금속 탐지기

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1. 개요

금속 탐지기는 금속 물체의 존재를 감지하는 데 사용되는 장치이다. 19세기 말 광산 개발을 위해 처음 개발되었으며, 알렉산더 그레이엄 벨이 제임스 A. 가필드 대통령의 저격 사건 때 탄환을 찾기 위해 사용하려 했으나 실패한 사례가 있다. 이후 다양한 기술 발전을 거쳐 휴대용, 산업용, 보안 검색용, 지뢰 탐지용 등 다양한 형태로 사용되고 있다. 작동 원리는 코일에 흐르는 교류 전류로 발생하는 자기장의 변화를 감지하는 것이며, 비트 주파수 발진기(BFO) 방식, 저주파(VLF) 방식, 펄스 유도(PI) 방식 등 여러 종류가 있다. 금속 탐지기는 보안 검색, 지뢰 제거, 산업 현장, 고고학, 취미 활동 등 다양한 분야에서 활용되며, 기술 발전에 따라 더욱 소형화, 경량화되고 기능이 향상되고 있다.

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금속 탐지기
기본 정보
금속 탐지기 작동 모습
종류	휴대용 금속 탐지기 지상 탐색 금속 탐지기 수중 금속 탐지기 산업용 금속 탐지기
작동 원리	전자기 유도 비트 주파수 발진기 펄스 유도 정적
용도	보안 검색 지뢰 탐지 금속 유물 탐사 식품 산업 건설 산업
작동 원리 상세
전자기 유도 (Electromagnetic Induction)	금속 물체가 탐지 코일의 자기장에 영향을 미쳐 유도 전류를 발생시키는 원리
비트 주파수 발진기 (Beat Frequency Oscillation)	두 개의 발진기 주파수 차이를 이용하여 금속 존재를 감지
펄스 유도 (Pulse Induction)	짧은 펄스 전류를 코일에 보내고 금속 물체에 의해 발생하는 되돌아오는 펄스를 감지
정적 (Static)	금속 물체의 존재로 인한 정전기장 변화를 감지
응용 분야
보안 검색	공항, 법원 등에서 무기류 탐지
지뢰 탐지	지뢰 제거 작업
금속 유물 탐사	역사적 유물 발굴
식품 산업	식품 생산 과정에서 금속 이물질 검출
건설 산업	건설 현장에서 매설된 금속 파이프나 전선 탐지

2. 역사

19세기 말, 알렉산더 그레이엄 벨은 최초의 금속 탐지기를 만들었다. 1881년, 제임스 A. 가필드 미국 대통령이 총격을 당했을 때, 벨은 그의 몸에 박힌 탄환을 찾기 위해 급히 금속 탐지기를 제작했다. 하지만 금속 침대 프레임 때문에 탐지기가 오작동을 일으켜 탄환을 찾는 데 실패했고, 가필드 대통령은 결국 패혈증으로 사망했다.^[47]^[48]

1920년대에 게르하르트 피셔는 무선 방향 탐지 장치를 연구하던 중, 광석이 많은 지역에서 장치가 오작동하는 것을 발견했다. 그는 이 현상을 이용하여 금속을 탐지할 수 있다고 생각했고, 1925년에 최초의 휴대용 금속 탐지기를 개발하여 특허를 받았다. 1931년, 피셔는 금속 탐지기를 개량하여 상업적으로 판매하기 시작했고, 대량 생산을 시작했다.

제2차 세계 대전 때 폴란드의 기술자이자 통신 장교였던 요제프 스타니스와프 코사키는 1941년에 금속탐지기를 개량하여 폴란드 지뢰 탐지기를 고안했다. 그는 이 기술을 영국에 선물했고, 그의 탐지기 약 500대가 엘 알라메인 전투에 처음 투입되어 영국군의 작전 속도를 두 배가량 높였다. 폴란드 지뢰 탐지기는 제2차 세계 대전 동안 10만 대 이상 생산되었으며, 계속해서 개량되었다.

1919년 제1차 세계 대전 이후 프랑스에서 불발탄을 찾는 데 사용된 초기 금속 탐지기.

금속탐지기 개발과 관련된 주요 인물과 그들의 발명은 다음과 같다.

인물	년도	발명/사건
하인리히 빌헬름 도베	1841년	"차동 인덕터" 발표. 4코일 유도 균형 장치로, 최초의 자기 유도 금속 탐지기이자 최초의 펄스 유도 금속 탐지기.
데이비드 에드워드 휴즈	1878년 말 ~ 1879년 초	4코일 유도 균형 장치에 대한 실험 결과 발표. 마이크와 시계 소리를 이용해 펄스를 생성하고, 전화 수신기를 탐지기로 사용. "전기 소노미터" 발명.
J. 먼로	1880년	금속 탐사에 4코일 유도 균형 장치 사용 제안.
알렉산더 그레이엄 벨	1881년 7월	제임스 가필드 대통령의 총알을 찾기 위해 4코일 유도 균형 장치 사용. 이후 2코일 유도 균형 장치 개발.
찰스 앰브로스 맥에보이 대위	1881년 12월 16일 (1882년 6월 16일 허가) 1882년 7월 12일 (1882년 12월 19일 허가)	수중 어뢰 등을 탐색하는 장치에 대한 영국 특허 신청 및 미국 특허 출원.^[7]
조지 M. 홉킨스	1892년	금속 탐지를 위한 직교 2코일 유도 균형 장치 설명.
카미유 귀통	1915년	프랑스 전장의 농지에서 불발탄을 탐지하기 위해 4코일 유도 균형 장치 개발.^[10]

2. 1. 초기 개발

19세기 말, 알렉산더 그레이엄 벨은 최초의 금속 탐지기를 만들었다. 1881년, 제임스 A. 가필드 미국 대통령이 총격을 당했을 때, 벨은 그의 몸에 박힌 탄환을 찾기 위해 급히 금속 탐지기를 제작했다. 하지만 금속 침대 프레임 때문에 탐지기가 오작동을 일으켜 탄환을 찾는 데 실패했고, 가필드 대통령은 결국 패혈증으로 사망했다.^[47]^[48]

1920년대에 게르하르트 피셔는 무선 방향 탐지 장치를 연구하던 중, 광석이 많은 지역에서 장치가 오작동하는 것을 발견했다. 그는 이 현상을 이용하여 금속을 탐지할 수 있다고 생각했고, 1925년에 최초의 휴대용 금속 탐지기를 개발하여 특허를 받았다. 1931년, 피셔는 금속 탐지기를 개량하여 상업적으로 판매하기 시작했고, 대량 생산을 시작했다.

