Предлагаемый вашему вниманию импульсный
металлоискатель является совместной разработкой Юрия Колоколова и
Андрея Щедрина . Прибор предназначен для любительского поиска кладов и
реликвий, поиска на пляже и т.д. После публикации первой версии
металлоискателя в , этот прибор получил высокую оценку среди
любителей, повторивших конструкцию. Вместе с тем были высказаны полезные
замечания и пожелания, которые мы учли в новой версии прибора.
В настоящее время металлоискатель серийно
выпускается московской фирмой “МАСТЕР КИТ” в виде наборов “сделай
сам” для радиолюбителей.
Набор содержит печатную плату, пластиковый корпус и электронные
компоненты, включая уже запрограммированный контроллер. Возможно, для
многих любителей приобретение такого набора и последующая его несложная
сборка окажутся удобной альтернативой приобретению дорогого
промышленного прибора или полностью самостоятельному изготовлению
металлоискателя.
Принцип действия
импульсного или
вихретокового металлоискателя основан на возбуждении в металлическом
объекте импульсных вихревых токов и измерении вторичного
электромагнитного поля, которое наводят эти токи. В этом случае
возбуждающий сигнал подается в передающую катушку датчика не постоянно, а
периодически в виде импульсов. В проводящих объектах наводятся
затухающие вихревые токи, которые возбуждают затухающее электромагнитное
поле. Это поле, в свою очередь, наводит в приемной катушке
датчика затухающий ток. В зависимости от проводящих свойств и размера
объекта, сигнал меняет свою форму и длительность. На рис. 1.
Схематично показан сигнал на приемной катушке импульсного
металлоискателя. Осциллограмма 1 – сигнал в отсутствии металлических
мишеней, осциллограмма 2 – сигнал при нахождении датчика вблизи
металлического объекта.
Импульсные металлоискатели имеют свои достоинства и
недостатки. К достоинствам относится малая чувствительность к
минерализованному грунту и соленой воде, к недостаткам – плохая
селективность по типу металла и сравнительно большое потребление
энергии.
Рисунок 1. Сигнал на входе импульсного
металлоискателя
Большинство практических конструкций импульсных
металлоискателей строятся либо по двухкатушечной схеме, либо по
однокатушечной схеме с дополнительным источником питания. В первом
случае прибор имеет раздельные приемную и излучающую катушки, что
усложняет конструкцию датчика. Во втором случае катушка в датчике одна, а
для усиления полезного сигнала используется усилитель, который питается
от дополнительного источника питания. Смысл такого построения
заключается в следующем – сигнал самоиндукции имеет более высокий
потенциал, чем потенциал источника питания, который используется для
подачи тока в передающую катушку. Поэтому для усиления такого сигнала
усилитель должен иметь собственный источник питания, потенциал которого
должно быть выше напряжения усиливаемого сигнала. Это также усложняет
схему прибора.
Предлагаемая однокатушечная конструкция построена
по оригинальной схеме, которая лишена приведенных выше недостатков.
Технические характеристики
Напряжение питания ……………….7.5 – 14 (В)
Потребляемый ток не более ……..….90 (мА)
Глубина обнаружения:
– монета диаметром 25 мм ….…….…. 20 (см)
– пистолет ………………………..………40 (см)
– каска ……………………………..…….. 60 (см)
Структурная схема металлоискателя изображена на
рис.2 Основой устройства является микроконтроллер. С его помощью
осуществляется формирование временных интервалов для управления всеми
узлами устройства, а также индикация и общее управление прибором. С
помощью мощного ключа производится импульсное накопление энергии в
катушке датчика, а затем прерывание тока, после которого возникает
импульс самоиндукции, возбуждающий электромагнитное поле в мишени.
Рисунок 2. Структурная схема импульсного
металлоискателя
“Изюминкой” предлагаемой схемы является применение
дифференциального усилителя во входном каскаде. Он служит для усиления
сигнала, напряжение которого выше напряжения питания и привязке его к
определенному потенциалу – + 5 (В). Для дальнейшего усиления служит
приемный усилитель с большим коэффициентом усиления. Для измерения
полезного сигнала служит первый интегратор. Во время прямого
интегрирования производится накопление полезного сигнала в виде
напряжения, а во время обратного интегрирования производится
преобразование результата в длительность импульса. Второй интегратор
имеет большую постоянную интегрирования и служит для балансировки
усилительного тракта по постоянному току.
