Індукційний датчик для металодетектора

Реферат: Індукційний датчик для металодетектора, містить дві індуктивні обмотки, які розміщені на каркасах, одна з яких є передавальною, а друга – приймальною. Індуктивний зв'язок між обмотками встановлений мінімально можливим, а до кінців кожної з обмоток приєднані конденсатори змінної ємності в кількості не менше ніж два, додатково для перемикання конденсаторів у пошуковий режим введений один чи більше комутаторів. UA 94262 U (12) UA 94262 U UA 94262 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до конструкції металодетекторів, а точніше до їх складової пошукового датчика (котушки), та може бути використана для дистанційного виявлення, фіксації та ідентифікації знайдених металевих предметів, наприклад, у ґрунтах. Вказаний датчик є основним вузлом сучасних металодетекторів і від його конструктивних особливостей, а саме, від форми, габаритних розмірів, робочої частоти залежать його технічні споживчі властивості: точність і дальність виявлення, площа сканування, розподільна здатність та ін., крім того важливою вимогою до датчиків металодетекторів є зручність та надійність в експлуатації. Відомі індукційні датчики, які є основою вимірювальної системи і мають достатню чутливість, і представлені вимірювальними системами з диференціальними індукційними датчиками, які є найбільш чутливими [Абрамзон Г.В., Обоишев Ю.П. Индукционные измерительные преобразователи переменных магнитных полей. - Л.: Энергоатомиздат, 1984. С. 76-80]. У цьому випадку одна котушка диференціального датчика використовується для випромінювання, а інша - для прийому. Параметри котушок у відсутності шуканого об'єкта вибираються однаковими. Однак повну незалежність двох котушок у відсутності шуканого предмета забезпечити важко. Недоліками подібних пристроїв, у першу чергу, є те, що для кожної частоти використовуються окремі пошукові котушки, які почергово замінюються для забезпечення повного частотного діапазону сканування, що є незручним і потребує значних витрат коштів, крім того, відсутня можливість точної настройки пошукового датчика з метою мінімізації індукційного зв'язку між приймальною та передавальною котушкою. Відомий індукційний датчик у складі металодетектора (RU 2455666, публ. 10.07.2012), що містить пошуковий LC-генератор з пошуковою котушкою індуктивності, зразковий ВЧ-генератор, селективно-підсилювальний вузол, двовходовий змішувач, підсилювач сигналу биттів, виконавчий блок. Селективно-підсилювальний вузол здійснює виділення й посилення ВЧгармоніки вихідного сигналу пошукового генератора з подальшою подачею виділеного сигналу ВЧ-гармоніки на вхід змішувача. На другий вхід змішувача подається сигнал зразкової частоти з виходу зразкового ВЧ-генератора. Як пошуковий генератор використовується високостабільний LC-генератор без безпосереднього зв'язку його частотозадаючого LC-контуру з активним елементом генератора. Недоліком даного пристрою є те, що ефективне використання пошукової котушки можливе тільки на одній робочій частоті та його низька термостабільність. Відомий датчик металодетектора, описаний у патенті США 4563645, МПК G01N 27/72, який являє собою по суті індукційний перетворювач, причому він складається з випромінюючої й двох зустрічно включених прийомних котушок, а також містить три детектора, два з яких детектують квадратурні складові, містить генератор несучої частоти, індукційний перетворювач і перший підсилювач послідовно з'єднані між собою, два елементи пам'яті, ланцюг діодних перемикачів, два діодних атенюатори, фазообертач, блок виводу. Недоліками даного металошукача є висока споживана потужність у результаті безперервного режиму роботи генератора несучої частоти; низька чутливість, обумовлена балансуванням по входу, за рахунок чого виникають більш високі гармоніки, які обмежують коефіцієнт підсилення; відсутність розпізнавання об'єктів, оскільки має місце селекція тільки по амплітуді. Найближчим до корисної моделі, що заявляється, є датчик, що використовується в двочастотному металодетекторі (US 3986104 А, публ. 12.06.1976 р.), що являє собою індуктивну пошукову котушку, підключену до низькочастотного генератора для генерації сигналу низької частоти, послідовного резонансного контуру, який налаштований на першу частоту і паралельний резонансний контур, налаштованого на другу частоту, відмінну від першої, до генератора високої частоти, для генерації сигналу високої частоти, що має послідовний резонансний контур, налаштований на третю частоту і паралельного резонансного контуру, налаштованого на четверту частоту, відмінну від третьої частоти, причому один з послідовних чи паралельних контурів підключений для передачі сигналу зворотного зв'язку в вищевказаний високочастотний генератор. Недоліком цього детектора є те, що одночасна робота на двох частотах супроводжується зниженням ефективності, ніж на кожній частоті окремо, крім того, одночасна робота на двох частотах приводить до підвищення енерговитрат, і, як наслідок, до скорочення терміну роботи акумуляторів. Відомі рішення, які передбачають одночасну роботу на декількох частотах, дозволяють заощадити час і кошти, але втрачають в ефективності й недостатньо відповідають вимогам споживача. 