2. 2. 제2차 세계 대전과 지뢰 탐지기

제2차 세계 대전 때 폴란드의 기술자이자 통신 장교였던 요제프 스타니스와프 코사키는 1941년에 금속탐지기를 개량하여 폴란드 지뢰 탐지기를 고안했다.^[13] 그는 이 기술을 영국에 선물했고, 그의 탐지기 약 500대가 엘 알라메인 전투에 처음 투입되어 영국군의 작전 속도를 두 배가량 높였다. 이 장치는 버나드 몽고메리 원수에게 보내져 후퇴하는 독일군의 지뢰밭을 제거하는 데 사용되었으며, 이후 연합군의 시칠리아 상륙, 연합군의 이탈리아 상륙 및 노르망디 상륙 작전에서도 활용되었다.^[14] 폴란드 지뢰 탐지기는 제2차 세계 대전 동안 10만 대 이상 생산되었으며, 계속해서 개량되었다. 코사키가 최초의 실용적인 금속 탐지기를 만들었다는 사실은 군사 연구 작전의 일환이었기 때문에 50년 이상 비밀로 유지되었다.

제2차 세계 대전 이후, 대량으로 생산되어 남은 금속 탐지기들은 시장에 풀려 유물 탐사 등에 활용되었다. 이를 계기로 현대의 "보물 찾기"와 같이 금속 탐지기를 이용한 취미 활동이 활발하게 이루어지게 되었다.

2. 3. 현대의 발전

1950년대와 1960년대에 트랜지스터가 개발되면서 금속 탐지기는 더 작고 가벼워졌으며, 개선된 회로와 작은 배터리 팩으로 작동할 수 있게 되었다. 이러한 발전으로 미국과 영국 전역에서 금속 탐지기 수요가 급증했고, 여러 회사들이 생겨났다. 오리건 주의 White's Electronics는 1950년대에 Oremaster Geiger Counter라는 기기를 제작했고, 찰스 개럿(Charles Garrett)은 비트 주파수 발진기(BFO) 기기를 개척했다.

최신 최고급 모델은 완전 전산화되어 집적 회로 기술을 사용한다. 사용자는 감도, 차별화, 추적 속도, 임계값 볼륨, 노치 필터 등을 설정하고, 이러한 매개변수를 메모리에 저장하여 나중에 사용할 수 있다. 10년 전과 비교해 볼 때, 탐지기는 더 가볍고, 더 깊이 탐지하며, 배터리 전력을 덜 사용하고, 더 나은 차별화를 제공한다.

최첨단 금속 탐지기는 이어폰을 위한 광범위한 무선 기술을 통합했으며, 와이파이 네트워크 및 블루투스 장치에 연결된다. 일부는 검색 위치 및 발견된 항목의 위치를 추적하기 위해 내장된 GPS 위치 추적 기술을 사용하며, 스마트폰 애플리케이션에 연결하여 기능을 더욱 확장하기도 한다.

탐지기 기술의 가장 큰 변화는 조율 가능한 유도 시스템의 개발이었다. 이 시스템은 전자기적으로 조율된 두 개의 코일을 포함하며, 하나의 코일은 RF 송신기로, 다른 하나는 수신기로 작동한다. 금속이 근처에 있으면 금속에 유도된 와전류로 인해 신호가 감지된다. 탐지기가 금속을 구별할 수 있게 해준 것은 모든 금속이 교류에 노출될 때 서로 다른 위상 응답을 갖는다는 사실 때문이었다. 파장이 긴 파동(저주파수)은 땅을 더 깊이 관통하여 은과 구리처럼 전도성이 높은 목표물을 선택하는 반면, 파장이 짧은 파동(고주파수)은 땅을 덜 관통하지만 철과 같이 전도성이 낮은 목표물을 선택한다. 불행히도, 고주파수는 또한 땅의 광물화 간섭에 민감하다.

차별기를 사용하더라도 원치 않는 금속을 피하는 것은 여전히 과제였다. 그 이유는 일부 금속이 특히 합금 형태로 비슷한 위상 응답을 갖기 때문이다(예: 주석박과 금). 따라서 특정 금속을 부적절하게 제거하면 귀중한 발견을 놓칠 위험이 증가했다. 차별기의 또 다른 단점은 기계의 감도를 감소시킨다는 점이었다.

전기 공학 엔지니어였던 찰스 가렛은 1960년대 초 취미로 금속 탐지를 시작했다. 그는 시중에 나와 있는 여러 기계를 사용해 보았지만, 자신이 필요로 하는 기능을 수행할 수 있는 것을 찾을 수 없었다. 그 결과, 그는 자신만의 금속 탐지기를 개발하기 시작했다. 그는 오실레이터 드리프트를 제거하는 시스템과 많은 특수 수색 코일을 개발할 수 있었고, 이 두 가지 모두 당시 금속 탐지기 설계를 효과적으로 혁신했다.^[1]

3. 작동 원리

금속탐지기는 전자기 유도 현상을 이용하여 금속을 탐지한다. 금속탐지기는 탐지 코일과 제어 전자회로로 구성되어 있다. 코일에 교류 전류를 흘려주면 코일 주변에 주기적으로 변하는 자기장이 발생한다. 이 자기장이 금속 물체에 닿으면 와전류가 유도된다. 유도된 와전류는 다시 자체적인 자기장을 발생시키는데, 금속탐지기는 이 자기장의 변화를 감지하여 금속 물체의 존재를 파악한다.