Принципиальная схема простого импульсного
металлоискателя изображена на рис.3.
Рисунок 3. Принципиальная электрическая схема
простого импульсного металлоискателя
Предложенная конструкция прибора разработана
полностью на импортной элементной базе. Использованы самые
распространенные компоненты ведущих производителей. Некоторые
элементы можно попытаться заменить на отечественные, об этом будет
сказано ниже. Большинство примененных элементов не являются дефицитными и
могут быть приобретены в больших городах России и СНГ через фирмы,
торгующие электронными компонентами.
Дифференциальный усилитель
собран на ОУ
D1.1. Микросхема D1 представляет собой счетверенный операционный
усилитель типа TL074. Его отличительными свойствами являются высокое
быстродействие, малое потребление, низкий уровень шумов, высокое входное
сопротивление, а также возможность работы при напряжениях на входах,
близких к напряжению питания. Эти свойства и обусловили его применение в
дифференциальном усилителе в частности и в схеме в целом. Коэффициент
усиления дифференциального усилителя составляет около 7 и определяется
номиналами резисторов R3, R6…R9, R11.
Приемный усилитель
D1.2 представляет собой
неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления 57. Во время действия
высоковольтной части импульса самоиндукции этот коэффициент снижается
до 1 с помощью аналогового ключа D2.1. Это предотвращает перегрузку
входного усилительного тракта и обеспечивает быстрое вхождение в режим
для усиления слабого сигнала. Транзисторы VT3 и VT4 предназначены для
согласования уровней управляющих сигналов, подаваемых с микроконтроллера
на аналоговые ключи.
С помощью второго интегратора
D1.3
производится автоматическая балансировка входного усилительного тракта
по постоянному току. Постоянная интегрирования 240 (мс) выбрана
достаточно большой, чтобы эта обратная связь не влияла на усиление
быстро изменяющегося полезного сигнала. С помощью этого интегратора на
выходе усилителя D1.2 при отсутствии сигнала поддерживается уровень +5
(В).
Измерительный первый интегратор
выполнен на
D1.4. На время интегрирования полезного сигнала открывается ключ D2.2
и, соответственно, закрывается ключ D2.4. На ключе D2.3 реализован
логический инвертор. После завершения интегрирования сигнала ключ D2.2
закрывается и открывается ключ D2.4. Накопительный конденсатор C6
начинает разряжаться через резистор R21. Время разряда будет
пропорционально напряжению, которое установилось на конденсаторе C6 к
концу интегрирования полезного сигнала. Это время измеряется с помощью микроконтроллера
,
который осуществляет аналого-цифровое преобразование. Для измерения
времени разряда конденсатора C6 используются аналоговый компаратор и
таймеры, которые встроены в микроконтроллер D3.
Кнопка S1 предназначена для начального сброса
микроконтроллера. С помощью переключателя S3 задается режим индикации
устройства. С помощью переменного резистора R29 регулируется
чувствительность металлоискателя.
С помощью светодиодов VD3…VD8 производится световая
индикация
.
Алгоритм функционирования
Для разъяснения принципа работы описываемого
импульсного металлоискателя на рис.4 приведены осциллограммы сигналов в
наиболее важных точках прибора.
Рисунок 4. Осциллограммы
На время интервала A открывается ключ VT1. Через
катушку датчика начинает протекать пилообразный ток – осциллограмма 2.
