Пристрій для виявлення захованих струмопровідних об’єктів
Номер патенту: 65012
Опубліковано: 15.03.2004
Автори: Іващенко Володимир Олексійович, Яненко Олексій Пилипович, Скрипник Юрій Олексійович
Формула / Реферат
Пристрій для виявлення захованих струмопровідних об'єктів, який містить високочастотний кварцовий генератор, два послідовно з'єднаних подільники частоти, які підключені до виходу кварцового генератора, дві індукційні котушки, осі яких в просторі розташовані перпендикулярно, автоматичний перемикач, входи якого з'єднані з одними кінцями індукційних котушок, другі кінці яких з'єднані між собою і підключені до загальної заземленої шини, вихід автоматичного перемикача з'єднаний з входом підсилювача низької частоти, з виходом першого подільника частоти через резистор і з загальною заземленою шиною через конденсатор, до виходу підсилювача низької частоти підключений перший синхронний детектор низькочастотної напруги, керуючий вхід комутатора з'єднаний з виходом першого подільника частоти, послідовно з'єднані вибірковий підсилювач частоти комутації, другий синхронний детектор частоти комутації, фільтр нижніх частот та реєструючий прилад, при цьому керуючі входи автоматичного перемикача і другого синхронного детектора з'єднані з виходом другого подільника частоти, який відрізняється тим, що в нього введені другий автоматичний перемикач, другі резистор і конденсатор, підсилювач високої частоти, третій синхронний детектор високочастотної напруги і суматор, вихід якого з'єднаний з входом вибіркового підсилювача частоти комутації, один вхід суматора з'єднаний з виходом другого синхронного детектора низькочастотної напруги, другий вхід з'єднаний з виходом третього синхронного детектора високочастотної напруги, керуючий вхід якого з'єднаний з виходом високочастотного кварцового генератора, сигнальний вхід третього синхронного детектора з'єднаний через підсилювач високої частоти з виходом високочастотного кварцового генератора через другий резистор, із загальною заземленою шиною через другий конденсатор і з виходом другого автоматичного перемикача, входи якого з'єднані з протилежними входами першого автоматичного перемикача, а керуючий вхід другого автоматичного перемикача також підключений до виходу другого подільника частоти.
Текст
Винахід відноситься до геофізики і може бути використаний для знаходження прихованих стр умопровідних об'єктів, які знаходяться в землі або в товщі будівель, за допомогою індукційних котушок пошукової системи. Окрім того, винахід можна використовувати в різних галузях народного господарства, наприклад, в медицині для виявлення металевих частинок та згусток крові (тромбів) в тілі людини, в харчовій промисловості для контролю концентрації важких металів і їх сполук, в машинобудуванні для дефектоскопії та інше. Для виявлення захованих струмопровідних об'єктів використовують електричні системи з двома індукційними котушками, які створюють низькочастотне магнітне поле, яке глибоко проникає в діелектричне або напівпровідникове середовище (бетон, цегла, грунт то що). Стр умопровідні об'єкти, які знаходяться в цих середовищах, наприклад, металеві конструкції, труби, проводи тощо, створюють вторинне магнітне поле вихрови х струмів, яке чинить розмагнічуючу дію на поле індукційних котушок і вносить в них додаткові електричні утрати. Внаслідок реакції струмопровідних об'єктів на індукційні котушки змінюється їх індуктивний та активний опір. За величиною цих змін можна судити про масу і глибину розташування пошукового струмопровідного об'єкту (див. Гордиенко В.И., Убогий В.П., Ярошевский Е.