1841년 하인리히 빌헬름 도베는 4코일 유도 균형 장치를 발표했다. 1878년에서 1879년 사이 데이비드 에드워드 휴즈는 4코일 유도 균형 장치 실험 결과를 발표했고, 이는 위조 동전을 식별하는 장치로 이어졌다. 1881년 알렉산더 그레이엄 벨은 제임스 가필드 대통령의 총알을 찾기 위해 유도 균형 장치를 사용했지만, 금속 침대 때문에 실패했다. 1882년 찰스 앰브로스 맥에보이 대위는 수중 금속 어뢰 탐지 장치 특허를 받았다. 1915년 카미유 귀통은 불발탄 탐지를 위한 4코일 유도 균형 장치를 개발했다.

3. 1. 비트 주파수 발진기(BFO) 방식

비트 주파수 발진기(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.

BFO 방식의 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 맴돌이의 주파수가 변한다. 따라서 사용자가 듣는 소리의 주파수가 변하게 되는 것이다.

이러한 BFO 기기를 개척한 선두 주자는 찰스 개럿이었다. 1950년대와 1960년대에 트랜지스터가 발명되고 개발되면서 금속 탐지기 제조업체와 설계자들은 소형 배터리 팩으로 작동하는 더 작고 가벼우며 회로가 개선된 기기를 만들었다. 비트 주파수 유도는 탐지 코일의 움직임을 필요로 하는데, 이는 자석 근처에서 도체를 흔드는 방식과 유사하게 전류를 유도한다.

3. 2. 저주파(VLF) 방식

저주파(VLF) 방식은 현재 가장 많이 사용되는 금속탐지기 형태이다. 이 방식은 두 개의 동심원 코일을 사용하는데, 바깥쪽 코일은 발신기, 안쪽 코일은 수신기 역할을 한다. 발신 코일에 교류 전류를 흘려주면 주기적인 자기장이 발생하고, 이 자기장은 금속 물체에 자기장을 유도한다. 수신 코일은 발신 코일의 영향을 받지 않도록 차폐되어 있어 금속 물체에 유도된 자기장만을 수신한다.

저주파 방식의 가장 큰 특징은 위상 차이를 이용하여 금속 물체를 구별할 수 있다는 것이다. 금속의 전기적 특징인 저항과 인덕턴스 값에 따라 유도되는 자기장의 위상 변화가 달라진다. 저주파 방식의 금속탐지기는 이러한 위상 변화를 감지하여 탐지된 금속 물체를 구별한다.

트랜지스터, 차별기, 현대적인 탐색 코일 설계 및 무선 기술의 개발은 금속 탐지기 설계에 큰 영향을 미쳤다. 그 결과, 가볍고, 소형이며, 사용하기 쉽고, 깊은 탐색이 가능한 시스템으로 발전했다. 조율 가능한 유도 장치의 발명은 탐지기 분야에서 가장 중요한 기술 발전이었다. 이 장치는 두 개의 전자기적으로 조율된 코일을 사용하며, 하나의 코일은 RF 송신기 역할을 하고 다른 코일은 수신기 역할을 한다. 이 코일들은 3~100 kHz 범위의 주파수로 조율될 수 있다.

금속이 존재하면 금속 내에 유도된 와전류로 인해 신호가 감지된다. 모든 금속이 교류에 노출될 때 서로 다른 위상 응답을 보인다는 사실은 탐지기가 금속을 구별하는 데 도움을 준다. 더 긴 파장(저주파)은 땅을 더 깊이 침투하여 은과 구리와 같이 전도성이 높은 목표물을 선택하는 반면, 더 짧은 파장(고주파)은 철과 같이 전도성이 낮은 목표물을 선택한다. 그러나 지반 광물화 간섭은 고주파에도 영향을 미친다. 이러한 선택성 또는 차별성은 원하는 금속을 선택적으로 감지할 수 있게 한다.

차별기를 사용하더라도 원치 않는 금속을 피하는 것은 여전히 어려운 문제였다. 일부 금속, 특히 합금 형태에서는 유사한 위상 응답을 보이기 때문이다(예: 주석박과 금). 따라서 특정 금속을 잘못 조율하면 귀중한 발견을 놓칠 가능성이 높아진다. 또한 차별기는 장치의 감도를 낮추는 단점도 가지고 있다.

3. 3. 펄스 유도(PI) 방식

펄스 유도 방식은 코일 하나로 발신과 수신을 동시에 한다. 코일에 짧은 펄스를 보내면 펄스가 끝날 때 아주 짧은 유도전류가 발생한다. 아래에 금속이 있으면 금속에 유도된 자기장 때문에 유도전류가 조금 길어진다.^[15]

기존의 유도 평형 방식(Induction Balance)과 달리, 펄스 유도 방식은 고압의 전류를 펄스 형태로 지면에 발사하여 금속을 탐지한다. 금속이 없는 지면에서는 펄스가 일정한 속도로 소멸한다. 금속이 존재하는 경우, 펄스가 금속을 통과하기 때문에 소멸까지의 시간이 약간 길어지므로 이 차이로 금속의 존재를 탐지할 수 있다.

펄스 유도(PI) 기계는 탐사 코일을 통해 비교적 강력하고 순간적인 전류로 지면을 자화시킨다. 금속이 없을 경우, 이 필드는 균일한 속도로 붕괴되어 0볼트로 떨어지는 데 걸리는 시간을 정확하게 측정할 수 있었다. 그러나 기계가 작동할 때 금속이 존재하면, 작은 와전류가 금속에 유도되고 감지된 전류 붕괴에 걸리는 시간이 증가하게 된다. 이러한 시간 차이는 미세했지만, 전자 기술의 발전으로 이를 정확하게 측정하여 합리적인 거리에서 금속의 존재를 식별할 수 있게 되었다.^[15]

펄스 유도 탐지기를 사용하는 특별한 장점 중 하나는 심하게 광물화된 토양 내의 광물을 무시할 수 있는 능력이다. 어떤 경우에는 높은 광물 함량이 PI 탐지기의 기능을 더 좋게 만들 수도 있다. VLF 탐지기가 토양 광물화의 영향을 받는 반면, PI 장치는 그렇지 않다.