При достижении величины тока около 2(А) ключ закрывается. На стоке
транзистора VT1 возникает выброс напряжения самоиндукции –
осциллограмма 1. Величина этого выброса – более 300 Вольт (!) и
ограничивается резисторами R1, R3. Для предотвращения перегрузки
усилительного тракта служат ограничительные диоды VD1, VD2. Также для
этой цели на время интервала A (накопление энергии в катушке) и
интервала B (выброс самоиндукции) открывается ключ D2.1. Это снижает
сквозной коэффициент усиления тракта с 400 до 7. На осциллограмме 3
показан сигнал на выходе усилительного тракта (вывод 8 D1.2). Начиная с
интервала C, ключ D2.1 закрывается и коэффициент усиления тракта
становится большим. После завершения защитного интервала C, за время
которого усилительный тракт входит в режим, открывается ключ D2.2 и
закрывается ключ D2.4 – начинается интегрирование полезного сигнала –
интервал D. По истечении этого интервала ключ D2.2 закрывается, а ключ
D2.4 открывается – начинается “обратное” интегрирование. За это время
(интервалы E и F) конденсатор C6 полностью разряжается. С помощью
встроенного аналогового компаратора микроконтроллер отмеряет величину
интервала E, которая оказывается пропорциональной уровню входного
полезного сигнала. Для текущих версий микропрограммного обеспечения
установлены следующие значения интервалов:
A – 60…200 мкс, B – 12 мкс, С – 8 мкс, D – 50
(мкс), A + B + C + D + E + F – 5 (мс) – период повторения.
Микроконтроллер обрабатывает полученные цифровые
данные и индицирует с помощью светодиодов VD3…VD8 и излучателя звука Y1
степень воздействия мишени на датчик. Светодиодная индикация
представляет собой аналог стрелочного индикатора – при отсутствии
мишени горит светодиод VD8, далее в зависимости от уровня воздействия
последовательно загораются VD7, VD6 и т.д.
Щелкните по картинке для увеличения
Рисунок 5. Принципиальная схема второй
усовершенствованной версии микропроцессорного импульсного
металлоискателя
Отличия (рис.5) от первой версии прибора (рис.3)
состоят в следующем.
1. Добавлен резистор R30. Это сделано для того,
чтобы снизить влияние внутреннего сопротивления различных батарей на
настройку прибора. Теперь можно безболезненно менять кислотный
аккумулятор на 6-8шт солевых батарей. Настройка прибора при этом не
“съедет”.
2. Добавлены “ускоряющие” конденсаторы
C15,C16,C17. Благодаря этому существенно улучшилась термостабильность
схемы. В старой схеме ключи VT2…VT4 были самым уязвимым местом в этом
плане. Плюс к этому в программу добавлена непрерывная автобалансировка
нуля.
3. Добавлена цепь R31 , R32, C14 . Эта цепь
позволяет непрерывно контролировать состояние аккумуляторной батареи. С
помощью резистора R32 теперь можно выставить любой порог безопасной(для
аккумулятора) разрядки аккумуляторов различных типов. Например, для 8шт
NiCd или NiMH аккумуляторных батарей типа АА нужно будет установить
уровень 8 Вольт, а для 12 В кислотного аккумулятора – 11 Вольт… Когда
будет достигнут пороговый уровень, будет включена световая и звуковая
индикация.
Настраивается этот режим просто. Прибор
запитывается от блока питания. На блоке питания выставляется требуемое
пороговое напряжение, движок резистора R32 сначала ставится в “верхнее”
по схеме положение., а затем, вращая ротор резистора R32, нужно добиться
срабатывания индикации – светодиод VD8 начнет мигать, источник звука
будет издавать прерывистый сигнал. Из этого режима прибор выходит только
по сбросу.
4. В качестве альтернативного устройства индикации
теперь можно использовать двухстрочный шестнадцатисимвольный ЖКИ. Этот
режим включается при замыкании переключателя S3. В этом случае
сигнальные выводы ЖКИ подключаются согласно схемы вместо светодиодов.
Также на модуль ЖКИ необходимо подать напряжение +5 В и подключить
“земляной” провод. Резистор R33 монтируется непосредственно на контактах
модуля ЖКИ (рис.6).
Рисунок 6. Альтернативный ЖКИ – индикатор
В этом случае в верхней строке всегда индицируется
название металлоискателя, а в нижней строке в зависимости от режима:
“Autotuning”, “Low battery”. В режиме поиска в этой строке рисуется
столбец на 16 градаций уровня сигнала. При этом звуковой сигнал тоже
имеет 16 градаций тона.
Типы деталей и конструкция
Вместо операционного усилителя D1 TL074N можно
попробовать применить TL084N.
