3.1 DETEKTOR KOVINE, KI PRIJEMA

Izraza "oddaj-sprejmi" in "odmev" v različnih iskalnih napravah je običajno povezan z metodami, kot sta impulzni odmev in radar, ki sta vir zmede, ko gre za detektorje kovin. V nasprotju z različnimi vrstami lokatorjev sta pri detektorjih kovin te vrste tako oddani signal (oddani) kot sprejeti signal (odbijen) neprekinjeni, obstajata hkrati in po frekvenci sovpadata.

3.1.1. Načelo delovanja

Načelo delovanja detektorjev kovin tipa "prenos-sprejem" je registrirati signal, ki ga odbije (ali, kot pravijo, ponovno oddaja) kovinski predmet (tarča), glej str. 225-228. Odsevni signal nastane zaradi vpliva na tarčo izmeničnega magnetnega polja oddajne (oddajne) tuljave detektorja kovin. Tako naprava te vrste pomeni prisotnost vsaj dveh tuljav, od katerih ena oddaja, druga pa sprejema.

Glavni temeljni problem, ki ga rešujejo tovrstni detektorji kovin, je takšna izbira medsebojne razporeditve tuljav, pri katerih magnetno polje oddajajoče tuljave v odsotnosti tujih kovinskih predmetov inducira ničelni signal v navojni kolut (ali v sistemu navijalnega koluta). Tako je treba preprečiti neposreden vpliv oddajne tuljave na sprejemno. Pojav kovinske tarče v bližini tuljav bo povzročil pojav signala v obliki spremenljive emf. v zbiralni tuljavi.

3.1.2. Senzorska vezja

Sprva se lahko zdi, da v naravi obstajata le dve možnosti za relativni položaj tuljav, pri katerih ni neposrednega prenosa signala z ene tuljave na drugo (glej sliki 1 a in 16) - tuljave s pravokotno in prečkano osi.

Riž. 1. Variante medsebojne razporeditve tuljav senzorja detektorja kovin po principu "prenos-sprejem".

Natančnejša študija problema pokaže, da je lahko toliko različnih sistemov senzorjev detektorjev kovin, vendar bodo vsebovali bolj zapletene sisteme z več kot dvema tuljavama, ki sta ustrezno električno povezani. Na primer, slika 1c prikazuje sistem ene oddajne (v sredini) in dveh sprejemnih tuljav, ki sta vklopljeni nasprotno s signalom, ki ga inducira oddajna tuljava. Tako je signal na izhodu sistema sprejemnih tuljav idealno enak nič, saj je emf, inducirana v tuljavah, se vzajemno kompenzirajo.

Posebej zanimivi so senzorski sistemi s komplanarnimi tuljavami (tj. ki se nahajajo v isti ravnini). To je posledica dejstva, da se detektorji kovin običajno uporabljajo za iskanje predmetov v tleh, senzor pa je mogoče spraviti na najmanjšo razdaljo do zemeljske površine le, če so njegove tuljave koplanarne. Poleg tega so takšni senzorji običajno kompaktni in se dobro prilegajo zaščitnim ohišjem za "palačinke" ali "leteči krožnik".

Glavne različice medsebojne razporeditve koplanarnih tuljav so prikazane na slikah 2a in 26. V diagramu na sliki 2a je medsebojna razporeditev tuljav izbrana tako, da je skupni tok vektorja magnetne indukcije skozi površino omejen s sprejemno tuljavo je enak nič. V vezju na sliki 26 je ena od tuljav (sprejemna) zvita v obliki "osmice", tako da skupni emf, induciran na polovicah zavojev sprejemne tuljave, ki se nahaja v enem krilu figure osem, kompenzira podobno skupno emf. z., inducirano v drugem krilu "osmice".

Riž. 2. Koplanarne variante medsebojne razporeditve tuljav detektorja kovin po principu "oddaj-sprejem".

Možne so tudi druge različne izvedbe senzorjev s koplanarnimi tuljavami, na primer slika 2c. Sprejemna tuljava se nahaja znotraj oddajne. EMF, induciran v sprejemni tuljavi kompenzirana s posebno transformatorsko napravo, ki izbere del signala iz oddajne tuljave.

3.1.3.1. Sistem kolutov s pravokotnimi osemi

Podrobneje razmislimo o interakciji senzorja detektorja kovin s kovinsko tarčo na primeru sistema tuljav z pravokotne osi, Slika 1 a. Zaradi poenostavitve razmislite o sistemu s tuljavami, katerih vzdolžne mere je mogoče zanemariti. Še naprej bomo šteliTreba je opozoriti, da sta oddajni in sprejemni tuljavi krožni neskončno tanki okvirji (glej sliko 3). Za tak okvir je vektor magnetnega momenta s tokom toka I v obliki:

Slika 3. Model oddajne tuljave.

Indukcija magnetnega polja, ki ga ustvari tau okvir na veliki razdalji r od njegovega središča (glej sliko 4), je:

Riž. 4. Komponente indukcijskega vektorja magnetnega polja oddajne tuljave.

ob predpostavki, da je r >> Ц S, indeksa "n" in "t" pa označujeta normalno in tangencialno komponento vektorja magnetne indukcije.

Razmislimo o interakciji oddajnega okvirja, sprejemnega okvirja in predmeta v primeru tuljav s pravokotnimi osmi (glej sliko 5).

Riž. 5. Medsebojna razporeditev tuljav senzorja detektorja kovin in predmeta (tarče).

Kot med osjo simetrije sistema tuljav in vektorjem indukcije polja B sevajoče tuljave je enak 2p, saj so sile zaradi razmerij (1.2) krogi in glede na predpostavko majhnih dimenzij od tuljav:

kjer je L tako imenovana osnova senzorja detektorja kovin (glej sliko 5).

3.1.3.2. Odboj signala zaradi prevodnosti objekta

Prevodni kovinski predmet, katerega dimenzije bodo za zdaj veljale tudi za majhne, ​​ki vsaj ne presegajo r in r "(glej sliko 5), z vidika ponovne emisije magnetnega polja lahko predstavimo kot enakovreden okvir s tokom I * , katerega vektor magnetnega momenta Pm * je praktično vzporeden z indukcijskim vektorjem sevalne tuljave B.

Vrednost Рm * je odvisna od velikosti prevodnega predmeta, njegove prevodnosti, od indukcije polja na mestu lokacije predmeta, od frekvence oddanega polja. Indukcija polja ponovne emisije ima komponento B0, ki ni nič, v središču sprejemne tuljave v smeri normalnega vektorja ns " , kar vodi do pojava emf v tej tuljavi, sorazmerne z določeno komponento:

Riž. 6. K izračunu magnetnega momenta enakovredne krogle.

Za izračun magnetnega momenta ekvivalentnega okvirja Рm * , treba je vzeti integral po celotni prostornini prevodnega objekta tako, da seštejemo prispevke vseh elementarnih obročnih tokov, ki jih inducira polje sevalne tuljave, k skupni vrednosti Pm *. Zaradi poenostavitve bomo domnevali, da je magnetno polje enakomerno po celotni prostornini prevodnega predmeta, to je, da se nahaja na precejšnji razdalji od oddajne tuljave. Da bi se izognili težavam z orientacijo predmeta, bomo za zdaj domnevali, da ima obliko homogene krogle (glej sliko B). Ob predpostavki, da je prevodni predmet odstranjen na precejšnji razdalji in od sprejemne tuljave, lahko zapišemo:

Zanemarjanje pojava samoindukcije, katerega vpliv bomo obravnavali v nadaljevanju, dobimo:

Da bi upoštevali pojav samoindukcije, za preprostost predpostavimo, da je ponovno oddano polje znotraj ciljnega objekta enakomerno in je glede na velikost magnetnega momenta (1.7):

Če v izraz (1.7) nadomestimo B-B "int namesto B, še vedno dobimo sorazmerno odvisnost popoldan * od B , vendar z nekoliko drugačnim koeficientom K1:

Indukcijska komponenta v središču sprejemne tuljave:

V kartezijanskem koordinatnem sistemu z začetkom na sredini osnove tuljavnega sistema (glej sliko 7) ima zadnji izraz obliko:

Predstavimo normalizirane koordinate:

Določimo do predznaka emf, inducirane v sprejemni tuljavi:

kjer je So površina prečnega prereza sprejemne tuljave, N je število njenih zavojev.

kje S je površina preseka sevalne tuljave, I je skupni tok vseh njenih obrne.

V tridimenzionalnem prostoru, ko ravnina XOY ni pravokotna na ravnino sprejemnega okvirja,

Riž. 7. Koordinatni sistem.

Slika 8. Roll usmerjenost predmeta.

3.1.3.3 Odboj signala zaradi feromagnetnih lastnosti predmeta

Feromagnetni predmet, katerega dimenzije bodo prav tako z vidika ukrivljenosti magnetnega polja veljale za majhne, ​​ki vsaj ne bodo presegale r in rў (glej sliko 5), lahko predstavimo kot enakovreden okvir z tok I *, katerega vektor magnetnega momenta je Pm * skoraj vzporeden z indukcijskim vektorjem sevalne tuljave B.

Vrednost Рm * je odvisna potem t dimenzije feromagnetnega predmeta, njegova magnetna prepustnost, od indukcije polja na mestu lokacije predmeta. Za izračun magnetnega momenta ekvivalentnega okvira Рm * je treba vzeti integral po celotni prostornini feromagnetnega predmeta, tako da seštejemo prispevke vseh amperskih tokov, ki nastanejo v feromagnetu pod vplivom zunanjega polje sevalne tuljave.Za sferičen homogen predmet dobimo:

kjer je B indukcija magnetnega polja, m - magnetna prepustnost materiala predmet, R je polmer predmeta - krogla.

Vsi zgoraj pridobljeni izrazi za prevodni objekt ostanejo veljavni, če jih vnesemo za ta primer:

3.1.3.4 Superpozicija prevodnih in feromagnetnih lastnosti predmeta

Ob hkratnem upoštevanju električno prevodnih in feromagnetnih lastnosti predmeta v obliki krogle dobimo naslednjo vrednost koeficienta K1:

Normalizacijski faktor K4, vključen v izraz za napetost v sprejemni tuljavi, je:

Številčna ocena (1.23) na primer kaže, da postanejo moduli izrazov v izrazu pri tipični frekvenci oddanega polja 10 (kHz) primerljivi pri polmeru sferičnega predmeta reda 1 (cm) in pod pogojem, da ima objekt feromagnetne lastnosti. Poleg tega odvisnost prvega izraza od Laplaceovega operaterja kaže, da se bo faza odbitega signala spreminjala glede na razmerje med električnimi in feromagnetnimi lastnostmi ciljnega predmeta, pa tudi od prevodnosti materiala in dimenzij predmeta. Načelo delovanja temelji na tem pojavu. diskriminatorji sodobni detektorji kovin, torej elektronske naprave, ki omogočajo fazni premik signala, ki se odbija od predmeta, za oceno lastnosti predmeta (z določeno verjetnostjo tudi vrste kovine).

3.1.3.5 Ob upoštevanju oblike predmeta

Prej dobljeni izrazi, kot je navedeno, so veljali le za obliko predmeta - tarče v obliki enotne krogle. Očitno se lahko učinek predmetov bolj zapletene oblike zmanjša na učinek neke enakovredne krogle s polmerom Req.

Napetost, inducirana v sprejemni tuljavi zaradi manifestacije le feromagnetnih lastnosti, je za sferični predmet sorazmerna z njegovo prostornino (glej izraz (1.22)). Zato je za ne preveč razširjene predmete bolj zapletene oblike v prvem približku se lahko šteje za enakovredno takšni krogli, katere prostornina sovpada z prostornino feromagneta za predmet kompleksne oblike. Ad hoc:

kjer je V prostornina feromagneta.