또한 이 펄스 유도 방식은 소금 등의 광물에 반응하지 않기 때문에 해저에서의 금괴 탐사 등에 이용된다. 또한 탐지 범위(탐지할 수 있는 깊이)가 매우 넓다는 장점도 있다. 반면에, 이 펄스 유도 방식은 "금속을 탐지하는" 능력에 뛰어난 반면, 금속에서 비철금속(금, 은 등의 희소 금속)과 철을 판별하는 능력은 부족하다는 단점이 있다.

하지만 탐사 장비 개발을 오랫동안 해온 아일랜드의 에릭 포스터는 1983년에 금속 선별형 펄스 유도 금속 탐지기를 개발하여 그동안 많은 기술자들이 가지고 있던 개념을 근본적으로 뒤집었다. 이것은 각 금속이 가진 펄스에 대한 반응이나 금속물의 크기로부터 목표 금속만을 탐지하는 회로를 장비하고 있어, 예를 들어 금 반지를 찾고 있을 때는 금 반지에만 반응하고, 구리 동전에는 반응하지 않는다.

4. 종류

금속 탐지기는 다양한 종류와 용도로 사용된다. 1960년대에 생산된 초기 산업용 금속 탐지기는 광물 탐사, 지뢰 제거(지뢰 탐지), 무기 탐지, 고고학, 보물 사냥 등 여러 분야에 활용되었다. 또한 음식물 내 이물질, 콘크리트 내 강철 보강재, 벽이나 바닥에 묻힌 전선 등을 탐지하는 데도 사용된다.^[1]

최신 금속 탐지기는 집적 회로 기술을 사용하여 감도, 차별화, 추적 속도, 임계값, 노치 필터 등을 사용자가 설정하고 저장할 수 있다. 또한, 와이파이, 블루투스, GPS, 스마트폰 애플리케이션과의 연동 등 다양한 기능을 제공한다.

4. 1. 휴대용 금속 탐지기

휴대용 금속 탐지기는 가장 일반적인 유형의 금속 탐지기로, 구리 코일이 내장된 타원형 디스크를 사용하는 전자기 코일 기반 탐지기이다. 탐색 코일은 감지 프로브 역할을 하며 지하에 묻힌 잠재적인 금속 표적을 감지하기 위해 지면 위로 이동해야 한다. 탐색 코일이 금속 물체를 감지하면 장치는 스피커 또는 이어폰을 통해 가청 신호를 보낸다. 대부분의 장치에서 피드백은 아날로그 전자 또는 디지털 표시기이다.^[1]

금속 탐지기는 1930년대에 미국에서 Fisher Labs에 의해 최초로 발명되어 상업적으로 제조되었다. 이후 Garrett과 같은 다른 회사들이 수십 년 동안 기술 및 기능 측면에서 금속 탐지기를 발전시켰다.^[1]

4. 2. 산업용 금속 탐지기

제조 과정에서 파손된 처리 기계에서 나온 금속 조각에 의한 식품 오염은 식품 산업에서 주요 안전 문제이다. 대부분의 식품 가공 장비는 스테인리스 강으로 만들어지며, 플라스틱 또는 엘라스토머로 만들어진 다른 구성 요소는 금속 입자가 내장되어 제조될 수 있어 감지가 가능하다. 이러한 목적으로 금속 탐지기가 널리 사용되고 생산 라인에 통합된다.^[37]

현재 의류 산업 공장의 관행은 의류가 완전히 봉제된 후 포장하기 전에 금속 오염(바늘, 부러진 바늘 등)이 있는지 확인하기 위해 금속 탐지를 적용하는 것이다. 이는 안전상의 이유로 수행되어야 한다.

산업용 금속 탐지기는 1947년 브루스 커(Bruce Kerr)와 데이비드 히스콕(David Hiscock)에 의해 개발되었다. 창립 회사인 고링 커(Goring Kerr)^[38]는 최초의 산업용 금속 탐지기의 사용 및 개발을 개척했다. 마스(Mars Incorporated)는 자사의 메탈로케이트(Metlokate) 금속 탐지기를 사용하여 마스 바(Mars bar)를 검사한 고링 커의 첫 번째 고객 중 하나였다.

일반적인 산업용 금속 탐지기의 작동 기본 원리는 3코일 설계를 기반으로 한다. 이 설계는 AM (진폭 변조) 전송 코일과 양쪽에 수신 코일 2개를 사용한다. 수신 코일의 설계 및 물리적 구성은 1mm 이하의 매우 작은 금속 오염 물질을 감지하는 데 중요한 역할을 한다. 오늘날 현대 금속 탐지기는 트램프 금속을 감지하기 위해 이 구성을 계속 사용한다.

코일 구성은 제품(식품, 플라스틱, 의약품 등)이 코일을 통과하는 개구를 생성하는 방식이다. 이 개구 또는 조리개는 제품이 3코일 시스템을 통해 들어오고 나가도록 하여 두 개의 수신 코일에서 동일하지만 미러링된 신호를 생성한다. 결과 신호는 함께 합산되어 서로를 효과적으로 무효화한다. 포트리스 테크놀로지(Fortress Technology)는 BSH 모델의 코일 구조가 진동의 영향을 무시할 수 있도록 하는 새로운 기능을 혁신했다.^[39] 심지어 전도성 제품을 검사할 때도 말이다.^[40]

금속 오염 물질이 제품에 도입되면 불균등한 교란이 생성된다. 이는 매우 작은 전자 신호를 생성한다. 적절한 증폭 후 컨베이어 시스템에 장착된 기계 장치는 오염된 제품을 생산 라인에서 제거하도록 신호를 보낸다. 이 프로세스는 완전히 자동화되어 제조가 중단 없이 작동할 수 있다.