Микросхема D2 – это счетверенный аналоговый ключ
типа CD4066, который можно заменить на отечественную микросхему К561КТ3.
Микроконтроллер D4 AT90S2313-10PI прямых аналогов
не имеет. В схеме не предусмотрены цепи для его внутрисхемного
программирования, поэтому контроллер желательно устанавливать на
панельку, чтобы его можно было перепрограммировать.
Транзистор VT1 типа IRF740 можно попробовать
заменить на IRF840.
Транзисторы VT2…VT4 типа 2N5551 можно заменить на
КТ503 с любым буквенным индексом. Однако следует обратить внимание на
тот факт, что они имеют другую цоколевку.
Светодиоды могут быть любого типа, VD8 желательно
взять другого цвета свечения. Диоды VD1,VD2 типа 1N4148.
Резисторы могут быть любых типов, R1 и R3 должны
иметь рассеиваемую мощность 0,5 (Вт), остальные могут быть 0,125 или
0,25 (Вт). R9 и R11 желательно подобрать, чтобы их сопротивление
отличалось не более, чем на 5%.
Конденсатор C1 – электролитический, на напряжение
16В, остальные конденсаторы керамические.
Кнопка S1, переключатели S3,S4, переменный
резистор R29 могут быть любых типов, которые подходят по габаритам. В
качестве источника звука можно использовать пъезоизлучатель или головные
телефоны от плеера.
Конструкция корпуса прибора может быть
произвольной. Штанга вблизи датчика (до 1 метра) и сам датчик не должны
иметь металлических деталей и элементов крепления. В качестве исходного
материала для изготовления штанги удобно использовать пластиковую
телескопическую удочку.
Датчик содержит 27 витков провода диаметром 0,6 –
0,8 мм, намотанного на оправке 190 (мм). Датчик не имеет экрана и его
крепление к штанге должно осуществляться без применения массивных
шурупов, болтов и т.д. (!) Для соединения датчика и электронного блока
нельзя использовать экранированный кабель из-за его большой емкости. Для
этих целей надо использовать два изолированных провода, например типа
МГШВ, свитых вместе.
Налаживание прибора
ВНИМАНИЕ! В приборе имеется высокое,
потенциально опасное для жизни напряжение – на коллекторе VT
1 и
на датчике. Поэтому при настройке и эксплуатации следует соблюдать меры
электробезопасности.
1. Убедиться в правильности монтажа.
2. Подать питание и убедиться, что потребляемый
ток не превышает 100 (мА).
3. С помощью подстроечного резистора R7 добиться
такой балансировки усилительного тракта, чтобы осциллограмма на выводе 7
D1.4 соответствовала осциллограмме 4 на рис.4. При этом необходимо
следить за тем, чтобы сигнал в конце интервала D был неизменным, т.е.
осциллограмма в этом месте должна быть горизонтальной.
В дальнейшей настройке правильно собранный прибор
не нуждается. Необходимо поднести датчик к металлическому объекту и
убедиться в работе органов индикации. Описание работы органов управления
приводится ниже, в описании программного обеспечения.
Программное обеспечение
На момент написания этой статьи было разработано и
протестировано программное обеспечение версий V1.0-demo, V1.1 для
первой версии прибора и V2.4-demo, V2.4 для второй версии. Демо-версия
программы полностью работоспособна и отличается только отсутствием
точной регулировки чувствительности. Полные версии поставляются в уже
прошитых микроконтроллерах, входящих в состав набора МАСТЕР КИТ NM8042
.
HEX файл прошивок
V1.0-demo и V2.4-demo можно скачать здесь
.
Работа над новыми версиями программного
обеспечения продолжается, планируется введение дополнительных режимов.
Новые версии, после их всестороннего тестирования, будут доступны в
наборах МАСТЕР КИТ. Получить информацию о новых версиях, а также скачать
демонстрационные версии программ для самостоятельного изготовления
металлоискателя можно на персональной страничке Юрия Колоколова и
на нашем сайте.