Situacija je bolj zapletena pri napetosti, ki jo inducira sprejemna tuljava zaradi ponovnega sevanja prevodnega predmeta. Kdaj velike predmete z dobro električno prevodnostjo izraz (1.9) in je zato tudi napetost, inducirana v sprejemni tuljavi, sorazmerna s prostornino predmeta (to je R ^ 3 ) po formuli (1.25) pa se izračuna tudi polmer enakovredne krogle. Kdaj majhni predmeti s slabo električno prevodnostjo pristop je drugačen. V tem primeru se splošni izraz (1.9) izrodi v poseben primer (1.8). Najprej razmislimo o vplivu sferične votline s polmerom Rп znotraj sferičnega predmeta na Req. Po principu superpozicije predstavljamo rezultat delovanja sferičnega predmeta z votlino kot razliko med rezultati delovanja polne krogle in krogle s polmerom Rп. V skladu z (1.8) velja naslednja relacija:

Slika 9 prikazuje grafe odvisnosti R / Req od R / D R za slabo električno prevodno votlo in za votlo feromagnetno kroglo. Iz grafa je razvidno, da za ne

Slika 9. Vpliv debeline stene votle krogle na enakovreden polmer.

pretankostenske kroglice iz slabo prevodnega materiala Req »R. Zato je v nasprotju s feromagnetno kroglo in kroglo visoke prevodnosti za slabo prevodno kroglo v prvem približku vseeno, ali je trdna ali votla. . Njegov vpliv na proces ponovnega oddajanja določa predvsem njegova linearna velikost, to je R. Zato lahko v primeru ne predolgih slabo prevodnih objektov kompleksnejše oblike, vključno z votlimi, v prvem približku upoštevamo enakovreden takšni krogli, katere polmer je enak polovici povprečne karakteristične velikosti predmeta.

Zgornji zaključek se v praksi dobro potrjuje v obliki pomembnega odziva detektorja kovin iz ostankov kovinske aluminijeve folije, ki so neznatni po masi, ki se tako rekoč sreča povsod, kjer je sodobna civilizacija pustila pečat.

3.1.3.6 Sistem prečnih navitkov

Riž. 10. Usmeritev zvitka senzorja.

Pogled vzdolž osi senzorja detektorja kovin s to razporeditvijo tuljav je prikazan na sliki 10. Za izračun takšne sheme je priročno uporabiti načelo superpozicije in razgraditi vektor magnetnega momenta oddajne tuljave in območje sprejemne tuljave na navpične in vodoravne komponente (projekcije, glej sliko 11).

Za horizontalno komponento bo projekcija indukcije polja v sprejemni Won tuljavi še naprej določena z razmerjem (1.4). Vendar pa drugačna usmeritev magnetnega momenta daje (do predznaka) rezultat:

kjer je K 2 se določi s formulo (1.11).

Navpična komponenta indukcije polja v sprejemni tuljavi Bov je pravokotna na vektorja r in r" in ni eksplicitno odvisna od kotov g in b:

Slika 11. Razgradnja magnetnega momenta in površine sprejemne tuljave na komponente.

EMF v sprejemni tuljavi Uo, natančno na predznak, je:

Od tu dobimo:

V kartezijanskem koordinatnem sistemu z začetkom na sredini osnove tuljavnega sistema (glej sliko 5) dobimo:

Z uvedbo normaliziranih koordinat (1.14) dobimo:

kjer je K 4 se izračuna po formuli (1.19) ali (1.24).

3.1.4. Praktični premisleki

Občutljivost detektor kovin je odvisen predvsem od njegovega senzorja. Za obravnavane možnosti senzorjev je občutljivost določena s formulama (1.20) in (1.33). Kadar je orientacija senzorja na predmet optimalna za vsak primer glede na kot nagiba y, je določena z istim koeficientom K4 in funkcijami normaliziranih koordinat F (X, Y) in G (X, Y) . Za primerjavo, kvadrat XO [-4,4], YO [-4,4], so moduli teh funkcij prikazani kot aksonometrični niz odsekov v logaritemskem merilu na slikah 12 in 13.

Prva stvar, ki vam pade v oči, so izraziti maksimumi v bližini lokacije senzorskih tuljav (0, + 1) in (0, -1). Maksimumi funkcij F (X, Y) in G (X, Y) niso praktičnega pomena in so zaradi lažje primerjave funkcij odrezani na ravni 0 (dB). Iz slik in analize funkcij F (X, Y) in G (X, Y) je razvidno tudi, da v označenem kvadratu modul funkcije F skoraj povsod nekoliko presega modul funkcije G, z izjemo najbolj oddaljenih točk na vogalih kvadrata in z izjemo ožjega območja blizu X = 0, kjer ima funkcija F "grapo".

Asimptotsko vedenje teh funkcij daleč od izhodišča je mogoče ponazoriti pri Y = 0. Izkazalo se je, da se modul funkcije F z razdaljo zmanjšuje sorazmerno z x ^ (- 7), modul funkcije G pa sorazmerno z x ^ (- 6). Na žalost se prednost občutljivosti funkcije G pokaže le na velikih razdaljah, ki presegajo praktično območje.

Riž. 12. Graf funkcije F (X, Y).

Slika 13. Graf funkcije G (X, Y).

detektor kovin. Iste vrednosti modulov F in G dobimo pri X »4,25.

"Rapa" funkcije F je velikega praktičnega pomena. Prvič, kaže, da ima senzor sistema tuljav s pravokotno osjo minimalno (teoretično nič) občutljivost na kovinske predmete, ki se nahajajo na njegovi vzdolžni osi. Seveda ti predmeti vključujejo tudi številne elemente samega senzorja. Posledično bo neuporabni signal, ki se odbije od njih, veliko manjši kot pri senzorju sistema tuljave navzkrižne osi. Slednje je zelo pomembno, glede na to, da lahko odsevni signal iz kovinskih elementov samega senzorja za več vrst velikosti preseže uporabni signal (zaradi bližine teh elementov do tuljav senzorja). Ne gre za to, da je neuporaben signal iz kovinskih elementov senzorja težko kompenzirati. Glavna težava je v najmanjših spremembah teh signalov, ki so običajno posledica toplotnih in predvsem mehanskih deformacij teh elementov. Te najmanjše spremembe so lahko že primerljive s koristnim signalom, ki bo pripeljal do napačnih odčitkov ali lažnih alarmov naprave.Drugič, če je bil s pomočjo detektorja kovin sistema tuljav s pravokotnimi osemi že zaznan majhen predmet , potem je mogoče z lahkoto slediti smeri njegove natančne lokacije "z ničelno vrednostjo signala detektorja kovin z natančno orientacijo njegove vzdolžne osi na predmet (za katero koli orientacijo vzdolž zvitka). Glede na to, da je območje "zajetja" senzorja med iskanjem lahko več kvadratnih metrov, je zadnja kakovost sistemaTeme tuljav s pravokotno osjo so v praksi precej uporabne (manj neuporabno izkopavanje).

Naslednja značilnost grafov funkcij F (X, Y) in G (X, Y) je prisotnost obročastega "kraterja" ničelne občutljivosti, ki poteka skozi središča tuljav (krog enote polmera s središčem na točki (0,0)). V praksi vam ta funkcija omogoča določitev razdalje do majhnih predmetov. Če se ugotovi, da na neki končni razdalji odbit signal izgine (z optimalno orientacijo zvitka), potem je razdalja do predmeta polovica osnove naprave, to je vrednost L / 2.

Prav tako je treba opozoriti, da so diagrami smeri glede na kot valjanja y za detektorje kovin z različnim relativnim položajem tuljav različni. Slika 14b prikazuje smerni diagram naprave s pravokotnimi osemi v bližini tuljav, na sliki 14a pa s prekrižanimi. Očitno je drugi diagram bolj zaželen, saj ima manj mrtvih con in manj rež.

Za oceno odvisnosti inducirane napetosti v sprejemni tuljavi od parametrov detektorja kovin in predmeta je potrebno analizirati izraz (1.19) za koeficient K4. Napetost, inducirana v sprejemni tuljavi, je sorazmerna (L / 2) ^ 6. Argumenti funkcij F in G so tudi normalizirani na vrednost L / 2, katere zmanjšanje se pojavi s 6. - 7. potenco razdalje. Zato v prvem približku, če so vse ostale enake, občutljivost detektorja kovin ni odvisna od njegove osnove.

Slika 14. Smerni vzorci za senzorje navitja sistemov tuljav:

S prekrižanimi osemi (a)

S pravokotnimi osmi (b).

Da bi analizirali selektivnost detektor kovin, to je njegova sposobnost razlikovanja predmetov iz različnih kovin ali zlitin, se morate sklicevati na izraz (1.23). Detektor lahko loči predmete po fazi odbitega signala. Za ločljivost naprave tipa meKer je bila maksimalna, je treba ustrezno izbrati frekvenco signala oddajne tuljave, tako da bo faza signala, ki se odbije od predmetov, približno 45 °. To je sredina razpona možnih sprememb v fazi prvega člena v izrazu (1.23) in tam je strmina fazno-frekvenčne karakteristike največja. Drugi člen v izrazu (1.23) je predpostavljen nič, saj nas pri iskanju zanima predvsem selektivnost glede na neželezne kovine – neferomagnete. Seveda optimalna izbira frekvence signala pomeni poznavanje tipične velikosti predvidenih objektov. Skoraj vsi tuji industrijski detektorji kovin uporabljajo takšno velikost kovanca. Optimalna frekvenca je:

Pri tipičnem premeru kovanca 25 (mm) je njegova prostornina približno 10 ^ (- 6) (m ^ 3), kar po formuli (1.25) ustreza ekvivalentnemu polmeru približno 0,6 (cm). Tako dobimo optimalno frekvenčno vrednost približno 1 (kHz) s prevodnostjo materiala kovanca 20 (n0mCh m). V industrijskih napravah je frekvenca običajno za red velikosti višja (zaradi tehnoloških razlogov).

3.1.5. sklepe

1. Za iskanje zakladov in relikvij je po mnenju avtorja boljši sistem tuljav s pravokotnimi osemi kot sistem tuljav s prekrižanimi osemi. Ob vseh drugih enakih pogojih ima prvi sistem nekoliko večjo občutljivost. Poleg tega je z njegovo pomočjo veliko lažje določiti (»vzemi smer iskanja«) točno smer, v kateri iščemo zaznani predmet.

2. Obravnavani sistemi tuljav imajo pomembno lastnost, ki omogoča oceno razdalje do majhnih predmetov z ničelnim odbitkom signala na razdalji do predmeta, ki je enaka polovici osnove.

3. Ob vseh drugih enakih pogojih (velikost in število zavojev tuljave, občutljivost sprejemne poti, trenutna vrednost in njena frekvenca v oddajni tuljavi) občutljivost detektorja kovin po principu "oddaj-sprejem" praktično ni odvisno od njegove osnove, torej od razdalje med tuljavami.

3.2 DETEKTOR KOVIN

Izraz "beat metal detektor" je odmev terminologije, ki je bila sprejeta v radijski tehniki od dni prvih superheterodinskih sprejemnikov. Utripi so pojav, ki se najbolj opazno pokaže, ko se dodata dva periodična signala z bližnjimi frekvencami in približno enakimi amplitudami in je sestavljen iz pulziranja amplitude celotnega signala. Frekvenca valovanja je enaka razliki med frekvencama dveh dodanih signalov. S prehajanjem takšnega pulzirajočega signala skozi usmernik (detektor) je mogoče izolirati signal razlike frekvence. To vezje je bilo dolgo tradicionalno, trenutno pa se zaradi razvoja sinhronih detektorjev običajno ne uporablja niti v radiotehniki niti v detektorjih kovin, čeprav je izraz "pretepanje" ostal do danes.

3.2.1. Načelo delovanja

Načelo delovanja detektorja kovin na udarce je zelo preprosto in je sestavljeno iz registracije frekvenčne razlike iz dveh generatorjev - od katerih je eden frekvenčno stabilen, drugi pa vsebuje senzor - induktivnost tuljavo v svojem vezju za nastavitev frekvence. Naprava je nastavljena tako, da v odsotnosti kovine v bližini senzorja frekvenci obeh generatorjev sovpadata ali sta zelo blizu vrednosti. Prisotnost kovine v bližini senzorja vodi do spremembe njegovih parametrov in posledično do spremembe frekvence ustreznega generatorja. Ta sprememba je običajno zelo majhna, vendar je sprememba frekvenčne razlike med obema generatorjema že pomembna in jo je mogoče zlahka zaznati.

Frekvenčno razliko lahko beležimo na različne načine, od najpreprostejšega, ko signal razlike frekvenc poslušamo na slušalkah ali prek zvočnika, do digitalnih metod merjenja frekvence.

3.2.2. Teoretični premisleki

Oglejmo si podrobneje detektor utripanja detektorja kovin, sestavljen iz ene tuljave (glej sliko 15).

Riž. 15. Interakcija detektorja kovin z eno tuljavo s predmetom.

