Вихрострумовий металошукач

Винахід відноситься до області аналізу матеріалів і середовищ за допомогою низькочастотних магнітних полів і може бути використаний для виявлення металевих предметів, що знаходяться в землі чи товщі буді вель за допомогою вихрострумових датчиків. Для пошуку прихованих металевих предметів використовують вихростр умові датчики, котушки яких створюють низькочастотне змінне магнітне поле, що проникає всередину землі чи будівельного матеріалу. При наявності в них металевих предметів, наприклад, зброї, монет, військових і історичних реліквій котушки змінюють свої електричні параметри (індуктивність, опір втрат) під впливом вихрових стр умів, що наводяться в цих предметах. Для виділення інформативних змін параметрів вихрострумових датчиків використовують різні вимірювальні схеми. Відомий вихрострумовий металошукач (див. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. В 2-х книгах. Кн.2/Под ред. В.В. Клюева. - М.: Ма шиностроение, 1986, с.133-134), що містить автогенератор, у коливальний контур якого включена котушка вихрострумового датчика, детектор, підключений до виходу автогенератора й індикатор. Постійна напруга з виходу детектора, пропорційна амплітуді автоколивань, вимірюється вихідним індикатором. Однак, при малій масі шуканих металевих предметів зміни амплітуди і частоти автогенератора невеликі і їх важко зафіксувати на фоні початкових значень параметрів автоколивань генератора. Відомий вихрострумовий металошукач (див. Арш Э.И. Автогенераторные методы и средства измерений. - М.: Машиностроение. 1979, с.153-154), який містить автогенератор з котушкою вихрострумового датчика в його коливальному контурі, амплітудний детектор, включений на виході автогенератора, повторювач напруги і резистивний дільник напруги, що утворюють мостову схему, у діагональ якої включений індикатор. У початковому стані міст збалансований за допомогою змінного резистора. При наявності металевого предмета в полі вихрострумового датчика напруга автогенератора зменшується, що порушує баланс мосту, викликаючи відхилення стрілки індикатора. Однак, нестабільність амплітуди автогенератора і мінливість компенсуючої напруги на виході повторювача напруги ускладнюють виявлення малих змін частоти і добротності автогенератора, що не дозволяє виявляти дрібні металеві предмети (монети, нагороди й ін.). Відомий також вихрострумовий металошукач (див. Щедрин А.И. Металлоискатели для поиска кладов и реликвий. - М.: Арбат-Информ, 1998, с.82-84), що містить магнітоіндукційний зонд, на якому розміщена котушка вихростр умового датчика, підсилювач низької частоти з позитивним зворотним зв'язком, у ланцюг якого включені конденсатор і котушка ви хрострумового датчика, формувач прямокутних імпульсів, двійковий лічильник імпульсів, регістр пам'яті, дешифратор, ци фровий індикатор і блок керування з генератором тактових імпульсів. Крім того, відомий металошукач містить опорний кварцовий генератор і синхронний детектор, один вхід якого з'єднаний з виходом опорного кварцового генератора, інший вхід з'єднаний з виходом вимірювального генератора, виконаного на основі підсилювача з позитивним зворотним зв'язком, у який включена котушка вихрострумового датчика. Внаслідок нестабільності початкової частоти вимірювального генератора на основі підсилювача з позитивним зворотним зв'язком на виході синхронного детектора формується паразитний сигнал різницевої частоти, що сприймається оператором як корисний сигнал. Компенсувати нестабільність частоти вимірювального генератора практично неможливо через випадковий характер амплітудних і фазових флуктуацій у ланцюзі позитивного зворотного зв'язку підсилювача. Крім того, виділення сигналу різницевої частоти при близьких значеннях частот вимірювального й опорного генераторів зв'язано з великими труднощами через явище автозахвату фаз, що призводить до синхронізації двох генераторів. Це явище важко виключити при малій різниці частот двох незалежних генераторів навіть при ретельній розв'язці ланцюгів живлення цих генераторів і екранування вхідних ланцюгів синхронного детектора. В основу винаходу покладена задача створити такий вихрострумовий металошукач, в якому введення нових елементів і зв'язків дозволило б підвищити точність і чутливість металошукача. Поставлена задача вирішується тим, що у вихрострумовий металошукач, що містить магнітоіндукційний зонд, на якому розміщена котушка вихростр умового датчика, підсилювач низької частоти з позитивним зворотним зв'язком, у ланцюг якого включені конденсатор і котушка вихрострумового датчика, формувач прямокутних імпульсів, двійковий лічильник імпульсів, регістр пам'яті, дешифратор, ци фровий індикатор і блок керування з генератором тактових імпульсів, згідно винаходу введені друга котушка вихростр умового датчика, вісь якої розташована перпендикулярно осі першої, два автоматичних перемикачі, подільник частоти, а двійковий лічильник імпульсів виконаний реверсивним, при цьому котушки вихростр умових датчиків з'єднані між собою послідовно, точка з'єднання яких через конденсатор підключена до входу підсилювача низької частоти, вільні кінці котушок вихростр умового датчика з'єднані з входами першого автоматичного перемикача, вихід якого з'єднаний з виходом підсилювача низької частоти, котрий через формувач прямокутних імпульсів