المادة بواسطة ميكانيكية تعمل على استعادة القوة؛ وتقاس الحاجة الحالية للحفاظ على الظواهر الباطلة، وتعطي القوة الميدانية.

أجهزة الاستشعار الميكانيكية

وعادة ما تعتبر أجهزة الاستشعار السائلة الإلكترونية، ولكن التصميمات التاريخية مقترنة بأجهزة التدفق الميكانيكية، وفي مقياس المغناطيس المتدفق، يُدفع لبضع الميكانيكيات ذات القدرة العالية إلى التشبع بواسطة جهاز ميكانيكي متناوب، بينما يخلق المجال المغنطيسي الخارجي تناقضا في الفول المحفز، وهو ما يتناسب مع الميدان.

Vibrating Reed and String Magnetometers

في منتصف القرن العشرين، يستخدم المغنطيسيون مغناطيسياً رقيقاً محركاً في تردد الصوت بواسطة حقل مغناطيسي متغير، تغيرات في الارتفاع المغناطيسي في العيد، حيث يوجد حقل مغناطيسي مباشر، بسبب تفاعل ميدان العاصمة مع محرك الأشعة المغنطية،

أجهزة الاستشعار المغناطيسية

وقد يتكون جهاز الاستشعار من دوارة أو سلك من محارم مغناطيسية عالية )مثل النيكل أو ميتغلا أو تيرفينول - دي( متصلة بمترجم ميكانيكي للاضطرابات، بينما يتحول التكديس المغنطيسية إلى انقلابات في الميدان المغناطيسي، أو يتحول إنتاج الزهري الدوار أو عقوداً.

التحليل المقارن: Mechanical vs. Electronic Sensors

ومن الضروري، بالإضافة إلى ذلك، مقارنة هذه الأجهزة بأجهزة الاستشعار الميكانيكية، أو بأجهزة الاستنشاق بالكهرباء، أو بأجهزة الاستنشاق بالأشعة، أو بأجهزة الاستنشاق بالأشعة، أو بأجهزة الاستنشاق بالأشعة، أو بأجهزة الاستنشاق بالأشعة، أو بأجهزة الاستنشاق بالأشعة، أو بأجهزة الاستنشاق بالأشعة، أو الأشعة، أو الاختراق في بيئة عالية الإشعاع.

المزايا في الدراسات الاستقصائية الجيوفيزيائية الحديثة

(أ) الروبوت وطول المدة

وتُبنى أجهزة الاستشعار الميكانيكية من مواد قوية - بخار، وسبائك مثقلة - ولا تحتوي على أي دوائر متكاملة دقيقة، ويمكنها أن تنجو من الانقطاعات، والارتطام في المياه، ودرجات الحرارة من - ٤٠ درجة مئوية إلى ١٠٠ درجة مئوية في الحراجات المطيرة، أو الصحارى، أو التون الرطب الشمالي، حيث تستخدم شركات التعدين في كثير من الأحيان معدات الاستطلاع الميكانيكية.

استهلاك الطاقة المنخفضة

ويحتاج جهاز استشعار آلي سلبي مثل جهاز قياس مغنطيسي مركب إلى عدم وجود طاقة كهربائية للكشف، ولا تحتاج النسخ المصنوعة ذات القراء البصرية إلا إلى بضعة مليوات من أجل جهاز إلهائي مميت وجهاز تصويري، مما يتيح إجراء دراسات استقصائية ذات طاقة بطارية دائمة لمدة أسابيع أو أشهر - إيدي بالنسبة للمراكز الجيوفيزيائية النائية، وقد نشرت هذه الشبكة أجهزة مغناطيسية ميكانيكية للثقوب في أنتاركتيكا تعمل في موسم كامل.

التكلفة - الأثر والبساطة

ولا يمكن أن يُبنى جهاز استشعار ميكانيكي على نحو لا يكلف تصنيعه وإصلاحه، إذ يمكن بناء مقياس أساسي لمقياس مقياس مغناطيسي مهيأ تحت 100 دولار في المواد، مما يجعلها متاحة للمؤسسات التعليمية وشركات الاستكشاف الصغيرة في البلدان النامية، ولا تحتاج قراءتها البسيطة (قبوة المقابر، ورسوم مقطعية متحركة) إلى تدريب متخصص على الترجمة الشفوية، مما يقلل من النفقات العامة.