Magnetna indukcija v središču tuljave je:

kjer Pm - magnetni moment, ki ga ustvari tok tuljave I, R0 - polmer tuljave, S - območje tuljave.

Zaradi interakcije s prevodnim in / ali feromagnetnim predmetom nastane dodatna indukcijska komponenta. Ker je mehanizem njegovega videza popolnoma enak kot v prej obravnavanem primeru detektorja kovin po principu "prenos - sprejem", lahko uporabite rezultate prejšnjega razdelka in zapišete za dodatno indukcijsko komponento:

kjer je K 1 - koeficient, izračunan po formuli (1.8), (1.9) ali (1.23).

Ker je koeficient K1 kompleksna funkcija, lahko relativno spremembo indukcije označimo kot funkcijo Laplaceovega operaterja:

Tako lahko impedanco tuljave senzorja detektorja kovin (brez upoštevanja ohmskega upora žice in kapacitivnosti od zavoja do zavoja) predstavimo kot:

kjer je L induktivnost tuljave brez vpliva predmeta.

Impedanca tuljave se spremeni pod vplivom predmeta. Pri detektorjih kovin se ta sprememba oceni s spremembo resonančne frekvence nihajnega LC-vezja, ki ga tvorita senzorska tuljava in kondenzator.

3.2.3. Praktični premisleki

Občutljivost detektorja kovin na utripe je določena z izrazi (1.36) - (1.38) in je poleg tega odvisna od parametrov pretvorbe spremembe impedance senzorja v frekvenco. Kot smo že omenili, je pretvorba običajno sestavljena iz pridobivanja razlike frekvence stabilnega oscilatorja in oscilatorja s senzorsko tuljavo v vezju za nastavitev frekvence. Zato so višje frekvence teh generatorjev, večja je frekvenčna razlika kot odziv na pojav kovinske tarče v bližini senzorja. Registriranje majhnih frekvenčnih odstopanj je težavno. Tako lahko na uho zanesljivo registrirate premik frekvence tonskega signala vsaj 10 (Hz). Vizualno lahko z utripanjem LED diode registrirate frekvenčni premik vsaj 1 (Hz). Na druge načinemožno je doseči registracijo in manjšo frekvenčno razliko, vendar bo ta registracija zahtevala precejšen čas, kar je nesprejemljivo za detektorje kovin, ki vedno delujejo v realnem času.

Selektivnost za kovine pri takšnih frekvencah, ki so zelo daleč od optimalne (1,34), je zelo šibka. Poleg tega s frekvenčnim premikom generatorja določite fazo odbojni signal je skoraj nemogoč. Zato selektivnost detektor kovin nima utripov.

Pozitivna stran prakse je preprostost zasnove senzorja in elektronskega dela detektorja kovin. Takšna naprava je lahko zelo kompaktna. Priročno ga je uporabljati, ko je nekaj že zaznala bolj občutljiva naprava. Če je odkriti predmet majhen in se nahaja dovolj globoko v tleh, se lahko med izkopavanji "izgubi", premakne. Da ne bi večkrat "prelistali" izkopavališča z obsežnim občutljivim detektorjem kovin, je priporočljivo na zadnji stopnji njihov napredek nadzorovati s kompaktno napravo za kratek doseg, ki lahko natančneje ugotovi lokacijo predmeta .

3.2.4. sklepe

1 . Detektorji utripov so manj občutljivi kot oddajno-sprejemni detektorji kovin.

2. Za vrste kovin ni selektivnosti.

3.3. DETEKTOR KOVINE INDUKCIJE Z ENO TUJANJO

3.3.1. Načelo delovanja

Beseda "indukcija" v imenu detektorjev kovin te vrste v celoti razkriva načelo njihovega delovanja, če se spomnimo pomena besede "inductio" (lat.) - vodenje. Naprava te vrste ima kot del senzorja eno tuljavo katere koli priročne oblike, ki jo vzbuja izmenični signal. Pojav kovinskega predmeta v bližini senzorja povzroči pojav odbitega (ponovno oddanega signala), ki "inducira" dodaten električni signal v tuljavi. Ostaja samo, da izberete ta dodatni signal.

Detektor kovin indukcijskega tipa je dobil pravico do življenja, predvsem zaradi glavne pomanjkljivosti naprav, ki temeljijo na principu "oddaj-sprejmi"-kompleksnosti zasnove senzorja. Ta zapletenost vodi bodisi do visokih stroškov in zahtevnosti izdelave senzorja bodisi do njegove nezadostne mehanske togosti, kar vodi v pojav lažnih signalov med gibanjem in zmanjša občutljivost naprave. Če si zadate cilj odpraviti to pomanjkljivost iz naprav na podlagi principa "prenos-sprejem", potem lahko pridete do nenavadnega zaključka - oddajne in sprejemne tuljave detektorja kovin je treba združiti v eno! Dejansko so v tem primeru zelo nezaželeni premiki in upogibi ene tuljave glede na drugo, saj je tuljava samo ena in hkrati oddaja in sprejema. Očitna je tudi izjemna preprostost senzorja. Cena za te prednosti je potreba po izolaciji uporabnega povratnega signala od veliko večjega vzbujevalnega signala oddajne/sprejemne tuljave.

Shematski diagram vhodnega dela

Odbiti signal je mogoče ločiti tako, da od električnega signala, ki je prisoten v tuljavi senzorja, odštejemo signal enake oblike, frekvence, faze in amplitude kot signal v tuljavi, če v bližini ni kovine. Kako je to mogoče izvesti na enega od načinov, je prikazano v obliki blokovnega diagrama na sl. 16.

Slika 16. Blok shema vhodne enote indukcijskega detektorja kovin

Generator ustvarja sinusno izmenično napetost s konstantno amplitudo in frekvenco. Pretvornik "napetost-tok" (PNT) pretvori napetost generatorja Ug v tok Ig , ki je nastavljen v nihajnem krogu senzorja. Nihajni krog je sestavljen iz kondenzatorja C in senzorske tuljave L. Njegova resonančna frekvenca je enaka frekvenci generatorja. Faktor pretvorbe PNT je izbran tako, da je napetost nihajnega kroga Ud enaka napetosti generatorja Ug (če v bližini senzorja ni kovine). Tako seštevalec odšteje dva signala iste amplitude, izhodni signal - rezultat odštevanja - pa je enak nič. Ko se v bližini senzorja pojavi kovina, se pojavi odbit signal (z drugimi besedami, spremenijo se parametri tuljave senzorja) in to vodi do spremembe napetosti nihajnega kroga Ud. Na izhodu se prikaže signal, ki ni nič.

Slika 16 prikazuje samo najpreprostejšo različico ene od shem vhodnega dela detektorjev kovin obravnavanega tipa, kot najpreprostejše. Namesto PNT v tem vezju je načeloma mogoče uporabiti upor za nastavitev toka. Za vklop senzorske tuljave se lahko uporabijo različna mostna vezja, seštevalniki z različnimi razmerji prenosa za invertne in neinvertirajoče vhode, delno aktiviranje nihajnega kroga itd. itd.

Na diagramu na sl. 16 se kot senzor uporablja oscilatorno vezje. To se naredi zaradi preprostosti, da se doseže ničelni fazni premik med signaloma Ug in Ud (vezje je nastavljeno na resonanco). Nihajno vezje lahko opustite s potrebo po natančni nastavitvi na resonanco in kot obremenitev PNT uporabite samo senzorsko tuljavo. Vendar pa mora biti ojačanje PNT v tem primeru kompleksno, da se popravi fazni premik za približno 90 °, ki izhaja iz induktivne narave obremenitve PNT.

3.3.2. Teoretični premisleki

Kot smo že omenili, je detektor kovin indukcijskega tipa mogoče predstaviti kot določen mejni primer detektorja kovin po principu "oddaj-sprejem", ko oddajna in sprejemna tuljava sovpadata. Zato se lahko mnogi rezultati oddelka 1.1 uporabijo za detektor kovin indukcijskega tipa. Poleg tega se indukcijski detektor kovin od utripajočega detektorja kovin razlikuje le po načinu snemanja odbitega signala, zato bodo nekateri rezultati iz razdelka 1.2 veljavni tudi za napravo indukcijskega tipa.

Interakcija tuljave detektorja kovin indukcijskega tipa s kovinskim predmetom je prikazana na sliki 15. Odbit signal lahko ocenimo z velikostjo indukcije magnetnega polja (1.36). Za razliko od naprav, ki temeljijo na principu "oddaja-sprejem", je velikost odbitega signala po predpostavki (1.3) odvisna samo od razdalje med objektom in senzorjem in ni odvisna od usmerjenosti senzorja proti objektu.

Dodatna napetost, ki jo v tuljavi senzorja inducira odbit signal, se izračuna po formuli (1.17), kjer je indukcija odbitega signala enaka (1.36). Brez upoštevanja znaka je ta napetost:

kjer je p Laplaceov operater, I - tok v tuljavi, r je razdalja med senzorjem in predmetom, S je površina tuljave, N je število njenih zavojev, R je ekvivalentni polmer predmeta, KS - koeficient, izračunan po formuli (1.23).

3.3.3. Praktični premisleki

Napetostni odziv naprave na kovinski predmet je v skladu s formulo (1.39) obratno sorazmeren s šesto potenco razdalje. To pomeni, da je praktično enak kot pri detektorjih kovin po principu "oddaj-sprejem". Načelo snemanja odbitega signala je podobno. Zato teoretično občutljivost indukcijski detektor kovin je enak kot pri oddajno-sprejemnih instrumentih.

Teoretična razmišljanja o selektivnost, podani v razdelku 1.1 za detektor kovin po principu "oddaj-sprejem", veljajo tudi za indukcijski detektor kovin. Selektivnost je določena s koeficientom (1.23), ki je vključen v formulo (1.39) za napetost uporabnega odbitega signala.

Od oblikovnih značilnosti je treba omeniti preprostost oblikovanja senzor detektorja kovin. Cena za preprostost, kot je navedeno zgoraj, je potreba po izolaciji majhnega uporabnega signala v ozadju velikega električnega vzbujalnega signala senzorske tuljave detektorja kovin. Če upoštevamo, da lahko razmerje amplitud teh signalov doseže 105 ... 106, potem je jasno, da za praksa, to ni lahka, čeprav dokaj rešljiva naloga. Kompleksnost Rešitev tega problema je v tem, da se tuljava senzorja detektorja kovin ne odziva le na koristen odbit signal, temveč tudi na vsako spremembo njegovih parametrov. Na srečo je občutljivost indukcijskega detektorja kovin na mehanske deformacije veliko nižja kot pri instrumentih za oddajanje in sprejem. Pojavi pa se problem temperaturne občutljivosti senzorja, značilnega za indukcijski detektor kovin. Dejstvo je, da ohmski upor žice (običajno bakrene), s katero je navita senzorska tuljava, s povečanjem temperature narašča skoraj linearno. Te relativno počasne spremembe impedance in napetosti senzorja, ki jih povzročajo neizogibna temperaturna nihanja, so same po sebi zelo majhne, ​​vendar so primerljive ali celo večje od želenega signala. Tako postane problem kompenzacije temperaturnega odstopanja impedance tuljave senzorja detektorja kovin nujen.

3.4. DRUGE VRSTE DETEKTORJEV KOVIN

Prvo vprašanje, ki se pojavi pri človeku, ko se seznani s pomanjkljivostmi in omejitvami določenih detektorjev kovin, zveni približno takole: "Katera druga načela in naprave, ki temeljijo na njih, obstajajo za daljinsko odkrivanje kovinskih predmetov?" Vprašanje je logično, a spodnji odgovor verjetno ne bo preveč razveselil radovednega bralca.

Impulzni detektorji kovin

V treh vrstah elektronskih detektorjev kovin, o katerih smo govorili prej, je odsevni signal ločen od oddanega. bodisi geometrijsko - zaradi relativnega položaja sprejemnih in oddajnih tuljav ali z uporabo posebnih kompenzacijskih shem. Očitno lahko obstaja začasna metoda ločevanja oddanih in odbitih signalov. Ta metoda se pogosto uporablja, na primer v impulznem odmevu in radarju. Pri lociranju je mehanizem zakasnitve odbitega signala posledica znatnega časa širjenja signala do predmeta in nazaj. Vendar pa je v primeru detektorjev kovin lahko tak mehanizem tudi pojav samoindukcije v prevodnem objektu. Po izpostavljenosti impulzu magnetne indukcije se v prevodnem objektu pojavi zadušen tokovni impulz in se nekaj časa vzdržuje zaradi pojava samoindukcije, ki povzroči časovno zakasnjeni odbit signal. Tako je mogoče predlagati še eno shemo detektorja kovin, ki se bistveno razlikuje od tistih, ki smo jih prej obravnavali po metodi odsekasignali. Tak detektor kovin se imenuje impulz. Sestavljen je iz generatorja tokovnih impulzov, sprejemne in oddajne tuljave, preklopne naprave in enote za obdelavo signalov.