з'єднаний із входом другого автоматичного перемикача, виходи якого з'єднані з підсумовуючим і віднімаючим входами реверсивного двійкового лічильника імпульсів, виходи якого з'єднані з входами регістра пам'яті, виходи якого через дешифратор з'єднані з входами цифрового індикатора, а керуючі входи автоматичних перемикачів підключені до виходу подільника частоти, вхід якого з'єднаний з виходом генератора тактових імпульсів, при цьому інші входи блоку керування з'єднані з керуючими входами реверсивного двійкового лічильника імпульсів, регістра пам'яті і дешифратора. Введення в схему ви хростр умового металошукача другої котушки ви хрострумового датчика, вісь якої розташована перпендикулярно осі першої котушки, двох автоматичних перемикачів, подільника частоти, виконання двійкового лічильника імпульсів реверсивним, з'єднання введених елементів зазначеним способом, забезпечує різну реакцію шуканого металевого предмета на дві котушки металошукача завдяки почерговому включенню цих котушок у ланцюг позитивного зворотного зв'язку підсилювача низької частоти за допомогою першого автоматичного перемикача. Почергова подача імпульсів, які генерує підсилювач з позитивним зворотним зв'язком, на підсумовуючий і віднімаючий входи реверсивного лічильника імпульсів за допомогою другого автоматичного перемикача дозволяє одержати цифровий код на виході реверсивного лічильника імпульсів, пропорційний масі шуканого предмета незалежно від значення початкової частоти генеруючих коливань. Зазначені відмінності дозволяють одержати сигнал різницевої частоти без використання опорного кварцового генератора і виключити вплив нестабільності частоти вимірювального генератора, що підвищує точність і чутливість металошукача. На кресленні представлена електрична функціональна схема вихрострумового металошукача. Схема містить магнітоіндукційний зонд 1, що включає котушки 2 і 3 вихрострумових датчиків, осі яких розташовані перпендикулярно, автоматичні перемикачі 4 і 5, керуючі входи яких з'єднані з виходом подільника частоти 6, конденсатор 7, підсилювач 8 низької частоти, охоплений позитивним зворотним зв'язком через одну з двох котушок і конденсатор, формувач 9 прямокутних імпульсів, реверсивний двійковий лічильник імпульсів 10, блок керування 11 з генератором 12 тактових імпульсів, регістр пам'яті 13, дешифратор 14 і цифровий індикатор 15. При цьому до виходів блоку керування 11 підключений подільник частоти 6 і керуючі входи реверсивного двійкового лічильника 10, регістра пам'яті 13 і дешифратора 14. Вихід підсилювача 8 низької частоти через формувач прямокутних імпульсів 9 і автоматичний перемикач 5 з'єднаний із входами реверсивного двійкового лічильника імпульсів 10, до виходу якого через регістр пам'яті 13 і дешифратор 14 підключений цифровий індикатор 15. Позицією 16 позначене зондуюче середовище, а позицією 17 - шуканий предмет. Вихрострумовий металошукач працює таким чином. До котушок 2 і 3 магнітоіндукційного зонду 1, що мають однакові індуктивності L1=L2=L, по черзі підключається конденсатор 7 ланцюга позитивного зворотного зв'язку підсилювача 8 низької частоти. При наявності в контрольованому середовищі 16 металевого предмета 17 реакція котушок 2 і 3 на метал буде різна в залежності від положення предмета щодо осей котушок. Так, якщо металевий предмет 17 розташований паралельно осі котушки 2 і перпендикулярно осі котушки 3, то вихрові струми, що наводяться в металі, будуть зумовлювати розмагнічуючу дію на котушку 3 і мало будуть впливати на котушку 2. Якщо шуканий предмет буде розташований перпендикулярно поверхні контрольованого середовища, то ви хрові струми найбільший вплив зумовлюватимуть на котушк у 2, а вплив на котушку 3 буде практично відсутній. При інших положеннях предмета 17 відносно магнітоіндукційного зонда 1 вихрові струми, що наводяться в металі, будуть впливати на обидві котушки, але в різному ступені в залежності від форми шуканого предмета і його положення у зондуючому середовищі. Через розмагнічуючу дію ви хрови х стр умів зменшуються індуктивні опори котушок і відповідно резонансна частота ланцюга позитивного зворотного зв'язку підсилювача 8. Якщо при одному положенні автоматичного перемикача 4 резонансна частота ланцюга 1 f1 = 2p (L - DL1 )C , (1) то при іншому положенні автоматичного перемикача 4 1 f2 = 2p (L - DL2 )C , (2) де DL1 і D L2 - реакції шуканого предмета на індуктивність котушок 2 і 3; C - ємність конденсатора 7. У випадку відсутності металевого предмета в зондуємому середовищі переключення котушок магнітоіндукційного зонда не змінює резонансну частоту ланцюга позитивного зворотного зв'язку (f1=f2=f). Тому при відсутності шуканого металевого предмета на виході підсилювача 8 низької частоти встановлюються електричні коливання однієї і тієї ж частоти f. При наявності в контрольованому середовищі металевого предмета частота автоколивань починає змінюватися в такт із переключеннями автоматичного перемикача 4. Частота переключень котушок зонда задається подільником частоти 6, вхід якого підключений до виходу генератора 12 тактових імпульсів, що входить до складу блоку керування 11 і формує сигнали керування реверсивним двійковим лічильником 10, регістром пам'яті 13 і дешифратором 14. Частоту переключення F автоматичних перемикачів 4 і 5 вибирають значно менше частоти автоколивань f (F