Minimal Electromagnetic Interference

ونظرا لأن أجهزة الاستشعار الميكانيكية لا تولد إشارات كهربائية سريعة الارتداد، فإنها لا تنتج أي ضوضاء يمكن أن تلوث القياسات القريبة، كما أنها ترفض أجهزة الاستشعار الخارجية للكهرباء أكثر من أجهزة الاستشعار الالكترونية التي غالبا ما تحتاج إلى حماية واسعة، مما يجعلها مثالية للدراسات الاستقصائية بالقرب من خطوط ذات دفعات عالية أو ممرات السكك الحديدية أو محطات صناعية تشبع فيها الأجهزة الإلكترونية أو تنزلقها.

القيود واستراتيجيات التخفيف

انخفاض درجة الوعي

وعادة ما تكتشف أجهزة الاستشعار الميكانيكية وجود شذوذات تتراوح بين ١ و٠١ ميغاواط، في حين يمكن للمستشعرات الالكترونية أن تصل الى ٠,٠ نانو تي أو أفضل، وبالنسبة للاستكشاف العميق للمعادن )القوة المستهدفة في السطح ٠,٥ نانوترا(، قد تفتقد أجهزة الاستشعار الميكانيكية الى أهداف فرعية، غير أن أجهزة الاستشعار المغناطيسية الحديثة وأجهزة الاستشعار الآلية التابعة للوقود المتعددة الأطراف قد حققت ثغرة في المختبرات الميدانية)١(.

العجلات الميكانيكية والغطاء

- قطع غيار متحركة، أو أحجار، أو ربيعية، أو ملتوية عبر الزمن، مما يسبب انجراف خط الأساس، وتشمل التخفيف معايرة دورية مع مصدر ميداني معروف، باستخدام مجوهرات منخفضة التآكل، أو تصميم الاستشعار اللاهوتي عن التشريد (مثلاً، أشعة الليزر) وتحل بعض أجهزة الاستشعار الآلية الحديثة محل الفول الصلبة ذات النوافذ المشتعلة التي لا تحصى.

الحجم والتنقل

وقد كانت أجهزة قياس التوازن التاريخي للصدمات ذات وزن كبير يزيد على ٣٠ كيلوغراما، ولكن التقدم في تركيب نظام الرصد المتعدد المؤشرات قد أدى إلى تقلص أجهزة الاستشعار الميكانيكية إلى أبعاد على نطاق الرقائق، كما أن مقياس مغناطيسي متعدد المؤشرات من جامعة كاليفورنيا، إيرفين، وتدابير × ٢ر١ ملم فقط، وينخفض عدد المحركات المسماة " ميكرو و " ، غير أنه يمكن أن يكتشف ميادين من خلال الدراسات الاستقصائية الميدانية،

التطبيقات الرئيسية ودراسات الحالات الإفرادية

التعدين في الأراضي النائية

وفي الدرع الكندي، استخدم فريق جيوفيزيائي مجس مغناطيسي تقليدي مُسحب خلف محرك ثلج لرسم خرائط الشذوذ المغناطيسي على مسافة تزيد على 500 كيلومتر ² من الأنابيب البيرمفروث، وقد نجح جهاز الاستشعار في تشغيله عند - 30 درجة مئوية دون تدفئة، بينما توقفت المؤشرات الإلكترونية الاحتياطية عن العمل بعد يومين.

التوقعات الأثرية

ويجد المستشعرات الميكانيكية معروفا في علم الآثار بسبب انخفاض تكلفتها وبساطة عملها، وقد استخدمت دراسة أجرتها جامعة توبينغن مقياساً مكثفاً يهتز به لمسح موقع للحصن الروماني في ألمانيا، وحلت الأداة أسس الجدار المدفون (المقارنة البحرية - 5 نانوتر) وكشفت عن مجمع للحمام، دون أن تولد شركة إي إم آي التي يمكن أن تتدخل في قياسات مقاومة متزامنة.