Generator tokovnih impulzov generira kratke milisekundne tokovne impulze, ki vstopijo v oddajno tuljavo, kjer se pretvorijo v impulze magnetne indukcije. Ker ima oddajna tuljava - obremenitev impulznega generatorja izrazit induktivni značaj, se na impulznih frontah generatorja pojavijo preobremenitve v obliki napetostnih sunkov. Takšni izbruhi lahko dosežejo več sto (!) Voltov v amplitudi, vendar je uporaba zaščitnih omejevalnikov nesprejemljiva, saj bi to povzročilo zamudo na sprednji strani tokovnega impulza in magnetne indukcije ter na koncu otežilo ločitev odbitega signal.

Sprejemna in oddajna tuljava se lahko medsebojno nahajata povsem poljubno, saj sta neposreden prodor oddanega signala v sprejemno tuljavo in učinek odbitega signala nanjo časovno ločena. Načeloma lahko ena tuljava deluje tako kot sprejemna kot oddajna, vendar bo v tem primeru veliko težje ločiti visokonapetostna izhodna vezja generatorja tokovnih impulzov in občutljiva vhodna vezja.

Preklopna naprava je zasnovana tako, da izvaja zgoraj omenjeno ločevanje oddanih in odbitih signalov. Blokira vhodna vezja naprave za določen čas, ki je določen s trajanjem tokovnega impulza v oddajni tuljavi, časom praznjenja tuljave in časom, v katerem senjihovi odzivi iz masivnih šibko prevodnih predmetov, kot je zemlja. Po preteku tega časa mora stikalna naprava zagotoviti neoviran prenos signala od sprejemne tuljave do procesne enote. signal.

Enota za obdelavo signala je zasnovana tako, da pretvori vhodni električni signal v obliko, ki je primerna za človeško zaznavanje. Lahko je zasnovan na podlagi rešitev, ki se uporabljajo v drugih vrstah detektorjev kovin.

Pomanjkljivosti impulznih detektorjev kovin vključujejo težave pri praktičnem uresničevanju razlikovanja predmetov glede na vrsto kovine, zapletenost opreme za generiranje in preklapljanje visoko amplitudnih tokovnih in napetostnih impulzov ter visoko stopnjo radijskih motenj.

Magnetometri

Magnetometri so široka skupina instrumentov, zasnovanih za merjenje parametrov magnetnega polja (na primer modula ali komponent vektorja magnetne indukcije). Uporaba magnetometrov kot detektorjev kovin temelji na pojavu lokalnega popačenja naravnega magnetnega polja Zemlje s feromagnetnimi materiali, kot je železo. Ko s pomočjo magnetometra odkrijemo običajno za določeno območje odklon od modula ali smeri vektorja magnetne indukcije zemeljskega polja, lahko z gotovostjo trdimo o prisotnosti neke magnetne nehomogenosti (anomalije), ki lahko povzroči železen predmet.

V primerjavi s prej obravnavanimi detektorji kovin imajo magnetometri veliko večji doseg. odkrivanje železnih predmetov. Zelo impresivno je vedeti, da je s pomočjo magnetometra mogoče registrirati majhne žeblje za čevlje s prtljažnika na razdalji 1 (m), avtomobil pa - na razdalji 10 (m)! Tako veliko območje zaznavanja je razloženo z dejstvom, da je homogeno magnetno polje Zemlje analogno oddajnemu polju običajnih detektorjev kovin za magnetometre, zato je odziv naprave na železni predmet obratno sorazmeren ne šesti, ampak na tretjo potenco razdalje.

Temeljna pomanjkljivost magnetometrov je nezmožnost zaznavanja predmetov iz neželeznih kovin z njihovo pomočjo. Poleg tega, tudi če nas zanima samo železo, je uporaba magnetometrov za iskanje težavna. Prvič, v naravi obstaja veliko različnih naravnih magnetnih anomalij različnih obsegov (posamezni minerali, nahajališča mineralov itd.), Drugič, magnetometri so običajno obsežni in niso zasnovani za delovanje v gibanju.

Za ponazoritev neuporabnosti magnetometrov pri iskanju zakladov in relikvij lahko navedemo naslednji primer. S pomočjo navadnega kompasa, ki je v bistvu najpreprostejši magnetometer, lahko registrirate navadno železno vedro na razdalji približno 0,5 (m), kar je samo po sebi dober rezultat. Vendar (!) Poskusite s kompasom poiskati isto vedro, skrito pod zemljo v resničnih pogojih!

Radarji

Znano je, da je s pomočjo sodobnih radarjev mogoče zaznati objekt, kot je letalo, na razdalji več sto kilometrov. Postavlja se vprašanje: ali sodobna elektronika res ne omogoča ustvarjanja kompaktne naprave, ki je po dosegu zaznavanja precej slabša od sodobnih stacionarnih radarjev, vendar nam omogoča odkrivanje predmetov, ki nas zanimajo (glej naslov knjige)? Odgovor so številne publikacije, ki opisujejo takšne naprave.

Zanje je značilna uporaba dosežkov sodobne mikrovalovne mikroelektronike, računalniška obdelava prejetega signala. Uporaba sodobnih visokih tehnologij praktično onemogoča samostojno izdelavo teh naprav. Poleg tega njihove velike dimenzije še ne omogočajo široke uporabe na terenu.

Prednosti radarjev vključujejo bistveno večji doseg zaznavanja, odbojni signal v grobem približku lahko štejemo za skladen z zakoni geometrijske optike in njegovo slabljenje ni sorazmerno s šesto ali celo tretjo, temveč le z drugo potenco razdalje. .

3.3.4. sklepe

1. Indukcijski detektorji kovin združujejo visoko občutljivost in selektivnost detektorjev kovin po načelu "oddaj-sprejmi" in preprostost zasnove senzorja utripanja detektorjev kovin.

2. Problem kompenzacije temperaturnega odmika parametrov tuljave senzorja detektorja kovin postaja nujen.

Predlagani detektor kovin je zasnovan za "daljno" iskanje relativno velikih predmetov. Sestavljen je po najpreprostejši shemi brez diskriminatorja za vrste kovin. Naprava je enostavna za izdelavo.

Globina zaznavanja je:

• pištola - 0,5 m;
• čelada -1 m;
• vedro - 1,5 m.

Strukturna shema

Blok diagram je prikazan na sl. 4. Sestavljen je iz več funkcionalnih blokov.

Riž. 4. Blok shema detektorja kovin po principu "prenos-sprejem".

Odškodninska shema je zasnovana tako, da jo odpravi. Pomen njegovega delovanja je, da se del signala iz izhodnega nihajnega kroga pomeša v signal sprejemnega ojačevalnika, da se zmanjša (v idealnem primeru na nič) izhodni signal sinhronega detektorja v odsotnosti kovinskih predmetov. blizu senzorja. Kompenzacijski tokokrog se nastavi s pomočjo nastavitvenega potenciometra.

Sinhroni detektor pretvori uporaben izmenični signal iz izhoda sprejemnega ojačevalnika v konstanten signal. Pomembna značilnost sinhronega detektorja je zmožnost izolacije koristnega signala v ozadju hrupa in motenj, ki po amplitudi bistveno presegajo uporabni signal. Referenčni signal sinhronega detektorja se vzame z drugega izhoda obročnega števca, katerega signal je 90 ° izven faze glede na prvi izhod. Dinamični razpon variacije uporabnega signala tako na izhodu sprejemne tuljave kot na izhodu sinhronega detektorja je zelo širok. Da bi kazalna naprava - kazalna naprava ali zvočni indikator - enako dobro registrirala tako zelo šibke signale kot zelo (na primer 100-krat) močnejše signale, je treba imeti napravo, ki stisne dinamični razpon kot del napravo. Takšna naprava je nelinearni ojačevalnik, katerega amplitudna značilnost se približuje logaritemski. Na izhod nelinearnega ojačevalnika je priključen merilnik.

Oblikovanje indikacijskega zvočnega signala se začne z minimalnim omejevalnikom, t.j. blok z mrtvim pasom za majhne signale. To pomeni, da se zvočna indikacija vklopi samo za signale, ki presegajo določen prag amplitude. Tako šibki signali, povezani predvsem z gibanjem naprave in njenimi mehanskimi deformacijami, ne dražijo sluha. Generator referenčnega signala zvočne indikacije generira pakete pravokotnih impulzov s frekvenco 2 kHz s hitrostjo ponovitve paketov 8 Hz. S pomočjo uravnoteženega modulatorja se ta referenčni signal pomnoži z izhodnim signalom omejevalnika na minimum in tako nastane signal želene oblike in amplitude. Ojačevalnik piezo-oddajnika poveča amplitudo signala, ki se dovaja na akustični pretvornik - piezo-oddajnik.

Shematski diagram

Riž. 5. Shematski diagram vhodnega bloka detektorja kovin po principu "oddaj-sprejmi" (kliknite za povečavo)

Generator

Generator je sestavljen na logičnih elementih 2I-NE D1.1-D1.4. Frekvenco generatorja stabilizira kvarčni ali piezokeramični resonator Q z resonančno frekvenco 215 Hz "32 kHz (" clock crystal "). Vezje R1C1 preprečuje, da bi se generator vzbudil pri višjih harmonikah. Upor R2 zapre vezje OOS , skozi resonator Q - vezje PIC Generator je preprost, nizka poraba toka iz vira napajanja, zanesljivo deluje pri napajalni napetosti 3 ... 15 V, ne vsebuje prirezovalnih elementov in previsoko uporovnih uporov. izhodna frekvenca generatorja je približno 32 kHz.

Števec obročev

Števec obročev ima dve funkciji. Najprej deli frekvenco oscilatorja s 4, do frekvence 8 kHz. Drugič, generira dva signala, ki sta drug glede na drugega izven faze za 90 °. En signal se uporablja za vzbujanje nihajnega kroga z oddajno tuljavo, drugi se uporablja kot referenčni signal za sinhroni detektor. Števec obročev je sestavljen iz dveh D-japonk D2.1 in D2.2, zaprtih v obroč z inverzijo signala vzdolž obroča. Signal ure je skupen za obe natikači. Vsak izhod iz prvega flip-flopa D2.1 je fazno zamaknjen plus ali minus za četrtino obdobja (tj. 90 °) glede na kateri koli izhod drugega natikača D2.2.

ojačevalnik

Ojačevalnik moči je sestavljen na operacijskem ojačevalniku (OA) D3.1. Nihajni krog z sevalno tuljavo tvorijo elementi L1C2. Parametri induktorja so podani v tabeli. 2. Znamka žice navitij - PELSHO 0,44.

Tabela 2. Parametri induktivnih tuljav senzorja

V OC vezju ojačevalnika je izhodni oscilatorni krog vklopljen le za 25%, zaradi veje od 50. obrata sevalne tuljave L1. To vam omogoča, da povečate amplitudo toka v tuljavi s sprejemljivo vrednostjo kapacitivnosti natančnega kondenzatorja C2.

Vrednost izmeničnega toka v tuljavi nastavi upor R3. Ta upor mora imeti minimalno vrednost, vendar takšno, da op-amp močnostnega ojačevalnika ne pade v način omejevanja izhodnega signala s tokom (ne več kot 40 mA) ali, - kar je najverjetneje s priporočenimi parametri induktorja L1, - z napetostjo (ne več kot ± 3,5 V z napetostjo baterije ± 4,5 V). Če želite zagotoviti, da ni omejevalnega načina, je dovolj, da z osciloskopom preverite valovno obliko na izhodu op-amp D3.1. Med normalnim delovanjem ojačevalnika mora biti na izhodu prisoten signal, ki je blizu sinusnega vala. Vrhovi sinusoidnih valov morajo biti gladki in ne smejo biti odrezani. OA korekcijsko vezje D3.1 je sestavljeno iz korekcijskega kondenzatorja C3 z zmogljivostjo 33 pF.