Работа с прибором
В начале работы необходимо включить питание
прибора, поднять датчик на уровень 60-80 см от грунта и нажать на кнопку
“Сброс”. В течении 2-х секунд прибор произведет автонастройку. По
окончании автонастройки прибор издаст характерный короткий звук. После
этого датчик необходимо приблизить к грунту (в месте, где отсутствуют
металлические предметы) на расстояние 3-7 см и отрегулировать
чувствительность с помощью резистора R29. Ручку необходимо вращать до
исчезновения ложных откликов. После этого можно приступать к поискам.
При появлении индикации разряда батарей поиски необходимо прекратить,
выключить прибор и заменить источник питания.
Заключение
Чтобы сэкономить время и избавить Вас от рутинной
работы по поиску необходимых компонентов и изготовлению печатных плат
МАСТЕР КИТ предлагает набор NM8042
.
На рис. 7 приведен рисунок печатной платы (для
схемы рис. 3) и расположение компонентов на ней.
Рисунок 7.1. Вид печатной платы сверху
Рисунок 7.2. Вид печатной платы снизу
Набор состоит из заводской печатной платы,
прошитого контроллера с версией программы V 1.1, всех необходимых
компонентов, пластикового корпуса и инструкции по сборке и эксплуатации.
Конструктивные упрощения были сделаны сознательно, с целью уменьшения
стоимости набора.
Изготовление поисковой катушки
Катушка представляет собой 27 витков
эмалированного провода сечением 0,7-0,8 мм, намотанных в виде кольца
180-190 мм. После намотки катушки витки необходимо обмотать изоляционной
лентой. Для подключения датчика необходимо изготовить витую пару из
монтажного провода. Для этого берется два куска провода нужной длины, и
свиваются вместе из расчета одна скрутка на сантиметр. С одной стороны
этот кабель подпаивается к катушке, с другой к плате. Корпус датчика и
штанга металлоискателя не должны содержать металлических деталей!
Доработка корпуса
Перед установкой платы металлоискателя в корпус, в
нем необходимо сделать отверстия под выносные элементы.
На рис.8
показаны отверстия на передней
панели под светодиоды, регулятор чувствительности R29, выключатель
питания S4 и кнопку сброса S1. На рис.9
– отверстие на боковой
поверхности корпуса под телефонный разъем Earphone JACK. На рис.10
– отверстия на задней панели под кабель питания и под кабель поисковой
катушки.
Внешний вид собранной электронной начинки показан
на рис. 11
.
Рисунок 8. Отверстия на передней панели корпуса под светодиоды
Рисунок 9. Отверстие на боковой поверхности
корпуса под телефонный разъем
Рисунок 10. Отверстия на задней панели под кабель
питания и под кабель поисковой катушки
Рисунок 11. Внешний вид электронной начинки
микропроцессорного импульсного металлоискателя из набора МАСТЕР КИТ NM8042
Более подробно ознакомиться с ассортиментом нашей
продукции можно с помощью каталога “МАСТЕР КИТ” и на нашем сайте, где
представлено много полезной информации по электронным наборам и модулям
МАСТЕР КИТ, приведены адреса магазинов, где их можно купить.
Чем они отличаются от обычных детекторов и где лучше всего их применять, разберемся на примерах.
Принцип работы
Любой металлоискатель генерирует магнитное поле вокруг передатчика катушки. Благодаря этому у цели под катушкой также появляется магнитный поток, который и ловит приемник катушки. Затем этот магнитный поток преобразуется в визуальную информацию на экране и в звуковой сигнал.
Обычные грунтовые металлоискатели (VLF) генерируют постоянный ток в передатчике катушки, а изменения в фазе и амплитуде напряжения на приемнике показывает присутствие металлических объектов. А вот приборы с импульсной индукцией (PI) отличаются тем, что генерирует ток передатчика, который включается на какое-то время, и затем резко отключается. Поле катушки генерирует импульсные вихревые токи в объекте, которые обнаруживают, анализируя затухание импульса, наведенного в катушке приемника. Этот цикл повторяется непрерывно, может быть, сотни тысяч раз в секунду.
Плюсы металлоискателей с импульсной индукцией
1. Скорость обнаружения не зависит от материала между металлоискателем и целью. Это значит, что поиск можно вести сквозь воздух, воду, ил, кораллы, различные типы грунта.
2. Датчики имеют высокую чувствительность к всем металлам и никак не реагируют на высокий уровень минерализации почвы, горячие камни и соленую воду.