تقييمات الأخطار البيئية والجيولوجية

وكثيرا ما يعتمد الكشف عن الأنابيب والجدوى على الشذوذ المغناطيسي من المواد الخام، ويمكن للتدفق الميكانيكي مع القراء البصرية أن يحدد مكان الأنابيب الفولاذية المدفونة في الأعماق حتى ٥ متر. وبالنسبة لرصد الأراضي، فإن أجهزة الاستشعار المغنطيسي المدمجة المجسدة في قياس الثقوب المغلية قد أحدثت تغييرات في العلاقة الميدانية الإجهادية - المغنطيسية، مما يوفر إنذارا مبكرا بفشل المتخلف.

رصد الزلازل والفولكان

ومن المعروف أن التغيرات الميدانية المغناطيسية تسبق الزلازل والانفجارات البركانية، وتوزع أجهزة الاستشعار الميكانيكية ذات الاستقرار الطويل الأجل المرتفع (الإنجراف المنخفض) في شبكات الرصد، وتستخدم هذه الأجهزة جهازا مغناطيسيا للتمزق في مرصد كلويا للفولكانو، مدمجا بالمقاسات، لكشف التغيرات الميدانية المغناطيسية التي تسببها حركة القناع الميكانيكي.

التكامل مع منهاجي الدراسات الاستقصائية الحديثي العهد

النشرات الجوية فوق البنفسجية (الدنيا)

وقد مكّن استخدام أجهزة الاستشعار الميكانيكية من استخدام هذه المركبات في المركبات الجوية غير المأهولة، ويمكن تركيب جهاز استشعار مغناطيسي يزن 5 غرامات، مقترناً بمقياس منخفض الطاقة، على متن جهاز قياسي صغير الحجم يُستخدم في إجراء دراسات استقصائية مغناطيسية في المناطق التي تواجه تحديات، أو الغابات الجبلية أو المواقع الملوثة، وقد حققت الاختبارات المبكرة التي أجرتها مدرسة كولورادو لرسم خرائط الألغام في 10 مراحل حرارة، دقة مهجورة.

الأريـات الأرضية والمراكز المستقلة ذاتيا

وبالنسبة للرصد الزمني، يتم نشر صفائف أجهزة الاستشعار الميكانيكية في الشبكات، حيث تسمح الطاقة المنخفضة لهذه الأجهزة بالعملية بالطاقة الشمسية، واستخدم الباحثون في جامعة كولومبيا البريطانية 100 جهاز استشعار آلي يقوم على البوصلة لرصد التباينات المغناطيسية الحادية عبر كيلومتر واحد ⁽²⁾ أجهزة التخدير، وكشف التسرب من الأنابيب المدفونة.

التطورات والابتكارات في المستقبل

إن استمرار البحث في أهداف مجسات هجينة تجمع بين القوة الميكانيكية والحساسية الإلكترونية، إذ أن المركبات الفلكية المغنطسية التي تربط طبقة مغنطيسية وتنتج طبقة مغنطيسية ذات صلة في أعماق البحار، لا يمكن أن تُظهر حساسية شبه طبيعية في أعماق البحار، بينما تستهلك طاقة كهربائية شبه ثابتة.

خاتمة

أما أجهزة الاستشعار الميكانيكية لكشف الشذوذ المغناطيسي فقد تطورت من الإبر البوصلة الخام إلى أجهزة قياس متعددة الأبعاد وأجهزة مغناطيسية متطورة، وتظل عناصرها - من حيث الضبط، وانخفاض الطاقة، وفعالية التكلفة، وحصانة شركة EMI - مما يجعلها غير قابلة للاستبدال في العديد من سيناريوهات المسح الجيوفيزيائي، وفي حين أن أجهزة الاستشعار الالكترونية توفر درجة عالية من الحساسية للأورام الخفيفة العميقة أو الخفيفة، فإن أجهزة الاستشعار الميكانيكية لا تزال موجودة.

For further reading, see the USGS guide to geophysical surveys], a review on fluxgate magnetometer principles], a research article on ]magnetostrictive sensor developments, and case studiese