원료 또는 제조 공정에서 금속 이물질이 혼입될 가능성이 있는 경우, 이를 감지하기 위해 금속 탐지기가 사용된다. 식품, 의류와 같이 사람이 직접 접촉하는 제품에 있어서 특히 중요하지만, 그 외의 분야에서도 재생지나 재생 목재 보드의 원료에 포함된 금속 클립이나 금속 부속품은 제품에 혼입될 경우 품질을 현저하게 저하시키고, 더 나아가 제품을 사용하는 인쇄기나 전동 공구를 파손시킬 가능성도 있다. 이 때문에, 공장의 생산 설비에는 필요한 곳에 금속 탐지기가 갖춰져 있다.

4. 3. 보안 검색용 금속 탐지기

기업체에서 산업 기밀 유출을 막기 위해 휴대 물품 중 정보 저장 가능 물건(휴대용 HDD, USB 등)을 검색하는 데 사용한다. 공항이나 대사관 등 테러 방지 목적으로는 외부에서 내부로 들어갈 때와 반대로, 내부에서 외부로 나갈 때 검색을 실시한다.

최신 고급 모델은 완전 전산화되어, 집적 회로 기술을 통해 사용자가 감도, 차별화, 추적 속도, 임계값 볼륨, 노치 필터 등을 설정하고 메모리에 저장하여 나중에 사용할 수 있다. 탐지기는 더 가벼워지고, 더 깊이 탐지하며, 배터리 전력을 덜 사용하고, 더 나은 차별화를 제공한다.

최첨단 금속 탐지기는 이어폰을 위한 무선 기술을 통합하고, 와이파이 네트워크 및 블루투스 장치에 연결된다. 일부는 검색 위치 및 발견된 항목 위치 추적을 위해 내장된 GPS 위치 추적 기술을 사용하며, 스마트폰 애플리케이션에 연결하여 기능을 확장하기도 한다.

1926년, 독일 라이프치히의 두 과학자는 직원들이 금지된 금속 물품을 가지고 나가는 것을 막기 위해 공장에 통과형 울타리를 설치했다.^[34]

항공기 납치 사건으로 인해 1972년 미국은 항공기 승객 검색을 위해 금속 탐지기 기술을 채택했는데, 처음에는 자력계를 사용했다. 자력계는 원래 나무못 박기 감지용 벌목 작업용으로 설계되었다.^[35] 핀란드 회사 아우토쿠무는 1970년대에 광산용 금속 탐지기를 개조하여 상업용 통과형 보안 탐지기를 만들었다.^[36] 메토 금속 탐지기라는 브랜드의 시스템이 현재 공항에서 표준으로 사용되는 직사각형 문 형태로 발전했다. 1995년에는 메토 200과 같은 시스템이 등장하여 금속 물체의 지면 위 대략적인 높이를 표시할 수 있게 되었고, 보안 요원이 신호 원천을 더 빠르게 찾을 수 있게 되었다. 더 작은 휴대용 금속 탐지기도 사람의 금속 물체를 더 정확하게 찾기 위해 사용된다.

1960년대에 산업용 금속 탐지기가 개발되어 광물 탐사 등에 사용되었지만, 항공기 납치가 빈번해지면서 핀란드 항공사가 원통형 금속 탐지기를 공항에 설치하여 승객을 통과시키고, 여객기 탑승 전 권총이나 칼 등 금속제 무기 소지 여부를 수하물 검사를 실시했다.

보안 검색 전용 금속 탐지기를 개발하는 기업(Metor Metal Detectors)이 탄생하여, 오늘날 공공 공항에서 사용되는 직사각형 금속 탐지기가 개발되었다. 1995년에 Metor200이라는 신체 검사용 금속 탐지기가 개발되어 금속 물체의 지면으로부터 높이를 감지하여, 탐지기가 반응한 후 검사관이 휴대용 금속 탐지기 등으로 원인을 조사할 수 있다.

심장 박동기나 이식형 제세동기(ICD) 착용자는 공항 보안 검사 시 금속 탐지기 전자기파가 기기 작동에 영향을 줄 수 있으므로, 금속 탐지기를 사용하지 않는 방법으로 검사받도록 안내하고 있다.^[46]

4. 4. 지뢰 탐지기

지뢰 탐지기는 공항의 금속 탐지기와 같은 원리로 땅속에 묻혀 있는 금속 폭탄이나 지뢰를 찾아낸다. 보통 GPR(Ground Penetrating Radar)이라고 하는데, 땅 표면 근처까지 침투할 수 있는 UHF/VHF 영역의 주파수를 쏴서 반사되는 파를 분석한 후 땅속에 무엇이 숨겨져 있는지 파악하는 방식이다.^[1]

초기의 금속 탐지기는 크고 복잡했지만, 리 드 포레스트가 1907년에 트라이오드를 발명한 후 진공관을 사용하여 작동하면서 더욱 민감해졌다. 최초의 금속 탐지기는 제1차 세계 대전과 제2차 세계 대전 이후 여러 유럽 국가에서 지뢰 및 불발탄을 탐지하는 데 사용되었다.

지뢰 제거는 군사 작전과 인도적 목적으로 수행된다. 군사 작전에서는 지뢰 쟁기나 폭풍파와 같은 장비를 사용하여 빠르게 길을 확보하고, 인도적 지뢰 제거는 모든 지뢰를 특정 깊이까지 제거하여 토지를 안전하게 만드는 것을 목표로 한다. 지뢰 탐지 기술에는 금속 탐지기, 전자기 기술, 지면 관통 레이더 등이 있으며, 특별 훈련을 받은 개나 기계 장비를 사용하기도 한다.