В. Электромагнітное обнаружение инженерных коммуникаций и локальных аномалий. - К.: Наукова думка. - 1981. - С.127-140). Відомий пристрій для виявлення захованих стр умопровідних об'єктів (див. Щедрин А. Й. Металлоискатели для поиска кладов и реликвий. - М.: Арбат-Информ. - 1998. - С.60-61), який містить в собі дві індукційні котушки, осі яких в просторі розташовані перпендикулярно і які живляться від кварцового генератора стабільної частоти через подільник частоти, два конденсатора, які з котушками утворюють два низькочастотних коливальних контури, суматор, входами з'єднаний з виходами коливальних контурів, вихід суматора, з'єднаний через підсилювач низької частоти з синхронним детектором, керуючий вхід якого з'єднаний з виходом подільника частоти, і реєстратор, підключений до виходу синхронного детектора через фільтр нижніх частот. За наявності пошукового струмопровідного об'єкту між ортогональними котушками пристрою з'являється електромагнітний зв'язок, а на виході суматора формується різницевий сигнал, пропорційний масі пошукового об'єкту. Але найменша деформація котушок порушує їхню ортогональність, що викликає появу хибного різницевого сигналу на виході суматора. Хибний сигнал з'являється також при зміні резонансних частот двох коливальних контурів, що викликає їх розлад, або неідентичності коефіцієнтів передач фазуючи х ланцюгів суматора. Хибний сигнал значно обмежує мінімальну масу об'єкту, яку можна знайти в середовищі, що досліджується. Відомий також пристрій для виявлення захованих струмопровідних об'єктів за деклараційним патентом України №53461А, Кл. G01V3/10, від 05.06.2002р., Бюл. №1, 2003p., який містить високочастотний кварцовий генератор, два послідовно з'єднаних подільника частоти, що підключені до виходу кварцового генератора, дві індукційні котушки, осі яких в просторі розташовані перпендикулярно, автоматичний перемикач, входи якого з'єднані з одними кінцями індукційних котушок, другі кінці яких з'єднані між собою і підключені до загальної заземленої шини, вихід автоматичного перемикача з'єднаний з входом підсилювача низької частоти, з виходом першого подільника частоти через резистор і з загальною заземленою шиною через конденсатор, до виходу підсилювача низької частоти підключений перший синхронний детектор низькочастотної напруги, керуючий вхід комутатора, з'єднаний з виходом першого подільника частоти, послідовно з'єднані вибірковий підсилювач частоти комутації, др угий синхронний детектор частоти комутації, фільтр нижніх частот та реєстр уючий прилад, при цьому керуючі входи автоматичного перемикача і другого синхронного детектора з'єднані з виходом другого подільника частоти. Крім того, у відомому пристрої-прототипі вихід першого синхронного детектора низькочастотної напруги з'єднаний безпосередньо з входом підсилювача частоти комутації через додатковий фільтр нижніх частот. Почергове збудження індукційних котушок струмом низької частоти виключає вплив паразитного електромагнітного зв'язку котушок (коефіцієнту взаємоіндукційності) при порушенні їх просторової ортогональності на різницевий сигнал. Неминучий розлад коливальних контурів відносно резонансної частоти також невикликає появу хибного різницевого сигналу. Однак неминуча неідентичність параметрів котушок, яка викликає нерівність їх індуктивностей, а також просторова асиметрія котушок відносно поверхні середовища, що досліджується, обумовлює появу, хоча і невеликого паразитного різницевого сигналу. Попередня настройка електричної системи на нуль при відсутності стр умопровідних об'єктів не виключає появу хибного сигналу в процесі роботи системи, наприклад, із-за короткого замикання витків в котушках, деформації каркасів, порушення ізоляції тощо. В основу винаходу покладена задача створення такого пристрою для виявлення захованих стр умопровідних об'єктів, в якому введення нових елементів і зв'язків дозволило б виключити можливість появи хибного сигналу, що виникає із-за неідентичності індукційних котушок і нестабільності резонансних частот коливальних контурів, що підвищує точність і чутливість виявлення захованих струмопровідних об'єктів. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для виявлення захованих струмопровідних об'єктів, який містить високочастотний кварцовий генератор, два послідовно з'єднаних подільника частоти, які підключені до виходу кварцового генератора, дві індукційні котушки, осі яких в просторі розташовані перпендикулярно, автоматичний перемикач, входи якого з'єднані з одними гінцями індукційних котушок, другі кінці яких з'єднані між собою і підключені до загальної заземленої шини, вихід автоматичного перемикача, з'єднаний з входом підсилювача низької частоти, з виходом першого подільника частоти через резистор і з загальною заземленою шиною через конденсатор, до виходу підсилювача низької частоти підключений перший синхронний детектор низькочастотної напруги, керуючий вхід комутатора з'єднаний з виходом першого подільника частоти, послідовно з'єднані вибірковий підсилювач частоти комутації, другий синхронний детектор частоти комутації, фільтр нижніх частот та реєстр уючий прилад, при цьому керуючі входи автоматичного перемикача і другого синхронного детектора з'єднані з виходом другого подільника частоти, згідно винаходу в нього введені другий автоматичний перемикач, другі резистор і конденсатор, підсилювач високої частоти, третій синхронний детектор високочастотної напруги і суматор, вихід якого з'єднаний з входом вибіркового підсилювача частоти комутації, один вхід суматора з'єднаний з виходом другого синхронного детектора низькочастотної напруги, другий вхід з'єднаний з виходом третього синхронного детектора високочастотної напруги, керуючий вхід якого з'єднаний з виходом високочастотного кварцового генератора, сигнальний вхід третього синхронного детектора з'єднаний через підсилювач високої частоти з виходом високочастотного кварцового генератора через другий резистор, із загальною заземленою шиною через другий конденсатор і з виходом другого автоматичного перемикача, входи якого з'єднані з протилежними входами першого автоматичного перемикача, а керуючий вхід другого автоматичного перемикача також підключений до виходу др угого подільника частоти. Введення в схему пристрою другого автоматичного перемикача, други х резистора та конденсатора, підсилювача високої частоти, третього синхронного детектора високочастотної напруги і суматора, включених вказаним чином, дозволило сформувати додатковий високочастотний сигнал з глибиною модуляції, яка пропорційна неідентичності індукційних котушок і розладу коливальних контурів, сумування напруги виділеної огинаючої високочастотного модульованого сигналу з напругою огинаючої низькочастотного модульованого сигналу, глибина модуляції якого пропорційна масі пошукового об'єкту, дозволяє в різницевому сигналі на виході суматора автоматично пригнічувати хибний сигнал від неідентичності індукційних котушок і розладу їх коливальних контурів, а також коректувати різний вплив середовища, що досліджується, на перпендикулярно розташовані індукційні котушки електричної системи, що дозволяє значно підвищити підсилення за різницевим сигналом і в кінцевому рахунку підвищити точність і чутливість виявлення захованих стр умопровідних об'єктів. На фігурі наведена схема пристрою для виявлення захованих струмопровідних об'єктів. Пристрій містить в собі індукційні котушки 1 і 2, автоматичні перемикачі 3 і 4, конденсатори 5 і 6, резистори 7 і 8, високочастотний кварцовий генератор 9, подільники частоти 10 і 11, підсилювач 12 високої частоти, синхронний детектор 13 високочастотної напруги, підсилювач 14 низької частоти, синхронний детектор 15 низькочастотної напруги, суматор 16, вибірковий підсилювач 17, налагоджений на частоту комутації, синхронний детектор 18 частоти комутації, фільтр 19 нижніх частот і реєструючий прилад 20. Позицією 21 позначена діелектричне або напівпровідникове середовище, а позицією 22 - захований струмопровідний об'єкт. Індукційні котушки 1 і 2 з'єднані своїми одними кінцями і підключені до заземленої шини. Другі кінці котушок 1 і 2 підключені до протилежних входів автоматичних перемикачів 