Sprejemni ojačevalnik

Sprejemni ojačevalnik je dvostopenjski. Prva stopnja je narejena na op-amp D5.1. Ima visoko vhodno impedanco zaradi dosledne povratne napetosti. S tem se odpravi izguba uporabnega signala zaradi ranžiranja oscilatornega kroga L2C5 z vhodno impedanco ojačevalnika. Napetostni dobiček prve stopnje je: Ku = (R9 / R8) + 1 = 34. Korekcijski tokokrog op-amp D5.1 je sestavljen iz korekcijskega kondenzatorja C6 z zmogljivostjo 33 pF.

Druga stopnja sprejemnega ojačevalnika temelji na op-amp D5.2 z vzporedno napetostno povratno informacijo. Vhodna impedanca druge stopnje: Rin = R10 = 10 kOhm - ni tako kritična kot prva, zaradi nizke impedance njenega vira signala. Blokirni kondenzator C7 ne le preprečuje kopičenje statične napake v stopnjah ojačevalnika, ampak tudi popravlja njegov fazni odziv. Kapacitivnost kondenzatorja je izbrana tako, da fazni napredek, ki ga ustvari vezje C7R10 pri delovni frekvenci 8 kHz, kompenzira fazni zamik, ki ga povzroča končna hitrost operacijskih ojačevalcev D5.1 in D5.2.

Druga stopnja sprejemnega ojačevalnika zaradi svojega vezja omogoča enostavno seštevanje (mešanje) signala iz kompenzacijskega vezja skozi upor R11. Dobitek druge stopnje glede na napetost uporabnega signala je: Ку = - R12 / R10 = -33, glede na napetost kompenzacijskega signala: Куk = - R12 / R11 = - 4. Korekcijski vezje op. -amp D5.2 je sestavljen iz korekcijskega kondenzatorja C8 z zmogljivostjo 33 pF ...

Stabilizacijsko vezje

Kompenzacijsko vezje je izdelano na OA D3.2 in je pretvornik s Ku = - R7 / R5 = -1. Nastavitveni potenciometer R6 je povezan med vhodom in izhodom tega pretvornika in vam omogoča, da odstranite signal, ki leži v območju [-1, + 1] iz izhodne napetosti op-amp D3.1. Izhodni signal kompenzacijskega vezja z drsnika nastavitvenega potenciometra R6 se napaja na kompenzacijski vhod druge stopnje sprejemnega ojačevalnika (na upor R11).

Z nastavitvijo potenciometra R6 dosežejo ničelno vrednost na izhodu sinhronega detektorja, kar približno ustreza kompenzaciji nezaželenega signala, ki je prodrl v sprejemno tuljavo. OA korekcijski tokokrog D3.2 je sestavljen iz korekcijskega kondenzatorja C4 z zmogljivostjo 33 pF.

Sinhroni detektor

Sinhroni detektor je sestavljen iz uravnoteženega modulatorja, integracijskega vezja in ojačevalnika konstantnega signala (DCA). Uravnoteženi modulator je izveden na osnovi večnamenskega stikala D4, izdelanega po integrirani tehnologiji s komplementarnimi tranzistorji s poljskim učinkom, tako kot krmilna diskretna vrata in kot analogna stikala. Stikalo deluje kot analogno stikalo. S frekvenco 8 kHz izmenično zapira izhode "trikotnika" integrirnega vezja, sestavljenega iz uporov R13 in R14 ter kondenzatorja C10, na skupno vodilo. Signal referenčne frekvence se dovaja na uravnotežen modulator z enega od izhodov števca obročev.

Signal na vhod "trikotnika" integrirnega vezja prihaja skozi blokirni kondenzator C9 iz izhoda sprejemnega ojačevalnika. Časovna konstanta integrirnega vezja je t = R13 * C10 = R14 * C10. Po eni strani naj bo čim večja, da bi čim bolj zmanjšali vpliv hrupa in motenj. Po drugi strani pa ne sme preseči določene meje, ko vztrajnost integrirnega vezja preprečuje sledenje hitrim spremembam amplitude uporabnega signala.

Najvišja stopnja spremembe amplitude uporabnega signala je lahko označena z določenim minimalnim časom, v katerem lahko pride do te spremembe (od stabilne vrednosti do največjega odstopanja), ko se senzor detektorja kovin premakne glede na kovinski predmet. Očitno bo največja stopnja spremembe amplitude uporabnega signala opažena pri največji hitrosti gibanja senzorja. Za gibanje "nihala" senzorja na palici lahko doseže 5 m / s. Čas spremembe amplitude uporabnega signala lahko ocenimo kot razmerje med bazo senzorja in hitrostjo gibanja. Če postavimo minimalno vrednost osnove senzorja na 0,2 m, dobimo najmanjši čas za spreminjanje amplitude uporabnega signala 40 ms. To je nekajkrat več od časovne konstante integrirnega vezja za izbrane vrednosti uporov R13, R14 in kondenzatorja C10. Posledično vztrajnost integrirnega vezja ne bo izkrivila dinamike niti najhitrejših od vseh možnih sprememb amplitude uporabnega signala senzorja detektorja kovin.

Izhodni signal integriranega vezja se vzame iz kondenzatorja CU. Ker ima slednji obe plošči pod "plavajočimi potenciali", je UPS diferencialni ojačevalnik, ki temelji na op-amp D6. Poleg ojačanja konstantnega signala UPS opravlja tudi funkcijo nizkoprepustnega filtra (LPF), ki dodatno oslabi neželene visokofrekvenčne komponente na izhodu sinhronega detektorja, ki so predvsem povezane z nepopolnostjo uravnoteženega modulatorja .

LPF je realiziran zahvaljujoč kondenzatorjem C11, C13. Za razliko od drugih enot detektorja kovin mora biti OA UPS po svojih parametrih blizu natančnosti OA. To se nanaša predvsem na vhodni tok, odmik napetosti in odmik napetosti. Dobra možnost, ki združuje dobre parametre in relativno razpoložljivost, je operacijski ojačevalnik tipa K140UD14 (ali KR140UD1408). Korekcijski tokokrog OA D6 je sestavljen iz 33pF korekcijskega kondenzatorja C12.

Nelinearni ojačevalnik

Nelinearni ojačevalnik temelji na op-amp D7.1 z nelinearno povratno napetostjo. Nelinearni OOS se izvaja z dvopolno napravo, sestavljeno iz diod VD1-VD8 in uporov R20-R24. Amplitudna karakteristika nelinearnega ojačevalnika se približuje logaritemski. Je linearni približek logaritmične zveze s štirimi prelomnimi točkami za vsako polarnost. Zaradi gladke oblike tokovno-napetostnih lastnosti diod se amplitudna karakteristika nelinearnega ojačevalnika zgladi na prelomnih točkah. Ojačanje napetosti majhnega signala nelinearnega ojačevalnika je: Куk = - (R23 + R24) / R19 = -100. Ko se amplituda vhodnega signala poveča, se ojačenje zmanjša. Diferencialni dobiček za velik signal je: dUout / dUin = - R24 / R19 = = -1. Na izhod nelinearnega ojačevalnika je priključen merilnik številčnice - mikroampermeter z dodatnim uporom R25, povezanim zaporedno. Ker ima napetost na izhodu sinhronega detektorja lahko poljubno polarnost (odvisno od faznega premika med njegovim referenčnim in vhodnim signalom), se uporablja mikroampermeter z ničlo na sredini lestvice. Tako ima merilnik številčnice območje indikacije -100 ... 0 ... +100 μA. OA korekcijsko vezje D7.1 je sestavljeno iz korekcijskega kondenzatorja C18 z zmogljivostjo 33 pF.

Minimalni omejevalnik

Minimalni omejevalnik je implementiran na op-amp D7.2 z nelinearnim vzporednim OOS v napetosti.Nelinearnost je vsebovana v vhodnem dvopolu in je sestavljena iz dveh antiparalelno povezanih diod VD9, VD10 in upora R26.

Riž. 6. Shematski diagram indikacijske enote detektorja kovin, ki temelji na principu "oddaj-sprejmi" (kliknite za povečavo)

Tvorba zvočnega indikacijskega signala iz izhodnega signala nelinearnega ojačevalnika se začne z še eno korekcijo amplitudne značilnosti ojačevalnega vezja. V tem primeru se na območju majhnih signalov oblikuje mrtva cona. To pomeni, da se zvočni signal vklopi samo za signale, ki presegajo določen prag. Ta prag je določen

enosmerna napetost diod VD9, VD10 in je približno 0,5 V. Tako so šibki signali, povezani predvsem z gibanjem naprave in njenimi mehanskimi deformacijami, odrezani in ne dražijo sluha.

Najmanjši dobiček signala omejevalnika je nič. Diferencialni dobiček napetosti za velik signal je: dUout / dUin = - R27 / R26 = -1. OA korekcijsko vezje D7.2 je sestavljeno iz korekcijskega kondenzatorja C19 z zmogljivostjo 33 pF.

Uravnotežen modulator

Zvočni signal se ustvari na naslednji način. Stalni ali počasi spreminjajoči se signal na izhodu omejevalnika se na minimumu pomnoži z referenčnim signalom zvočne indikacije. Referenčni signal definira obliko zvočnega signala, izhod minimalnega omejevalnika pa amplitudo. Množenje obeh signalov se izvede z uravnoteženim modulatorjem. Izveden je na večnamenskem stikalu D11, ki deluje kot analogno stikalo, in op-amp D8.1. Koeficient prenosa naprave je +1, ko je ključ odprt in -1, ko je zaprt. OA korekcijsko vezje D8.1 je sestavljeno iz korekcijskega kondenzatorja C20 z zmogljivostjo 33 pF.

Generator referenčnih signalov

Oblikovalec referenčnega signala je implementiran na binarnem števcu D9 in števcu D10. Števec D9 deli frekvenco 8 kHz od izhoda števca obroča na 2 kHz in 32 Hz. Signal s frekvenco 2 kHz gre na najmanjši pomemben bit AO naslova večfunkcijskega stikala D11 in tako nastavi tonski signal z najbolj občutljivo frekvenco za človeško uho. Ta signal bo vplival na analogno stikalo uravnoteženega modulatorja samo, če je na višjem bitu naslova A1 večfunkcijskega stikala D11 prisotna logika 1. Pri logični ničli na A1 je analogno stikalo uravnoteženega modulatorja ves čas odprto .

Zvočni indikacijski signal se oblikuje občasno, da zmanjša utrujenost sluha. Za to se uporablja števec dekoder D10, ki se krmili z urno frekvenco 32 Hz iz izhoda binarnega števca D9 in na svojem izhodu oblikuje pravokoten signal s frekvenco 8 Hz in razmerjem trajanja logično enoto in logično ničlo, ki je enaka 1/3. Izhodni signal števca dekoderja D10 gre na najpomembnejši bit naslova A1 večfunkcijskega stikala D11 in občasno prekine nastanek tonskega izbruha v uravnoteženem modulatorju.

Piezo emiterski ojačevalnik

Ojačevalnik piezoelektričnega oddajnika je implementiran na op-amp D8.2. Gre za pretvornik z napetostnim dobičkom Ki = - 1. Obremenitev ojačevalnika, piezoelektrični oddajnik, je povezana v premostitvenem vezju med izhodoma op-amp D8.1 in D8.2. To vam omogoča, da podvojite amplitudo izhodne napetosti na obremenitvi. Stikalo S je namenjeno izklopu zvočne indikacije (na primer pri nastavitvi). OA korekcijsko vezje D8.2 je sestavljeno iz korekcijskega kondenzatorja C21 z zmogljivostjo 33 pF.

Vrste delov in konstrukcija

Vrste uporabljenih mikrovezji so podane v tabeli. 3. Namesto mikrovezja serije K561 je mogoče uporabiti mikrovezja serije K1561. Lahko poskusite uporabiti nekaj mikrovezji serije K176 in tuje kolege.

Tabela 3. Vrste uporabljenih mikrovezij

Dvojni operacijski ojačevalniki (OA) serije K157 je mogoče zamenjati s katerim koli enim splošnim operacijskim ojačevalnikom podobnih parametrov (z ustreznimi spremembami v pinoutu in korekcijskih vezjih), čeprav je uporaba dvojnih operacijskih ojačevalcev bolj priročna ( poveča se gostota namestitve).

Operacijski ojačevalnik sinhronega detektorja D6, kot je bilo že omenjeno, mora biti po svojih parametrih blizu natančnega op-amp. Poleg vrste, navedene v tabeli, so primerni K140UD14, 140UD14. OU K140UD12, 140UD12, KR140UD1208 je mogoče uporabiti v ustrezni shemi ožičenja.