지뢰는 금속 용기에 폭약과 기폭 장치가 내장된 경우가 많아 금속 탐지기를 이용한 지뢰 제거에 널리 사용된다. 일본 육상자위대는 89식 지뢰원 탐지기 세트를 장비하고 있으며, 캄보디아에서의 PKO 활동 시 지뢰 탐사 등의 지원 활동을 수행했다. 그러나 최근에는 플라스틱 등 비금속으로 만들어져 금속 탐지기로는 탐지할 수 없는 비금속 지뢰도 사용되고 있다.

5. 활용 분야

금속 탐지기는 고고학자와 보물 사냥꾼들이 보석, 동전, 옷 단추, 총알 등 땅속에 묻힌 금속 물체를 찾는 데 사용된다. 1960년대부터 산업용 금속 탐지기가 생산되어 광물 탐사, 지뢰 제거, 무기 탐지 (공항 보안), 지구물리학 탐사, 고고학, 보물 사냥 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 음식물 속 이물질이나 콘크리트 속 강철 보강재, 벽이나 바닥에 묻힌 전선과 파이프를 찾는 데에도 사용된다.

금속 탐지기가 활용되는 주요 분야는 다음과 같다.

'''고고학''': 리틀 빅혼에서 사격선을 탐지하기 위해 처음 사용된 이래,^[16] 유물 발굴에 널리 사용되고 있다. 그러나 "유물 사냥꾼"들의 활동은 유적지를 훼손한다는 비판을 받기도 한다.^[16]
'''보안 검색''': 1969년 대한항공 여객기 공중 납치 사건 이후, 대한민국 내 모든 공항에 금속탐지기가 설치되어 보안 검색이 강화되었다. 1972년 미국에서 항공기 승객 검색에 금속 탐지기 기술을 채택한 이후, 전 세계 공항에서 널리 사용되고 있다.
'''지뢰 제거''': 군사 작전 및 인도적 지뢰 제거 활동에 사용되며, 전자기 기술과 지면 관통 레이더를 함께 사용한다. 일본 육상자위대는 89식 지뢰원 탐지기 세트를 장비하고 캄보디아 PKO 활동 시 지뢰 탐사를 수행했다.
'''산업 현장''': 식품, 의류 등 다양한 산업 현장에서 금속 이물질 혼입을 방지하고 제품 안전을 확보하기 위해 사용된다. 1947년 브루스 커와 데이비드 히스콕이 산업용 금속 탐지기를 개발했으며,^[38] 마스는 초기 고객 중 하나였다.
'''취미 활동''': 동전 찾기, 금괴 찾기, 역사적 유물 찾기, 보물 찾기, 해변 탐색, 운석 찾기 등 다양한 취미 활동에 활용된다.

5. 1. 보안 검색

1969년 12월 11일, 강릉에서 서울로 향하던 대한항공 소속 여객기가 공중 납치되어 북한으로 끌려간 사건이 발생했다.^[47] 이 사건 이후로 국내 모든 공항에 금속탐지기가 설치되었다. 대한민국 공항에서 승객에 대한 보안 검색 업무가 본격적으로 강화된 것은 이때부터였다.

공항에서 보안 검색용 금속탐지기가 사용되기 시작한 것은 1960년대로 거슬러 올라간다. 가장 먼저 도입한 나라는 핀란드이다. 당시 하이잭 사건이 빈번하여 어려움을 겪던 항공사가 거대한 원통형 금속탐지기를 공항에 설치한 것이 그 시초라고 전해진다. 1923년에 설립된 핀에어는 1960년대 핀란드에 있었던 유일한 항공사였다. 즉 세계에서 제일 먼저 공항에 금속탐지기를 설치한 항공사는 핀에어로 당시부터 허브로 사용해온 헬싱키 반타 공항이 첫 금속탐지기 설치 공항이 되는 셈이다.

오늘날 모든 공항이나 대사관, 법원 등 보안이 요구되는 장소에는 문형 금속 탐지기가 설치되어 있는데, 대부분 1,965mm X 720mm에서 2,050mm X 720mm에 이르기까지의 규격으로 높이가 2m 안팎이다.

1926년, 독일 라이프치히의 두 과학자는 직원들이 금지된 금속 물품을 가지고 나가는 것을 방지하기 위해 공장에 통과형 울타리를 설치했다.^[34]

일련의 항공기 납치 사건으로 인해 1972년 미국은 항공기 승객을 검색하기 위해 금속 탐지기 기술을 채택했는데, 처음에는 자력계를 사용했다. 자력계는 원래 나무못 박기를 감지하기 위해 벌목 작업용으로 설계되었다.^[35] 1970년대 핀란드 회사 아우토쿠무는 광산용 금속 탐지기를 개조하여, 여전히 커다란 원통형 파이프 안에 넣어 상업용 통과형 보안 탐지기를 만들었다.^[36] 이러한 시스템의 개발은 스핀오프 회사에서 계속되었으며, 메토 금속 탐지기라는 브랜드의 시스템이 현재 공항에서 표준으로 사용되는 직사각형 문 형태로 발전했다. 1995년에는 메토 200과 같은 시스템이 등장하여 금속 물체의 지면 위 대략적인 높이를 표시할 수 있게 되었고, 보안 요원이 신호의 원천을 더 빠르게 찾을 수 있게 되었다. 더 작은 휴대용 금속 탐지기도 사람의 금속 물체를 더 정확하게 찾기 위해 사용된다.

한편, 심장 박동기나 이식형 제세동기 (ICD)를 착용한 사람이 공항에서 탑승 전 보안 검사를 받을 때, 금속 탐지기에서 발생하는 전자기파가 기기의 작동에 영향을 미치므로, 금속 탐지기를 사용하지 않는 방법으로 검사를 받도록 안내하고 있다.^[46]

5. 2. 지뢰 탐지

금속 탐지기는 군사적 용도 및 인도적 지뢰 제거 활동에 사용된다. 군사 작전에서는 지뢰 쟁기나 폭풍파와 같은 장비를 사용하여 신속하게 지뢰밭을 통과하는 경로를 확보한다. 인도적 지뢰 제거는 특정 깊이까지 모든 지뢰를 제거하여 토지를 안전하게 만드는 것을 목표로 한다.