3 і 4. Вихід автоматичного перемикача 3 з'єднаний з середньою точкою з'єднання конденсатора 5 і резистора 7, а також входом підсилювача 12 високої частоти. Вихід автоматичного перемикача 4 з'єднаний з середньою точкою з'єднання конденсатора 6 і резистора 8, а також входом підсилювача 14 низької частоти. Керуючі входи автоматичних перемикачів 3 і 4 підключені до виходу високочастотного кварцового генератора 9 через подільник частоти 10 і 11. Конденсатори 5 і 6 з'єднані з заземленою шиною, резистор 7 підключений до виходу високочастотного кварцового генератора 9, резистор 8 підключений до виходу подільника частоти 10. Вихід підсилювача 12 високої частоти з'єднаний з сигнальним входом синхронного детектора 13 високочастотної напруги, керуючий вхід якого підключений до виходу високочастотного кварцового генератора 9. Вихід підсилювача 14 низької частоти з'єднаний з сигнальним входом синхронного детектора 15 низькочастотної напруги, керуючий вхід якого підключений до виходу подільника частоти 10. Ви ходи синхронних детекторів 13 і 15 з'єднані з входами суматора 16, вихід якого через вибірковий підсилювач 17, налагоджений на частоту комутації, з'єднаний з сигнальним входом синхронного детектора 18 частоти комутації, керуючий вхід якого підключений до виходу подільника частоти 11. Вихід синхронного детектора 18 з'єднаний через фільтр 19 нижніх частот з реєстр уючим приладом 20. Пристрій працює наступним чином. Осі індукційних котушок 1 і 2 розташовують перпендикулярно один до одного і з'єднують механічно жорстко. Котушки наближують до поверхні середовища 21, в якому може знаходитись захований струмопровідний об'єкт 22. До котушок 1 і 2 з однаковими індуктивностями L1=L2=L0 почергово за допомогою автоматичних перемикачів 3 і 4 підключаються конденсатори 5 і 6 з різними ємностями С 1 і С2 (С2>С1), які разом з індуктивностями котушок 1 w1 = L0C1 відповідає високій частоті утворюють два коливальних контури. Резонансна частота одного контуру 1 w2 = L0C2 відповідає низькій частоті, яка кварцового генератора 9, резонансна частота другого контуру формується на виході подільника частоти 10. Оскільки кінці індукційних котушок 1 і 2 з'єднані з протилежними входами автоматичних перемикачів 3 і 4, то резонансні частоти w1 і w 2 виникають в кожній котушці окремо. За вказаним положенням перемикачів 3 і 4 в котушці 1 та конденсаторі 6 виникає низькочастотний резонанс, а в котушці 2 і конденсаторі 5 - високочастотний резонанс. Опір резисторів 7 і 8 вибирають рівними опору резонансних контурів на низькій і високій частотах. За наявності в досліджуваному середовищі 21 струмопровідного (металевого) об'єкту 22 реакція індукційних котушок 1 і 2 буде різною із-за їхнього просторового положення відносно об'єкту 22 та значень резонансних частот. Так, якщо об'єкт 22, наприклад, металева пластина розташована перпендикулярно до осі котушки 1, в якій протікає низькочастотний струм, то низькочастотні вихрові струми, наведені в пластині, будуть впливати на котушку з розмагнічувальною дією. На перпендикулярно розташовану котушк у 1, ось якої паралельна, металева пластина 22 практично не буде впливати з розмагнічувальною дією. Якщо врахувати, що через котушку 2 в цей час протікає високочастотний струм, то реакція провідного об'єкту взагалі буде відсутня. Останнє обумовлене тим, що високочастотне електромагнітне поле котушки швидко згасає і взаємодіє практично лише з поверхнею досліджуваного середовища 21. При зміні положення перемикачів 3 і 4 на протилежне індукційна котушка 1 збудиться високочастотним струмом. Але і в цьому випадку вона також не буде відчувати високочастотний розмагнічувальний вплив від струмопровідного об'єкту із-за його глибинного розташування. В обмотці 2 в цей час буде протікати низькочастотний струм, однак із-за перпендикулярного положення її осі до об'єкту 22 реакція останнього буде також відсутня. Таким чином, резонансна частота