Za upore, ki se uporabljajo v vezju detektorja kovin, ni posebnih zahtev. Imeti morajo le trdno strukturo in biti enostavni za namestitev. Nazivna disipacija moči 0,125 ... 0,25 W.

Kompenzacijski potenciometer R6 je zaželen večobratni tip SP5-44 ali z nastavkom tipa SP5-35. To lahko storite z običajnimi potenciometri katere koli vrste. V tem primeru je priporočljivo uporabiti dva od njih. Ena - za grobo nastavitev, nazivna 10 kOhm, vključena v skladu z diagramom. Druga je za fino nastavitev, priključena v skladu z reostatskim vezjem v reži enega od skrajnih priključkov prvega potenciometra z nazivno vrednostjo 0,5 ... 1 kOhm.

Kondenzatorji C15, C17 so elektrolitski. Priporočene vrste so K50-29, K50-35, K53-1, K53-4 in druge manjše. Preostali kondenzatorji, razen kondenzatorjev nihajnih krogov sprejemne in oddajne tuljave, so keramični tip K10-7 (do 68 nF) in kovinsko-filmski tip K73-17 (nazivi nad 68 nF). Kondenzatorji vezja - C2 in C5 - so posebni. Imajo visoke zahteve glede natančnosti in toplotne stabilnosti. Vsak kondenzator je sestavljen iz več (5 ... 10 kosov) kondenzatorjev, povezanih vzporedno. Nastavitev tokokrogov v resonanco se izvede z izbiro števila kondenzatorjev in njihove vrednosti. Priporočena vrsta kondenzatorjev je K10-43. Njihova skupina termične stabilnosti je MPO (tj. približno nič TKE). Možno je uporabiti natančne kondenzatorje drugih vrst, na primer K71-7. Na koncu lahko poskusite uporabiti stare termostabilne sljudne kondenzatorje s srebrnimi ploščami, kot sta KCO ali polistirenski kondenzatorji.

Diode VD1-VD10 tipa KD521, KD522 ali podoben silicij majhne moči.

Mikroampermeter - kateri koli tip, ocenjen za tok 100 μA z ničlo na sredini lestvice. Mikroampermetri majhne velikosti, na primer tipa M4247, so priročni.

Kremenčev resonator Q - vsak kvarc za uro majhne velikosti (podobni kvarčni resonatorji se uporabljajo v prenosnih elektronskih igrah).

Stikalo za vklop - vse vrste majhne velikosti. Baterije so tipa 3R12 (po mednarodni oznaki) in "kvadrat" (po naši oznaki).

Piezo oddajnik Y1 - lahko je tipa ZP1-ZP18. Dobre rezultate dobimo z uporabo piezo oddajnikov uvoženih telefonov (v izdelavi telefonov z ID klicatelja gredo v ogromne količine v odpadek).

Zasnova naprave je lahko precej poljubno. Pri razvoju je priporočljivo upoštevati spodnja priporočila, pa tudi odstavke o senzorjih in zasnovi ohišja.

Videz naprave je prikazan na sl. 7.

Riž. 7. Splošni pogled na detektor kovin, izdelan po principu "prenos-sprejem"

Senzor predlaganega detektorja kovin po svoji vrsti spada med senzorje s pravokotnimi osmi. Senzorske tuljave so zlepljene iz steklenih vlaken z epoksi lepilom. Z istim lepilom se zapolnijo navitja tuljav skupaj z okovji njihovih električnih zaslonov. Palica detektorja kovin je izdelana iz cevi iz aluminijeve zlitine (AMGZM, AMG6M ali D16T) s premerom 48 mm in debelino stene 2 ... 3 mm. Tuljave so prilepljene na palico z epoksi lepilom: koaksialno (sevalno) - z uporabo prehodnega ojačitvenega tulca; pravokotno na os nosilca (sprejemnik) - z uporabo ustrezne oblike adapterja.

Navedeni pomožni deli so tudi iz steklenih vlaken. Ohišje elektronske enote je s spajkanjem izdelano iz steklenih vlaken prevlečenih s folijo. Povezave senzorskih tuljav z elektronsko enoto so izvedene z oklopljeno žico z zunanjo izolacijo in položene v notranjost palice. Oklopi te žice so priključeni le na skupno žično vodilo na plošči elektronskega dela naprave, kjer sta povezana tudi ohišje ohišja v obliki folije in palice. Zunanjost naprave je pobarvana z nitro emajlom.

Tiskano vezje elektronskega dela detektorja kovin je mogoče izdelati na kateri koli od tradicionalnih načinov, prav tako je priročno uporabiti že pripravljena prototipna tiskana vezja za DIP ohišja mikrovezja (nagib 2,5 mm).

Nastavitev naprave

1. Preverite pravilno namestitev v skladu s shemo vezja. Prepričajte se, da ni kratkih stikov med sosednjimi vodniki tiskanega vezja, sosednjimi nogami mikrovezij itd.

2. Priključite baterije ali bipolarno napajanje, pri čemer strogo upoštevajte polarnost. Vklopite napravo in izmerite porabljen tok. Na vsaki napajalni tirnici mora biti približno 20 mA. Močno odstopanje izmerjenih vrednosti od navedene vrednosti kaže na nepravilno namestitev ali okvaro mikrovezja.

3. Prepričajte se, da je na izhodu generatorja čist kvadratni val s frekvenco približno 32 kHz.

4. Prepričajte se, da je na izhodih sprožilcev D2 kvadratni val s frekvenco približno 8 kHz.

5. Z izbiro kondenzatorja 02 nastavite izhodno vezje L1C2 na resonanco. V najpreprostejšem primeru - glede na največjo amplitudo napetosti na njej (približno 10 V) in natančneje - glede na ničelni fazni premik napetosti vezja glede na meander na izhodu 12 sprožilca D2.

Pozor! Nastavitev s potenciometrom R6 je treba izvesti, če v bližini tuljav senzorja detektorja kovin ni velikih kovinskih predmetov, vključno z merilnimi instrumenti! V nasprotnem primeru se naprava pri premikanju ali premikanju senzorja glede nanje razburi in če so v bližini senzorja veliki kovinski predmeti, izhodne napetosti sinhronega detektorja ne bo mogoče nastaviti na nič. Glej tudi odstavek o možnih spremembah odškodnine.

8. Prepričajte se, da nelinearni ojačevalnik deluje. Najenostavnejši način je vizualno. Mikroampermeter se mora odzvati na postopek uravnavanja, ki ga izvede potenciometer R6. Na določenem položaju drsnika R6 mora biti igla mikroampermetra nastavljena na nič. Dlje ko je igla mikroampermetra od nič, šibkejši bi se moral mikroampermeter odzvati na vrtenje motorja R6.

Lahko se izkaže, da neugodno elektromagnetno okolje otežuje nastavitev naprave. V tem primeru bo igla mikroampermetra izvajala kaotična ali periodična nihanja, ko se drsnik potenciometra R6 približa položaju, v katerem je treba signal kompenzirati. Opisani neželeni pojav je razložen z indukcijo višjih harmonikov omrežja 50 Hz v sprejemno tuljavo. Na precejšnji razdalji od žic z elektriko med nastavitvijo ne sme biti nihanja puščice.

9. Prepričajte se, da enote, ki ustvarjajo zvočni signal, delujejo. Bodite pozorni na prisotnost majhne mrtve cone na zvočnem signalu blizu ničle na lestvici mikroampermetra.

Če pride do napak in odstopanj v obnašanju posameznih vozlišč vezja detektorja kovin, ravnajte po splošno sprejeti metodi:

• preverite odsotnost samovzbujanja op-amp;
• preverite načine delovanja op-amp-a za enosmerni tok;
• signali in logične ravni vhodov / izhodov digitalnih mikrovezji itd. itd.

Možne spremembe

Vezje naprave je precej preprosto in zato lahko govorimo le o nadaljnjih izboljšavah. Tej vključujejo:

2. Dodajanje dodatnega kanala vizualne indikacije, ki vsebuje sinhroni detektor, nelinearni ojačevalnik in mikroampermeter. Referenčni signal sinhronega detektorja dodatnega kanala se vzame s četrtinskim zamikom glede na referenčni signal glavnega kanala (iz katerega koli izhoda drugega sprožilca števca obroča). Z nekaj izkušnjami pri iskanju se lahko iz odčitkov dveh številčnic naučimo oceniti naravo zaznanega predmeta, tj. delo ni slabše od elektronskega diskriminatorja.

3. Dodajanje zaščitnih diod, povezanih v obratni polarnosti vzporedno z napajalniki. V primeru napake v polariteti baterij je v tem primeru zagotovljeno, da se vezje detektorja kovin ne bo poškodovalo (čeprav se bo, če ne boste pravočasno odreagirali, nepravilno priključena baterija popolnoma izpraznjena). Diod ni priporočljivo serijsko povezovati z napajalnimi vodili, saj bo v tem primeru na njih zapravljeno 0,3 ... 0,6 V dragocene napetosti napajalnikov. Vrsta zaščitnih diod - KD243, KD247, KD226 itd.

Detektor kovin se uporablja za iskanje različnih vrst kovin. Toda malo ljudi ve, kako deluje. Ugotovimo, kakšna načela so pri delovanju detektorja kovin, kakšna je njegova razlika od detektorja kovin in katere vrste detektorjev kovin so znane.

Detektor kovin in detektor kovin: ali obstaja razlika?

Strogo gledano, oba pojma pomenita isto stvar. Pogosto se uporabljajo kot sinonimi. Res je, v glavah govorca in poslušalca se ob izgovorjavi besede "detektor kovin" pogosto pojavi slika osebe, ki išče zaklad v gozdu z dolgim ​​instrumentom s senzorjem na koncu. In v primeru »detektorja kovin« so takoj predstavljeni magnetni okvirji na letališču in ljudje s posebnimi ročnimi senzorji, ki reagirajo na kovino. Kot lahko vidite, je za laike razlika le v predstavitvi.

Če se obrnemo na izvor, bo jasno, da je detektor kovin le ruski ekvivalent angleškega izraza "metal detektor", "metal detektor" pa je v tem primeru "le transliteriran prevod.

Vendar pa v poklicnem okolju rusko govorečih ljudi, ki pogosto uporabljajo te naprave, obstaja ideja o jasni razliki med njimi. Detektor kovin se imenuje poceni naprava, ki lahko zazna le prisotnost ali odsotnost kovine v določenem okolju. V skladu s tem je detektor kovin naprava podobnega namena, vendar je njegova prednost, da dodatno omogoča določanje vrste kovinskega predmeta. Cena takšnega instrumenta je za nekaj vrst višja. Glede na cilje te naprave sovpadajo, vendar je narava njihovega izvajanja drugačna. Zato je mogoče na vprašanje "kakšna je razlika med detektorjem kovin in detektorjem kovin" s popolnim zaupanjem odgovoriti, da je ta razlika na področju dodatne funkcionalnosti, pri čemer cilji in cilji, povezani s to tehniko, ostanejo nespremenjeni.

Toda zaradi udobja se bomo držali jasnega stališča vseh. Aparature, ki se uporabljajo za iskanje v tleh ali pod vodo, označimo z izrazom »detektor kovin«, »detektorji kovin« pa bomo poimenovali ročni pregled in posebne obokane naprave, ki se uporabljajo pri delu različnih varnostnih služb.

Kako deluje detektor kovin

Na to vprašanje je precej težko nedvoumno odgovoriti. Obstaja veliko različnih možnosti za napravo te naprave. In potencialnemu kupcu je med vso pestrostjo težko najti »svojega«.

Najpogostejša je elektronska naprava, ki deluje na določenih frekvencah in je sposobna zaznati kovinske predmete po določenih parametrih v tako imenovanem nevtralnem ali šibko prevodnem mediju. Jasno je, da reagira na prevodnost materialov, iz katerih so predmeti izdelani. Naprava te zasnove se imenuje impulzna. Takrat se signali, ki jih oddaja naprava in odbije objekt, prenesejo po nekaj delih sekunde. To so tisti, ki so fiksirani s tehniko. Načelo delovanja impulznega detektorja kovin lahko na kratko opišemo takole: impulzi tokovnega generatorja praviloma v milisekundah vstopijo v oddajno tuljavo, kjer se pretvorijo v impulze magnetne indukcije. Na impulznih komponentah generatorja nastanejo ostri napetostni sunki. Odražajo se v sprejemni tuljavi (pri kompleksnejših vrstah naprav ima ena tuljava možnost opravljanja obeh funkcij) v določenem časovnem obdobju. Nato se signali pošljejo po komunikacijskem kanalu do procesorske enote in se prikažejo v razumljivih simbolih, da jih oseba kasneje zazna.