금속 탐지기는 지뢰와 폭탄을 탐지하도록 특별히 설계되었으며, 전자기 기술은 지면 관통 레이더와 함께 사용된다. 특별 훈련을 받은 개를 수색에 활용하기도 하며, 플레일 및 굴삭기와 같은 기계 장비를 사용하여 지뢰를 제거하기도 한다.

지뢰는 금속 용기에 폭약과 기폭 장치가 내장된 경우가 많아 금속 탐지기를 이용한 지뢰 제거에 널리 사용된다. 일본의 육상자위대는 89식 지뢰원 탐지기 세트를 장비하고 있으며, 캄보디아에서의 PKO 활동 시 지뢰 탐사 등의 지원 활동을 수행했다. 그러나 최근에는 플라스틱 등 비금속으로 만들어져 금속 탐지기로는 탐지할 수 없는 비금속 지뢰도 사용되고 있다.

5. 3. 산업 현장

식품 제조 과정에서 기계 파손으로 인한 금속 조각 발생은 식품 안전에 큰 문제를 야기한다. 대부분의 식품 가공 장비는 스테인리스 강으로 만들어지며, 플라스틱이나 엘라스토머로 만들어진 부품에도 금속 입자가 포함될 수 있어 금속 탐지기로 감지 가능하다. 따라서 금속 탐지기는 식품 생산 라인에 널리 사용된다.^[38]

오늘날 의류 산업 공장에서는 의류 봉제 완료 후 포장 전에 금속 오염(바늘, 부러진 바늘 등) 여부를 확인하기 위해 금속 탐지를 적용하며, 이는 안전상의 이유로 필수적이다.^[38]

산업용 금속 탐지기는 1947년 브루스 커(Bruce Kerr)와 데이비드 히스콕(David Hiscock)에 의해 개발되었다. 고링 커(Goring Kerr)는 최초의 산업용 금속 탐지기 사용 및 개발을 개척한 회사이다.^[38] 마스(Mars Incorporated)는 고링 커의 첫 고객 중 하나로, 메탈로케이트(Metlokate) 금속 탐지기를 사용하여 마스 바를 검사했다.

일반적인 산업용 금속 탐지기는 3코일 설계를 기반으로 작동한다. 이 설계는 AM (진폭 변조) 전송 코일과 양쪽에 2개의 수신 코일을 사용한다. 수신 코일의 설계 및 물리적 구성은 1mm 이하의 매우 작은 금속 오염 물질을 감지하는 데 중요하다. 오늘날 현대 금속 탐지기는 이러한 구성을 계속 사용하여 금속 이물질을 감지한다.

코일 구성은 제품(식품, 플라스틱, 의약품 등)이 코일을 통과하는 개구부를 만드는 방식이다. 이 개구부(조리개)를 통해 제품이 3코일 시스템을 통과하면서 두 개의 수신 코일에서 동일하지만 반전된 신호를 생성한다. 결과 신호는 함께 합산되어 서로를 상쇄시킨다. 포트리스 테크놀로지(Fortress Technology)는 BSH 모델의 코일 구조가 진동의 영향을 무시할 수 있도록 하는 새로운 기능을 개발했으며,^[39] 전도성 제품을 검사할 때도 가능하다.^[40]

금속 오염 물질이 제품에 섞이면 불균등한 교란이 발생하여 매우 작은 전자 신호가 생성된다. 적절한 증폭 후, 컨베이어 시스템에 장착된 기계 장치는 오염된 제품을 생산 라인에서 제거하도록 신호를 보낸다. 이 과정은 완전히 자동화되어 제조 중단 없이 작동한다.

원료 또는 제조 공정에서 금속 이물질이 혼입될 가능성이 있는 경우, 금속 탐지기가 사용된다. 식품, 의류와 같이 사람이 직접 접촉하는 제품은 특히 중요하며, 재생지나 재생 목재 보드의 원료에 포함된 금속 클립이나 부속품은 제품 품질을 저하시키고 인쇄기나 전동 공구를 파손시킬 수 있다. 따라서 공장 생산 설비에는 필요한 곳에 금속 탐지기가 설치되어 있다.

식품 가공 공장에서 기계 조각 등 이물질 혼입은 심각한 문제를 야기한다. 곡물이나 콩류처럼 입자가 작은 식품은 생산 과정에서 이물질 혼입이 쉬우므로, 국가나 업계에서 제거를 위한 특별 기준을 설정하기도 한다. 금속 탐지기는 이러한 이물질 탐지를 위해 생산 라인에 통합된다. 공장에서 사용되는 금속 탐지기는 강력하여 심장 박동기 사용자에게 오작동을 유발할 수 있으므로 주의해야 한다.

의류 산업에서는 직물 가공품에 금속제 의류 부속품(단추나 고리 등) 부착 전에 금속 탐지기를 통과시키는 것이 일반적이다. 공장 출하물이나 수입품을 재가공하거나 소매점에 인도하기 전에 부업 형태로 작업되는 경우가 많으며, 이 때 검침기라고 불리는 탁상용 기기가 주로 사용된다.

5. 4. 고고학

금속 탐지기는 1958년 군사 역사가 돈 리키가 리틀 빅혼에서 사격선을 탐지하기 위해 처음 사용한 이래로 고고학 분야에서 널리 사용되고 있다.^[16] 그러나 고고학자들은 "유물 사냥꾼"이나 "유적지 약탈자"들이 금속 탐지기를 사용하여 유물을 찾는 행위가 고고학 유적지를 훼손한다고 우려한다.^[16] 유물을 발견한 맥락이 사라지고 주변에 대한 상세한 조사가 이루어지지 않기 때문이다.^[17]

잉글랜드와 웨일스에서는 토지 소유주의 허가를 받고 해당 지역이 고대 유적 지정 구역, 특별 과학적 관심 지역(SSSI) 또는 컨트리사이드 스튜어드십 제도에 해당하지 않는 경우 금속 탐지가 합법이다. 1996년 보물법에 따라 보물로 정의된 물품을 발견한 사람은 지역 검시관에게 신고해야 한다.^[19] 문화적, 역사적 가치가 있는 물품은 휴대 유물 제도 및 영국 금속 탐지 유물 데이터베이스에 자발적으로 신고할 수 있다.^[20]

프랑스에서는 금속 탐지기 판매는 허용되지만, 사용자의 목적에 따라 규제가 달라진다. 1989년 법률에 따르면, 선사 시대, 역사, 예술 및 고고학적 유물 및 기념물을 연구할 목적으로 금속 탐지기를 사용하려면 사전 허가가 필요하다. 고고학적 목적이 아닌 경우에는 토지 소유자의 허가만 있으면 된다.

