Импульсный металлоискатель
категория
Радиосхемы для бытового применения
Радиолюбители-народному хозяйству 1992 год.
Создание 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 Ти (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.