3. Можно искать металлические объекты и находить их на большей глубине, особенно хорошо получается на минерализованных грунтах.
4. На минерализованных почвах, соленом песке, в соленой воде не будет помех, и производительность будет выше, чем у VLF-детекторов.
5. Металлоискатели с импульсной индукцией были специально разработаны, чтобы находить золотые объекты, даже очень мелкие (самородки, цепочки).
Минусами металлоискателей с импульсной индукцией может стать не слишком хорошая дискриминация и высокая цена.
Где лучше всего себя показывают металлоискатели с импульсной индукцией?
Скорость повторения импульсов (частота передатчика) типичного металлодетектора с импульсной индукцией составляет примерно 100 герц. Разные модели МД используют частоты от 22 герц до нескольких килогерц. Чем ниже частота передачи, тем больше излучаемая мощность. На более низких частотах достигается большая глубина и чувствительность обнаружения предметов сделанных из серебра, однако при этом падает чувствительность к никелю и сплавам золота. Такие приборы имеют замедленную реакцию, поэтому требуют очень медленного перемещения рамки.
Более высокие частоты повышают чувствительность к никелю и сплавам золота, однако менее чувствительны к серебру. Возможно, сигнал не проникает так глубоко в землю, как на более низких частотах, но при этом можно перемещать катушку более быстро. Это позволяет проверить большую площадь за заданный период времени, а также такие приборы более чувствительны к главным пляжным находкам – изделиям из золота.
Таким образом, лучше всего применять PI-металлоискатели для пляжного поиска на побережьях морей и океанов, подводного поиска, поиска золота, поиска в пустынных и гористых местностях. Хороши они также в зачистке «выбитой» местности и при геологоразведке.
Топ-5 лучших металлоискателей с импульсной индукцией:
Характеристика и принцип работы импульсных металлоискателей
Обновлено 07.10.2018Импульсный металлоискатель (Pulse metal detector
или – англ.) самый чувствительный среди всех детекторов, реагирует на любые металлы, не отличает ферромагнетики от диамагнетиков. Поисковые особенности позволяют детектору обнаружить золото и золотые самородки в щелочных условиях и при экстремальной температуре грунта (или породы), которые слишком сложны для устройств VLF / TR . Он также позволяет обнаруживать металлические руды, содержащиеся в камнях и глине.
Импульсные металлодетекторы незаменимы при поиске на прибрежной зоне, под водой и на высоко минерализованном грунте. Работа приборов не зависит от влияния земли и воды. Они одинаково успешно работают под водой и на суше. Поэтому технология PI
используется в подводных металлоискателях . Приборы имеют хорошие результаты при поиске на песчаных и мокрых пляжах. Глубина обнаружения объектов в земле и соленой воде больше по сравнению с VLF металлоискателями.
Импульсные металлоискатели лучше, чем VLF металлоискатели ведут себя вблизи линий электропередач, а также передающих антенн систем мобильной связи. Обслуживать этот тип металлоискателей довольно просто. Как правило, они оснащаются единственным регулятором чувствительности, хотя более продвинутые модели могут иметь и другие органы управления.
Приборы имеют высокое энергопотребление, для работы нужны мощные аккумуляторы. Обычных батарей хватает не более чем на 12 часов непрерывной работы. Если используются щелочные батареи, то длительность работы увеличивается.
Технология Pulse Induction не является универсальной, а недостатки импульсных металлоискателей ограничивают их возможности. В настоящее время лучшими металлоискателями для всех целей являются приборы использующие технологию VLF (очень низкие частоты). Однако технология PI может иметь дальнейшее развитие и в будущем могут быть разработаны новые детекторы с новыми возможностями.
Устройство и принцип работы импульсных металлоискателей
Импульсные металлоискатели имеют простую конструкцию. Прибор состоит из генератора импульсов, поисковой катушки , блока усиления сигнала, анализатора и блока индикации. Конструкция катушки также проста. Она является передающей и приемной одновременно. Это значительно уменьшает вес прибора.Поисковая катушка воздействует на грунт пульсирующим электромагнитным полем. Излучение импульсов происходит с частотой 50 …400 Гц и энергией около 100 Вт. Вследствие магнитной индукции на поверхности металлического объекта, находящегося в зоне действия поля возникают вихревые токи.