Vendar morate biti previdni, saj ima ta priljubljena vrsta tehnike številne pomanjkljivosti:

1. Težave pri razlikovanju zaznanih predmetov po vrsti kovine;
2. Velika amplituda napetosti;
3. Tehnična zahtevnost preklapljanja in generiranja;
4. Radijske motnje.

Druge vrste detektorjev kovin po principu delovanja

Takšne naprave so sestavljene iz večine znanih modelov. Nekatera so že ukinjena, vendar se še vedno uporabljajo v praksi.

1. BFO (Frekvenčno nihanje utripov). Temelji na izračunu in beleženju razlike v frekvenci nihanj. Odvisno od vrste kovine (železne ali neželezne) se frekvenca povečuje in pada. Takšne naprave se ne proizvajajo več, so zastarele. Toda prej izdelani modeli še vedno delujejo. Značilnosti takšnega detektorja kovin puščajo veliko želenega. Ima majhno globino zaznavanja, močno odvisnost rezultatov iskanja od vrste tal (neučinkovita na kislih, mineraliziranih tleh), nizko občutljivost.
2. TR (oddajnik sprejemnik). Oprema tipa "sprejem-prenos". Razvrščen tudi kot zastarel. Težave so enake kot pri prejšnjem tipu (ne deluje na mineraliziranih tleh), razen globine zaznavanja. Je precej velika.
3. VLF (zelo nizka frekvenca). Pogosto takšna naprava združuje dve shemi delovanja: "sprejem-prenos" in nizkofrekvenčne raziskave. Med delovanjem naprava analizira signal po fazah. Njegove prednosti so visoka občutljivost, sposobnost iskanja železnih in barvnih kovin na globini. Toda predmete, ki ležijo blizu površine, je veliko težje zaznati.
4. PI (impulzna indukcija). Temelji na indukcijskem postopku. Načelo delovanja detektorja kovin je v tuljavi. Ona je srce senzorja. Pojav v elektromagnetnem polju tujih tokov iz kovinskih predmetov aktivira odbit impulz. Do tuljave pride kot električni signal. Hkrati naprava jasno zazna mineralizirana in slana tla s kovinami. Tokovi iz soli dosežejo senzor veliko hitreje in niso prikazani grafično ali zvočno. Tak detektor kovin velja za najbolj občutljivega od vseh. Za izvajanje iskanja na morskem dnu je to najučinkovitejša možnost naprave.
5. RF (radijska frekvenca / RF z dvema škatlama). Gre za "sprejemno-oddajno" napravo, ki deluje samo pri visokih frekvencah. Ima dve tuljavi (sprejemno in s tem oddajno tuljavo). Delovanje tega detektorja kovin temelji na kršitvi indukcijskega ravnovesja: tuljava, ki deluje v sprejemu, beleži signal, ki se odbije od predmeta. Ta signal je prvotno poslala prenosna tuljava. Značilnosti takega detektorja kovin omogočajo njegovo uporabo za iskanje plitvih nahajališč rud, mineralov na velikih globinah ali za odkrivanje velikih predmetov. Nima enake globini prodiranja (od 1 do 9 metrov, odvisno od vrste tal). Pogosto se uporablja v industriji. Kopači in lovci na zaklad ga ne zanemarijo. Pomembna pomanjkljivost takšne naprave je nezmožnost zaznavanja majhnih predmetov, kot so kovanci.

Načelo delovanja detektorja kovin za iskanje neželeznih kovinni posebej drugačen od ostalih. Odvisno je tudi od vrste in zasnove aparata. Neželezne kovine je mogoče zaznati, če so pravilno nastavljene. Razlike med črno in črno so le v tem, da se vrtinčni tokovi, ki se odbijajo od predmeta iz barvnih kovin, dlje zmanjšujejo.

Kako so drugače detektorji kovin?

Poleg notranjega "polnjenja" so med detektorji kovin še druge razlike. Prvič, predstavljeni so v različnih cenovnih kategorijah. Obstajajo naprave, ki so cenejše in bolj razširjene, in so tiste, ki jih lahko pripišemo premium razredu.

Prav tako je že pri opisu detektorjev kovin mogoče opaziti razliko v prikazu informacij za dostop uporabnika do njih. Naprave je mogoče programirati za prikaz grafičnih informacij (prikazane na posebnem zaslonu), zvočnih naprav, ki obveščajo o zaznavi ali odsotnosti predmeta (razlikujejo se po tem, da oddajajo različne frekvence). V dražjih modelih so lahko predstavljeni zasloni s celimi lestvicami diskriminacijskih vrednosti.

Tudi sami podatki so drugačni. Na primer, najbolj poceni modeli preprosto povedo uporabniku, ali je kovina ali ne. Naprave, ki so nekoliko dražje, določajo, kakšna kovina je - črna ali neželezna. Najdražji modeli lahko zagotovijo popolne informacije: informacije o globini predmeta, razmerju verjetnosti v odstotkih glede na kovino, vrsti predmeta.

Vse vrste detektorjev kovin

Instrumenti se razlikujejo po:načelo dela, opravljene naloge, uporabljeni elementi. Načela so bila že napisana zgoraj, zato poglejmo, kaj so glede na naloge:

1. Globoko;

2. Neasfaltirana;

3. Magnetometer;

4. Detektor min.

Elementi so lahko mikroprocesorski in analogni.

O značilnostih

Za različne naprave je značilna variabilnost parametrov.

Načelo delovanja detektorja kovinin njegova delovna frekvenca sta parametra razvrščanja. Določite vrsto naprave, na primer profesionalna ali tla. Globina je določena z občutljivostjo. Oznaka tarče vam omogoča, da prilagodite napravo za dano velikost cilja. Vrsta kovine izračuna diskriminator. Teža, tukaj je vse preprosto: težko napravo je dolgo časa neprijetno uporabljati. Vrsta tal je navedena pri uravnoteženju parametrov tal.

Delo z detektorjem kovin. Posebnosti

Najprej morate preučiti svojo napravo, njene šibke točke. Ne bi smeli loviti najnovejših modelov. Če uporabnik nima osnovnih veščin in razumevanja delovanja naprave, mu tudi najbolj izpopolnjen detektor kovin ne bo pomagal.

Vsaka cenovna kategorija ima svoje vodilne. Izbrati jih je treba, saj so to modeli, ki so jih testirale generacije lovcev na zaklad. Sposobnost dela z napravo se doseže le s prakso. Človek začne znova in znova poskušati pravilno dešifrirati signale, ki mu jih daje tehnika. In glavno vprašanje je odvisno od pravilnega dekodiranja: kopati ali ne kopati?

Na primer, če veste, kateri elementi so nameščeni v vašem detektorju kovin, lahko natančno razumete, kako delati z detektorjem kovin. Če je mono tuljava, potem je njeno elektromagnetno sevanje videti stožčasto. Posledično pri iskanju obstajajo "slepe točke". Če jih želite odpraviti, morate zagotoviti, da se vsak prehod z napravo prekriva s prejšnjim za 50%. Če poznate te malenkosti, lahko najučinkoviteje uporabite detektor kovin.

Delo z detektorjem kovinpredvideva doseganje določenega rezultata. Če želite to narediti, mora detektor kovin izpolnjevati nekaj preprostih, a nujno potrebnih zahtev:

1. Načelo delovanja detektorja kovinmora mu omogočiti, da čuti kovinske predmete na največji globini;
2. Obstajati mora delitev na črne in neželezne kovine;
3. Za hitro delovanje mora biti naprava opremljena z delovnim procesorjem. To je pomembno za prepoznavanje dveh bližnjih objektov.

Kako pravilno delati z detektorjem kovin?Začeti morate z nastavitvijo naprave. Praviloma, če želimo poiskati določen predmet, je treba nastavitve ustrezno nastaviti. Obstajata pa 2 splošni pravili, katerih upoštevanje bo zagotovo koristno za začetnike.

1. Zmanjšajte mejno vrednost za parameter občutljivosti. Ker povečanje tega indikatorja pogosto vodi do povečanih motenj, je za začetnike bolje, da žrtvujejo sposobnost naprave, da zazna predmete, ki ležijo v bližini, da bi natančneje lokalizirali eno tarčo.
2. Uporabite možnost diskriminacije vseh kovin.

To je bilo le nekaj splošnih informacij o pravilni uporabi detektorja kovin. Zadržimo se na tem podrobneje. Najpomembneje je, da nikoli ne hitite! Območje iskanja je razdeljeno na cone, odseke. Vsako od njih je treba prenesti počasi, previdno. Lovilec mora biti čim bližje tlom; delo detektorja kovin mora biti gladko, brez sunkov. Napravo nežno premikajte od strani do strani. Če v tleh odkrijete kovino, boste praviloma slišali zvočni signal: jasen - dokaz o odkritju majhnega predmeta pravilne oblike, nerazločen, prekinjen - oblika zaznanega predmeta je napačna. Naučiti se določiti velikost najdbe in globino njenega pojavljanja z zvokom je mogoče le izkusiti. Vrsta najdene kovine je razvrščena glede na lestvico (naprava odraža električni impulz, procesor pa na podlagi teh podatkov izračuna gostoto materiala, iz katerega je predmet izdelan).

Obstajata dva načina: dinamični (osnovni) in statični, ki vplivata na pravilno delovanje detektorja kovin Statični je neodvisno premikanje tuljave nad predmetom; uporablja za natančno določitev središča tarče. Študija ozemlja poteka po določeni shemi:

1. Tuljava mora biti vzporedna s tlemi;
2. Pomembno je ohraniti stalno razdaljo med tlemi in tuljavo;
3. Naredite majhne korake. Ne zamudite parcel!
4. Hitrost gibanja naj bo približno pol metra na sekundo;
5. Višina naprave nad tlemi je 3 ali 4 cm.

Iskanja se izvajajo dinamično. Ko odkrijete stabilen signal, preklopite napravo v statični način: vozite po predvidenem mestu s križnimi gibi; kjer signal dobi največjo glasnost in dig. Preklopite detektor nazaj v dinamični način. Izkopajte polovico bajoneta in obrežite enakomerno kvadratno ali okroglo kroglo. Če je predmet še vedno v luknji, kopajte naprej. Bolje je, da najdbo izvlečete iz trate po metodi polovične delitve. Po končanem iskanju ne pozabite vrniti trate nazaj v jamo! Zdaj natančno veste, kako uporabljati detektor kovin.

Malo o detektorjih kovin

Kako delujejo detektorji kovinpopolnoma enako kot pri detektorjih kovin, razlike so le v okolju uporabe in moči tuljave. Zaradi tega je učinkovitost detektorjev kovin manjša, v tleh ne bi mogli zaznati ničesar. Glavne vrste detektorjev kovin so: ročni pregled (domet zaznavanja do 25 metrov) in obokani (okvir).

Na kratko je mogoče opisati, kako deluje ročni detektor kovin: naprava je ob vklopu popolnoma pripravljena za delovanje, prilagoditev ni potrebna, ko je kovina zaznana, se posname DC impulz, vklopi se zvok in indikacija.

B. SOLONENKO, Genichesk, Hersonska regija, Ukrajina

Ni pretirano reči, da detektorji kovin vedno pritegnejo pozornost radioamaterjev. Kar nekaj teh naprav je bilo objavljenih tudi v reviji Radio. Danes bralcem ponujamo opis še enega dizajna, ki je nastal v radijskem oblikovalskem krožku Tehnične postaje za mlade tehnike (glej članek o tem v Radiu, 2005, št. 4, 5). Člani Kruzhkovcev so bili zadolženi za razvoj naprave, ki je enostavna za izdelavo, ki temelji na cenovno dostopni bazi elementov, za vzpostavitev katere je dovolj en multimeter. Koliko je fantom to uspelo, sodimo vas, bralci.