1 UA 94262 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В основу корисної моделі поставлена задача - створення індуктивного датчика для металодетектора шляхом такої сукупності його вузлів і деталей та їх взаємного розташування, які забезпечать необхідну ефективність пошуку металевих предметів та нададуть металодетектору в цілому необхідну універсальність. Поставлена задача вирішується тим, що індуктивний датчик для металодетектора, згідно з корисною моделлю, містить дві індукційні обмотки, які розміщені на каркасах, одна з яких є передавальною, а друга - приймальною, причому індукційний зв'язок між обмотками встановлений мінімально можливим, а до кінців кожної з обмоток приєднані конденсатори змінної ємності в кількості не менше ніж два, додатково для перемикання конденсаторів у пошуковий режим введений один чи більше комутаторів. Крім того, авторами корисної моделі доведено, що комутатор виконаний на основі бістабільного реле. Велику роль відігріває частота електромагнітного поля, що випромінює датчик. Відомо, що, наприклад, на частоті 3 кГц датчик найбільш чутливий до великих предметів і предметів із міді, на частоті 7 кГц датчик найбільш чутливий до предметів зі срібла та алюмінію, а на частоті 14 кГц максимально підвищується чутливість датчика до дрібних фольгоподібних предметів із золота і бронзи. Виходячи із цих дослідів, для ефективного пошуку всього спектру металевих предметів необхідно мати декілька датчиків, кожен з яких працює на заданій частоті. Але це є незручним і неуніверсальним, некомфортним для споживача, крім того, супроводжується додатковими витратами на придбання додаткових датчиків для металодетектора. Майже всі відомі в даній галузі датчики побудовані на основі резонансних (послідовних чи паралельних) коливальних контурів, причому один із контурів є приймальним, а другий передаючим. Відомо, що для досягнення найбільшої ефективності пошуку металевих предметів резонансні контури повинні працювати тільки на одній частоті - частоті власного резонансу. Відхилення від власної резонансної частоти значно погіршують робочі характеристики датчика. Ураховуючи наведене вище, автори даної корисної моделі розробили оригінальне технічне рішення, що усуває вищенаведені перешкоди, а саме, пропонують роботу одного датчика послідовно на декількох частотах без втрати ефективності, наприклад, на частотах 3, 7 і 14 кГц, що охоплює майже весь спектр об'єктів пошуку. Для того, щоб один датчик мав послідовно можливість ефективно працювати на декількох частотах автором даної корисної моделі було введено в електричну схему датчика додаткові конденсатори змінної ємності для можливості послідовної роботи датчика на декількох частотах. Кількість частот обумовлена наявністю конденсаторів з відповідними ємностями та 1 розраховується за формулою Fp  , де L - індуктивність обмоток, C - ємність, 2 Lc1  ...Cn  Fp - частота резонансу. В електричну схему датчика конденсатори можна підключати як послідовно, так і паралельно, що не позначається на технічному результаті, що досягається. Крім того, додатково в електричну схему автором введений щонайменше один комутатор для перемикання робочої частоти датчика, що виконаний на основі бістабільного реле. Перемикання частот здійснюється за допомогою зміни полярності підключеного до керуючої обмотки реле джерела постійного струму, наприклад типу "Крона" напругою 9В. Передаюча та приймальні обмотки на каркасах мають форму DD (дабл "D") та підключені у відповідні резонансні контури - передаючий та приймальний. Додатково, на етапі виробництва здійснюють налаштування датчика з метою мінімізації індукційного зв'язку між передаючою та приймальною обмотками шляхом зміни положення передаючої обмотки по відношенню до приймальної, чи навпаки, з одночасним вимірюванням індукційного зв'язку за допомогою осцилографа. При досягненні мінімального індукційного зв'язку обмотки фіксують за допомогою епоксидної смоли. Крім того, це забезпечує герметичність, що обумовлено умовами експлуатації. Корисна модель підтверджена відповідними кресленнями. На фіг. 1 зображено схему запропонованого датчика для металодетектора, де Ltx передаюча обмотка, Lrx - приймальна обмотка, суміщені таким чином, що індуктивний зв'язок між обмотками є мінімальним, М - індуктивний зв'язок між обмотками, Сrх1, Сrх2 - конденсатори, що з'єднані із приймальною обмоткою, Ctx1, Ctx2 - конденсатори, що з'єднані з передаючою обмоткою, S1 - комутатор на основі бістабільного реле. На фіг. 2 зображена принципова електрична схема датчика з: a) послідовним включенням конденсатора; 2 UA 94262 U 5 10 15 20 25 30 35 40 b) паралельним включенням конденсатора; де LT, LT1 - передаючі обмотки, LR, LR1 - приймальні обмотки, RT, RT1, RR, RR1 резистори, CT, CT1, CR, CR1 - конденсатори,