Эти токи являются источником вторичного сигнала (отраженный импульс, отклик). В перерывах между импульсами, приёмник принимает отклик, который усиливается и обрабатывается анализатором и далее выводится на блок индикации.
Время затухания отраженного импульса больше времени затухания излученного импульса (вследствие явления самоиндукции). Разница во времени является параметром для анализа и регистрации. Затухание вихревых токов от грунта или воды происходит намного быстрее и не улавливается прибором. Именно поэтому импульсные металлодетекторы эффективно работают под водой, на минерализованных, соленых и влажных грунтах.
Related tags : импульсные металлоискатели, импульсные металлодетекторы, технология PI, Pulse Induction, принцип работы импульсных металлоискателей, устройство импульсных металлоискателей, как работает импульсный металлоискатель
Радиолюбители-народному хозяйству 1992 год.
Создание достаточно чувствительных металлоискателей - довольно сложная и неблагодарная задача. Радиолюбители периодически берутся за её решение, представляют на выставку экспонаты, но редкие из них отвечают требуемым параметрам. Так, долгое время металлоискатели конструировали на основе двух генераторов высокой частоты, настроенных на близкие частоты, один из которых был стабильным по частоте (обычно стабилизировался кварцевым резонатором), а другой - рабочий - был связан с приёмной рамкой и изменял свою частоту при приближении к металлам. Сигналы двух генераторов суммировались, выделялся сигнал биений низкой частоты и по нему судили о наличии металла. После появления новой элементной базы вместо генераторов опорного сигнала начали конструировать металлоискатель с преобразователем напряжение-частота, аналого-цифровые преобразователи, синтезаторы частот и другие возможные новинки.
Археологам и криминалистам можно было бы посоветовать другую схему измерения - геофизическую. На площади, где ищут металлические включения, следует разложить петлю провода диаметром 5...25 м и больше, запитать её от автономного генератора частотой 500 Гц (чем выше частота, тем меньше глубинность). Очень удобно использовать авиационные преобразователи постоянного напряжения в переменное частотой 400 Гц (умформеры). Они имеют достаточную мощность. Можно использовать и преобразователи постоянного напряжения в переменное, выполненные на мощных транзисторах. Их можно сделать на несколько частот, и тем самым проводить «частотное зондирование», т. е. определять глубину залегания предполагаемого металлического предмета. Для проведения поисков помимо генератора надо иметь приёмник, который может представлять собой избирательный усилитель, настроенный на частоту (частоты) генератора и иметь приёмную магнитную антенну на входе, также настроенную на частоту (частоты) генератора. Идея этого метода поиска заключается в том, что в области действия электромагнитного поля петли провода любые металлические тела сплошной проводимости начинают излучать своё поле, сдвинутое по фазе относительно первичного в идеальном случае на 90°. Приёмную рамку относительно первичного поля обычно ориентируют так, чтобы в отсутствие металлических включений сигнал на выходе приёмника был бы минимальным или вообще отсутствовал, а при наличии металлических включений достигал бы максимума. Проведя измерения на нескольких частотах, можно определить ориентировочно глубину залеганий, а используя по-разному ориентированные в пространстве приёмные рамки, и местонахождение предметов. Главное преимущество такого метода измерений в том, что искомый металлический предмет становится сам источником излучения.
Аппаратуру такого рода можно использовать для трассирования труб под землёй, прокладки кабеля, трассировки скрытой проводки и других целей. Для этого генератор одним концом подсоединяют к прослеживаемой металлической системе, а другой конец заземляют (если поиск ведут на улице, в поле) или подсоединяют к трубам теплосети, водопровода (если прослеживание ведут в здании).
Петлевой индукционный метод широко был представлен на ВРВ в приложении к индукционным бесконтактным методам включения бытовых электроприборов (бесконтактные наушники для прослушивания программ радио, телевидения и др., бесконтактные телефонные аппараты, не связанные проводами с телефонной сетью, которые можно свободно носить в руках, перемещаясь по комнате). Казалось бы, другая задача, а принцип решения тот же: индуктивная связь между петлёй, в которой генерируется сигнал, и приёмником, который этот сигнал улавливает.