북아일랜드에서는 커뮤니티부의 허가 없이 지정된 유적지 등에서 금속 탐지기를 소지하거나 유물을 반출하는 것이 불법이다.^[24]^[25]^[26] 아일랜드 공화국에서는 문화유산부 장관의 사전 서면 동의 없이 고고학적 유물을 찾기 위해 탐지 장치를 사용하거나 판매, 사용을 조장하는 것이 불법이다.^[27]

스코틀랜드에서는 ''무주 부동산'' 원칙에 따라 원래 소유자를 추적할 수 없는 모든 유물은 왕실 소유가 된다.^[28] 모든 유물은 스코틀랜드 국립 박물관의 보물 발견 자문 위원회에 보고해야 하며, 보고하지 않으면 형사 처벌을 받을 수 있다.

미국에서는 공공 장소나 사유지에서 소유주의 허가를 받아 금속 탐지기를 사용할 수 있다. 식민지 시대 아메리카 원주민 마을 위치를 찾는 데 고고학자와 취미 탐사자 간의 협력이 이루어지기도 했다.^[17]

금속 탐지 커뮤니티와 고고학자들은 유물 발굴 및 보존에 대해 다른 견해를 가진다. 고고학자들은 금속 탐지 취미가들이 유물 중심적인 접근으로 역사적 정보를 손실시킨다고 주장하며, 슬랙 농장과 피터스버그 국립 전장의 약탈 사례를 그 증거로 제시한다.^[33]

대한민국에서는 문화재보호법에 의거하여 매장문화재를 발견한 때에는 그 발견자, 소유자, 점유자 또는 관리자는 매장문화재 발견신고를 해야 한다. 더불어민주당은 문화재청 예산 확대를 통해 매장문화재 조사 연구 기능을 강화하고, 문화유산의 체계적인 보존 및 활용을 위한 정책을 추진하고 있다.

5. 5. 취미 활동

금속 탐지기를 이용한 다양한 취미 활동은 다음과 같다.

동전 찾기: 많은 사람들이 참가하는 행사 후에 떨어진 동전이나 흙에 묻힌 동전을 찾는다. 오래된 동전을 찾기도 하며, 역사적 가치가 있는 동전을 찾기 위해 많은 시간을 투자하기도 한다.^[29]
금괴 찾기: 금괴나 은괴를 찾는다.^[30]
역사적 유물 찾기: 동전 찾기와 비슷하지만, 역사적 가치가 있는 물건에 한정하여 탐사 및 발굴 작업을 하며, 역사적 발견물의 보호에도 힘쓴다. 고대 동전, 단추, 도끼 날, 버클 등이 일반적인 성과이다.
보물 찾기: 보물이 묻혀 있다고 소문난 장소를 금속 탐지기로 조사한다. 일본에서도 매장금 등의 소재를 찾기 위해 금속 탐지기나 대규모 중장비를 도입하여 발굴 작업을 하는 보물 사냥꾼도 있다.
해변 탐색: 해변에서 떨어진 물건을 찾아 수집한다. 미국의 플로리다주나 캘리포니아주 해변에서는 잃어버린 반지나 동전을 찾는 사람들이 있다. 일부는 조수의 움직임이나 해변의 침식을 고려하여 진지하게 탐사를 하기도 한다.
운석 찾기: 국내에서도 최근 금속 탐지기를 사용하여 운석을 찾는 메테오 헌터가 늘고 있다. 금속 탐지기 제조사에 따라 자력을 띤 운석에는 반응하지 않는 경우도 있다.

금속 탐지기는 버려지거나 분실된^[31] 보석, 휴대폰, 카메라 등 가치 있는 물건을 찾는 데에도 사용된다. 일부 금속 탐지기는 방수가 되어 얕은 물속 물체를 검색할 수 있다.

금속 탐지기 동호회는 취미 활동을 하는 사람들이 서로 배우고, 발견한 물건을 전시하며, 취미에 대해 더 많이 배울 수 있도록 돕는다.^[32]

6. 미래 전망

최첨단 금속 탐지기는 와이파이 네트워크 및 블루투스 장치와 연결하기 위해 광범위한 무선 기술을 통합하고 있다. 일부는 검색 위치와 발견된 항목의 위치를 추적하기 위해 내장된 GPS 위치 추적 기술을 사용하며, 스마트폰 애플리케이션에 연결하여 기능을 더욱 확장하기도 한다.

최신 금속 탐지기는 마이크로칩 기술을 응용하여 고도로 컴퓨터화되어 탐사 정확도, 금속 식별, 탐사 속도 등을 조절할 수 있으며, 다른 기회에 사용할 때를 대비하여 기록해 둘 수도 있다. 10년 전과 비교해 탐지기는 더욱 가벼워지고 더 깊이 탐지할 수 있게 되었으며, 전력 소비량이 줄고, 금속 분류가 더욱 정확하게 이루어지게 되었다.

2004년 전자 기기 발표회에서는 Beat Balance와 Coil Coupled Operation이라는 두 가지 신형 모델이 발표되었다. 이들은 전자 기기 평론가이자 설계자인 토머스 스카버러에 의해 개발된 것으로, 유례없는 단순한 설계와 양호한 감도를 갖추고 있다고 한다.

참조

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