Ponujeni detektor kovin deluje po principu "oddaj-sprejem". Kot oddajnik je bil uporabljen multivibrator, kot sprejemnik pa ojačevalnik avdio frekvenc (34). Tuljave enake velikosti in podatkov o navitju so priključene na izhod prve od teh naprav in vhod druge,

Da bi sistem iz takega oddajnika in sprejemnika postal detektor kovin, morajo biti njune tuljave nameščene tako, da v odsotnosti tujih kovinskih predmetov med njima praktično ni nobene povezave, torej da signal oddajnika ne gre neposredno na sprejemnik. Kot veste, je induktivna sklopka med tuljavami minimalna, če sta njuni osi medsebojno pravokotni. Če sta tuljavi oddajnika in sprejemnika postavljeni na ta način, signal oddajnika v sprejemniku ne bo slišan. Ko se v bližini tega uravnoteženega sistema pojavi kovinski predmet, v njem nastanejo tako imenovani vrtinčni tokovi pod delovanjem izmeničnega magnetnega polja oddajne tuljave in posledično lastnega magnetnega polja, ki inducira izmenični EMF v sprejemni tuljavi. . Signal, ki ga prejme sprejemnik, telefoni pretvorijo v zvok. Njegova prostornina je odvisna od velikosti predmeta in razdalje do njega.

Specifikacije detektorja kovin: delovna frekvenca - približno 2 kHz; globina zaznavanja kovanca s premerom 25 mm je približno 9 cm; železne in aluminijaste tesnilne kapice - 23 oziroma 25 cm; jeklene in aluminijaste pločevine z dimenzijami 200x300 mm - 40 in 45 cm; loputa za kanalizacijo - 60 cm.

Oddajnik... Oddajniško vezje je prikazano na sl. 1. Kot že omenjeno, je to simetrični multivibrator s tranzistorji VT1, VT2. Frekvenca nihanj, ki jih povzroča, je določena s kapacitivnostjo kondenzatorjev CI, C2 in uporom uporov R2, R3. Signal 34 iz kolektorske obremenitve tranzistorja VT2 - upor R4 - se skozi blokirni kondenzator C3 dovaja na tuljavo L1, ki pretvori električna nihanja v izmenično magnetno polje AF.

Slika 2

Sprejemnik je tristopenjski ojačevalnik 34, izdelan po vezju, prikazanem na sl. 2. Njegov vhod vključuje isto tuljavo L1 kot v oddajniku. Izhod ojačevalnika je naložen z zaporedno povezanimi telefoni BF1.1, BF1.2.

Slika 3

Izmenično magnetno polje oddajnika, inducirano v kovinskem predmetu, deluje na sprejemno tuljavo, zaradi česar se v njej generira električni tok s frekvenco približno 2 kHz. Preko blokirnega kondenzatorja C1 se signal dovaja na vhod prve stopnje ojačevalnika, izdelan na tranzistorju VT1. Ojačani signal iz njegove obremenitve - upor R2 - se skozi blokirni kondenzator C3 napaja na vhod druge stopnje, sestavljen na tranzistorju VT2. Signal iz njegovega kolektorja skozi kondenzator C5 se napaja na vhod tretje stopnje - sledilec oddajnika na tranzistorju VT3. Ojačuje trenutni signal in omogoča priključitev nizko impedančnih telefonov kot obremenitev.

Za zmanjšanje vpliva temperature okolice na stabilnost ojačevalnika se v prvo in drugo stopnjo uvede negativna DC povratna zveza z vklopom upora R1 med kolektorjem in bazo tranzistorja VT1 in upora R3 med kolektorjem in osnovni VT2. Zmanjšanje dobička pri frekvencah pod 2 kHz dosežemo z ustrezno izbiro kapacitivnosti blokirnih kondenzatorjev C1, C3 pri frekvencah nad to frekvenco - z uvedbo frekvenčno odvisne negativne povratne informacije o izmenični napetosti skozi kondenzatorja C2 in C4. v prvo in drugo stopnjo. Ti ukrepi so omogočili povečanje odpornosti sprejemnika proti hrupu. Kondenzator C6 preprečuje samovzbujanje ojačevalnika, saj se notranji upor baterije povečuje, ko se baterija izprazni.

Slika 4

Detajli in konstrukcija... Detajli oddajnika in sprejemnika so postavljeni na tiskana vezja, izdelana z rezanjem izolacijskih tirov na surovcih iz enostranskega folijskega steklenega vlakna. Risba oddajne plošče je prikazana na sl. 3, je sprejemnik prikazan na sl. 4. Plošče so zasnovane za uporabo uporov MLT z močjo 0,125 ali 0,25 W in kondenzatorjev K73-5 (C2, C4 v sprejemniku) in K73-17 drugih. Oksidni kondenzator C6 v sprejemniku - K50-35 ali podobna tuja proizvodnja. Namesto tistih, ki so navedeni na diagramu, se lahko v oddajniku uporabljajo kateri koli drugi tranzistorji serije KT503, v sprejemniku pa - tranzistorji serije KT315 s katerim koli črkovnim indeksom ali serije KT3102 z indeksi AB. Uporaba slednjih je boljša, saj imajo nižjo šumno vrednost, signal majhnih predmetov pa bo manj prikrit s hrupom ojačevalnika. Stikala SA1 so lahko katere koli oblike, po možnosti pa manjše. Telefoni BF1, BF2 - vložek majhne velikosti, na primer iz predvajalnika glasbe.

Tuljave sprejemnika in oddajnika sta, kot že omenjeno, enaka. Narejene so takole. Na vogalih pravokotnika z dimenzijami 115x75 mm se v ploščo zabijejo štirje žeblji s premerom 2 ... 2,5 in dolžine 50 ... 60 mm, ki jih predhodno položijo PVC ali polietilenske cevi dolžine od 30 ... 40 mm. Na tako izolirane žeblje je navitih 300 zavojev žice PEV-2 s premerom 0,12 ... 0,14 mm. Na koncu navitja so zavoji oviti okoli celotnega oboda z ozkim trakom izolirnega traku, po katerem se katera koli dva sosednja žeblja upogneta proti sredini pravokotnika in tuljava se odstrani.

Polistirenske škatle za gumbe (notranje mere - 120x80 mm) se uporabljajo kot ohišja za sprejemnik in oddajnik. Prostori za baterije, stojala za PCB in pritrdilni elementi tuljav so izdelani iz istega materiala in prilepljeni na ohišja s topilom R-647 (lahko se uporabi tudi R-650). Lokacija delov v ohišju oddajnika je prikazana na sl. 5 so deli sprejemnika razporejeni na podoben način.

Slika 5

Vsi kovinski konstrukcijski elementi, ki se nahajajo znotraj tuljav oddajnika in sprejemnika (baterija, plošča z deli, vklopno stikalo), vplivajo na njihovo magnetno polje. Da bi izključili morebitno spremembo njihovega položaja med delovanjem, morajo biti vsi varno pritrjeni. To še posebej velja za baterijo "Krona" kot zamenljiv strukturni element.

Ustanovitev... Če želite preizkusiti delovanje oddajnika, namesto tuljave L1 priključite telefone in se prepričajte, da se ob vklopu telefona sliši zvok. Potem, ko je tuljava priključena, se spremlja tok, ki ga porabi oddajnik, in mora biti znotraj 5 ... 7 mA.

Sprejemnik je uglašen z vhodom v kratkem stiku. Z izbiro upora R1 v prvi stopnji in R3 v drugi se na kolektorjih tranzistorjev VT1 in VT2 nastavi napetost, ki je enaka približno polovici napajalne napetosti. Nato z izbiro upora R5 dosežejo, da kolektorski tok tranzistorja VT3 postane enak 5 ... 7 mA. Po tem, ko odprete vhod, nanj priključite sprejemno tuljavo L1 in, ko prejmete signal oddajnika na razdalji približno 1 m, se prepričajte, da sistem kot celota deluje.

Pred sestavljanjem enot v eno samo strukturo je smiselno izvesti več poskusov. Ko namestite oddajnik in sprejemnik na mizo navpično na razdalji 1 m (tako, da se zdi, da se osi tuljav nadaljujejo druga drugo) in nadzorujete nivo signala v telefonih, počasi zavrtite sprejemnik okoli navpične osi v položaj pri katerem sta ravnini tuljav pravokotni ena na drugo. V tem primeru se bo signal najprej počasi zmanjšal, nato pa popolnoma izginil in se bo z nadaljnjim vrtenjem začel povečevati. Poskus izvedite večkrat, tako da je pri sestavljanju in nastavitvi detektorja kovin enostavno določiti minimalni signal v sprejemniku.

Slika 6

Nato na mizo, ki ne vsebuje kovinskih konstrukcijskih elementov, postavite oddajnik navpično in na razdalji 10 cm od njega postavite sprejemnik vodoravno na stojalo (ena ali več knjig), tako da je ravnina sprejemne tuljave pravokotno na ravnino tuljave oddajnika in je nekoliko pod njegovim središčem. Medtem ko spremljate moč signala v telefonih, dvignite stran sprejemnika, obrnjeno proti oddajniku, in dosežete izgubo signala. Z izbiro distančnikov med sprejemnikom in stojalom poiščite njegov položaj, na katerem najmanjši premik distančnika iz papirnate razglednice omogoča nastavitev minimalnega signala v sprejemniku, ki ustreza največji občutljivosti detektorja kovin.

Ko vnesete pločevinaste in aluminijaste šivne kapice v območje pokritosti modela detektorja kovin, se prepričajte, da je območje največje občutljivosti detektorja kovin pod in nad sprejemno tuljavo (magnetna polja tuljav sprejemnika in oddajnika so simetrična) . Upoštevajte, da se detektor različno odziva na pokrove enake velikosti iz različnih kovin.

Če se pri minimalni sklopki tuljav signal malo sliši in se ob vstavitvi pokrova na eni strani najprej zmanjša, dokler popolnoma ne izgine, nato pa začne rasti in ko ga vnesemo na drugi strani , raste brez padca, potem to kaže bodisi na netočno nastavitev minimuma bodisi na popačenje magnetnega polja tuljave sprejemnika ali oddajnika. Hkrati to dejstvo nakazuje, da je mogoče z uvedbo dodatnega kovinskega predmeta sistem prilagoditi, dokler signal popolnoma ne izgine, to je, da se doseže največja občutljivost naprave. Če pri vstavitvi tesnilne kapice signal popolnoma izgine z razdalje 15 ... 20 cm, potem lahko z vnosom manjšega predmeta v polje detektorja kovin dosežemo enak učinek, če ga položimo na telo sprejemnik ali oddajnik. V avtorjevi različici se je tak predmet izkazal za kovanec s premerom 25 mm iz rumene kovine (podoben učinek bo dosežen z uvedbo aluminijaste plošče podobne velikosti). Na treh mestih je kovanec opravil nalogo, ki mu je bila dodeljena: spodaj pod oddajnikom, pod sprejemnikom v predelu baterije in na ročaju med sprejemnikom in oddajnikom.

Montaža... Zasnova avtorske različice naprave v poenostavljeni obliki je prikazana na sl. 6, videz pa je na sl. 7. Nosilna tirnica 2 (glej sliko 6) in ročaj 3 sta lesena. Zgornji del ročaja je za lažjo uporabo lepljen s plastiko, spodnji pa vstavljen v predhodno narejeno luknjo v tirnici in pritrjen z lepilom. Po montaži sta leseni del ročaja 3 in nosilna tirnica 2 lakirana za zaščito pred vlago. V zgornjem delu ročaja je telefonska vtičnica 4, ki je z zvitimi žicami povezana s sprejemnikom.

Pri sestavljanju je oddajnik 1 togo pritrjen na nosilno tirnico 2, tako da je sprejemnik 7, ki se nahaja na drugem koncu, nekoliko pod črto, ki ustreza minimumu sprejetega signala. Nato izberite debelino distančnika 5 (iz katerega koli izolacijskega materiala), dokler s premikanjem nastavitvene plošče 6 preprosto ne nastavite minimalnega prejetega signala. Po tem je sprejemnik 7 pritrjen na nosilno letev 2 z dvema vijakoma. Vijak na robu nosilne tirnice 2 je privit, dokler se ne ustavi, drugi (približno na sredini spodnje stene ohišja) pa ni privit za 1 ... 2 mm. To izključuje premikanje sprejemnika v vodoravni ravnini in hkrati omogoča, da nastavljivo ploščo 6 zdrsnete pod njegovo telo in dvignete rob sprejemnika. S premikanjem na ta način v navpični ravnini dosežejo minimum prejetega signala. Po končni montaži se določi in zlepi lokacija kompenzacijskega predmeta.