та добротність низькочастотного контуру w 2 буде періодично змінюватися за наявності струмопровідного об'єкту в досліджуваному середовищі, а резонансна частота w1 високочастотного контуру не буде. За відсутності стр умопровідного об'єкту перемикання котушок з однаковими індуктивностями не змінює частоту низькочастотного резонансу і відповідну добротність низькочастотного контуру. Коливальні контури з резисторами 7 і 8 утворюють подільники напруги по відношенню до входів підсилювачів 12 і 14. Тому якщо модуль повного опору контуру і його фаза періодично змінюються за переключення індукційних котушок (із-за впливу струмопровідного об'єкту), то на вхід підсилювача 14 низької частоти впливає модульована за амплітудою і фазою напруга. Глибина модуляції при цьому тим більша, чим більша маса струмопровідного об'єкту або він ближче розташований до поверхні. Підсилена модульована напруга поступає на синхронний детектор 15 низькочастотної напруги, який керується безпосередньо напругою низької частоти з виходу подільника частоти 10. Аналогічним чином високочастотна напруга з виходу подільника напруги підсилюється підсилювачем 12 і детектується синхронним детектором 13 високочастотної напруги, який керується високочастотною напругою кварцового генератора 9. На виходах синхронних детекторів 13 і 15 виділяються напруги огинаючих модульованих напруг, частота яких визначається частотою комутації перемикачів 3 і 4 та задається вихідною частотою подільника частоти 11. Змінні напруги частоти комутації підсумовуються в суматорі 16. Результуюча напруга з виходу суматора 16 підсилюється вибірковим підсилювачем 17 частоти комутації, налагодженим на вихідну часто ту подільника частоти 11. Підсилена напруга випрямляється синхронним детектором 18 частоти комутації, який керується тією ж напругою, що і перемикачі 3 і 4. Випрямлена напруга згладжується фільтром 19 нижніх частот та реєструється приладом 20. Оскільки амплітуда напруги частоти комутації пропорційна глибині модуляції низькочастотної напруги, то показання приладу 20 пропорційні масі пошукового об'єкту та зворотно пропорційні до глибини його залягання. Теоретично за відсутності стр умопровідного об'єкту модуляція низькочастотної напруги, а тим більше високочастотної напруги відсутня. Практично із-за неминучої неідентичності індукційних обмоток 1 і 2 (L1 ¹ L2 ), а також асиметричного розташування їх відносно зондуючої поверхні 21 виникає паразитна модуляція в низькочастотній напрузі навіть за відсутності струмопровідного об'єкту. Нерівність індуктивностей котушок 1 і 2 та їхня просторова асиметрія викликає появу аналогічної модуляції і у високочастотній напрузі з тією ж глибиною. Але огинаючі цих напруг знаходяться в протифазі, так як обмотки 1 і 2 підключені до протилежних входів перемикачів 3 і 4. Це означає, що коли в низькочастотний контур вводиться, наприклад, обмотка L 1 з більшою індуктивністю (L1>L2), то у високочастотний контур вводиться обмотка з меншою індуктивністю (L2
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюDevice for detecting hidden conducting objects
Автори англійськоюSkrypnyk Yurii Oleksiiovych, Yanenko Oleksii Pylypovych, Ivaschenko Volodymyr Oleksiiovych
Назва патенту російськоюУстройство для обнаружения скрытых токопроводящих объектов
Автори російськоюСкрипник Юрий Алексеевич, Яненко Алексей Филиппович, Иващенко Владимир Алексеевич
МПК / Мітки
МПК: G01V 3/10
Мітки: струмопровідних, об'єктів, пристрій, захованих, виявлення
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/4-65012-pristrijj-dlya-viyavlennya-zakhovanikh-strumoprovidnikh-obehktiv.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пристрій для виявлення захованих струмопровідних об’єктів</a>
Попередній патент: Спосіб прогнозування рецидиву хронічних дерматозів
Наступний патент: Універсальний електрод для контактного зварювання
Випадковий патент: Вимірювач випромінювання комп'ютера