Импульсный металлоискатель (рис. 27). Автор конструкции радиолюбитель В. С. Горчаков. На 33 ВРВ экспонат был отмечен Третьей премией выставки.
Прибор предназначен для нахождения металлических предметов в земле. Его испытания показали, что он может обнаруживать алюминиевую пластину 100 x100 x 2 мм на глубине 75 см, ту же пластину размерами 200 x 200 x 2 мм на глубине 100 см, стальную трубу большой протяжённости и диаметром 300 мм на глубине 200 см, люк канализационного колодца на глубине 200 см, стальную трубу большой протяжённости диаметром 50 мм на глубине 120 см, медную шайбу диаметром 25 мм на глубине 35 см.
Прибор (рис. 27, а) состоит из задающего генератора 1 на частоту 100 Гц, усилителя тока импульса 2, излучающей рамки 3, генератора задержки 4 на 100 мкс, генератора стробирующих импульсов 5, согласующего усилителя 6, электронного коммутатора 7, приёмной рамки 8, двустороннего ограничителя 9, усилителя сигнала 10, интегратора 11, усилителя постоянного тока 12, индикатора 13, стабилизатора напряжения 14.
Металлоискатель работает следующим образом. Задающий генератор излучает импульс длительностью Т и (рис. 27, б), спад которого запускает генератор задержки. Импульс задающего генератора усиливается по мощности усилителем тока и поступает на излучающую рамку. Генератор задержки вырабатывает импульс длительностью 100 мкс, спадом которого запускается генератор стробирующих импульсов. Этот генератор вырабатывает стробирующий импульс длительностью 30 мкс, который через согласующий усилитель управляет работой электронного коммутатора. Коммутатор открывает усилитель сигналов на время действия стробирующего импульса и пропускает сигнал с усилителя 10 на интегратор. Сигнал с выхода интегратора через усилитель постоянного тока поступает на стрелочный индикатор.
На рис. 27, б показано распределение во времени сигналов на передающей (излучающей) рамке (кривая 1), на приёмной рамке при отсутствии (кривая 2) и при наличии металла (кривая 5). В результате экспериментов было установлено, что при отсутствии металла принятый импульс за время 100 мкс довольно резко убывает по амплитуде. При наличии в зоне контроля металлических включений длительность убывания принятого импульса по амплитуде значительно затягивается в основном за счёт действия токов Фуко. Свойство деформации формы принятого сигнала из-за воздействия металлических включений положено в основу конструкции этого прибора.
Конструкция датчика прибора показана на рис. 27, в. Излучающая и приёмная рамки намотаны на каркасе из диэлектрика наружным диаметром 300 мм. Приёмная рамка намотана внутри излучающей. Её внутренний диаметр 260 мм. Передающая рамка содержит 300 витков провода ПЭВ-2 0,44, а приёмная - 60 витков провода ПЭВ-2 0,14. Крепление ручки 1 произвольное и особых пояснений не требует.
На рис. 28 изображена принципиальная схема прибора. Задающий генератор выполнен на микросхемах DD1.1 и DD1.2. Сигнал с выхода генератора через резистор R9 поступает на вход усилителя тока импульса - транзисторы VT3-VT5, нагрузкой которого является излучающая рамка L1.1. Через конденсатор С3 импульс с задающего генератора поступает на вход генератора задержки, выполненного на элементах DD1.3, DD1.4 по схеме триггера Шмидта. Спад импульса задержки запускает генератор стробирующих импульсов, выполненный на элементах DD2.1-DD2.3. Стробирующий импульс через согласующий усилитель (транзисторы VT1, VT2) поступает на электронный коммутатор DA1, который управляет работой усилителя сигналов (DA1.1 и DA1.2) и интегратором (С12, R30), пропуская сигнал постоянного тока на усилитель постоянного тока (DA2) во время действия стробирующего импульса. Нагрузкой усилителя постоянного тока служит стрелочный прибор РА1. Для повышения стабильности измерений питание усилительных каскадов дополнительно стабилизировано. Электронные стабилизаторы выполнены на транзисторах VT6, VT7.
