UA52090A - Device for remotely detecting metallic objects - Google Patents

Abstract

The proposed device for remotely detecting metallic objects contains a low-frequency oscillator, an inductive transducer, a frequency detector, and a measuring unit. In the frequency determining circuit of the oscillator, a capacitor and the inductive transducer coil are connected via a matching transformer. The said capacitor and inductive transducer coil are connected in parallel. The frequency detector is connected to the oscillator output and contains a clipper amplifier, a short pulse-shaping circuit, a univibrator, and a low-pass filter that are connected in series. Additionally, the proposed device contains the second inductive transducer, the second matching transformer, a voltage repeater, and an alternate-voltage amplifier, synchronous detector, and the second low-pass filter that are connected in series, as well as multivibrator and two automatic switches. The inputs of the automatic switches are connected accordingly together and to the end terminals of the coils of the inductive transducers. The start ends of the coils of the inductive transducers are connected together and to the common earth terminal of the electric circuit of the device. The output of the first automatic switch is connected to the potential lead of the capacitor. The output of the second automatic switch is connected to the output of the voltage repeater via the second matching transformer. The output of the voltage repeater is connected to the output of the oscillator. The output of the low-pass filter of the frequency detector is connected to the input of the alternate-voltage amplifier. The output of the second low-pass filter is connected to the input of the measuring unit. The control inputs of the synchronous detector and automatic switches are connected to the output circuits of the multivibrator at the points belonging to the different ports.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до області аналізу матеріалів за допомогою змінних магнітних полів низької частоти та 2 Може бути використаний для дистанційного знаходження металевих предметів шляхом прийому та виділення низькочастотних сигналів, перевипромінених об'єктом, який знаходять.The invention relates to the field of material analysis using variable magnetic fields of low frequency and 2 Can be used for remote detection of metal objects by receiving and extracting low-frequency signals re-radiated by the object being found.

В пристроях для дистанційного знаходження металевих предметів використовують вимірювальні схеми, в яких сигнал, що випромінюється, та сигнал, що приймається (перевипромінений) являються безперервними, вони існують одночасно та співпадають по частоті. Перевипромінений сигнал виникає внаслідок дії на шуканий 70 предмет змінного магнітного поля випромінюючої (передаючої) котушки індукційного давача та приймається прийомною котушкою другого індукційного давача. Взаємне положення котушок давачів вибирають таким, щоб магнітне поле випромінюючої котушки в відсутність сторонніх металевих предметів не наводило б сигналів в прийомній котушці. Наявність поблизу котушок давачів металевого предмету зумовлюють виникнення сигналу у вигляді змінної ЕРС в прийомній котушці давача.In devices for remote detection of metal objects, measuring circuits are used, in which the emitted signal and the received (reradiated) signal are continuous, they exist simultaneously and coincide in frequency. The re-radiated signal arises as a result of the effect on the sought-after 70 subject of the changing magnetic field of the emitting (transmitting) coil of the induction transducer and is received by the receiving coil of the second induction transducer. The relative position of the transmitter coils is chosen so that the magnetic field of the emitting coil in the absence of extraneous metal objects would not induce signals in the receiving coil. The presence of a metal object near the sensor coils leads to the appearance of a signal in the form of a variable EMF in the receiver coil of the sensor.

Відомий пристрій для дистанційного знаходження металевих предметів (див. Мизюк Л. Я., Поджарьй В. М.,A well-known device for remote detection of metal objects (see L. Ya. Myzyuk, V. M. Podzhary,

Проць Р. В. Измерение инвариантов магнитного поля при злектроразведке. - К.: Наукова думка. - 1976. -Prots R.V. Measurement of magnetic field invariants in electroresearch. - K.: Scientific opinion. - 1976. -

С.46-50), який містить два індукційних давача, випромінююча котушка одного давача підключена до генератора низької частота, прийомна котушка другого давача через підсилювач низької частоти з'єднана з синхронним детектором, управляючий вхід якого підключений до генератора низької частоти через фазозсувний пристрій, а реєстратор підключений до виходу синхронного детектора через схему компенсації.P.46-50), which contains two induction transducers, the emitting coil of one transducer is connected to a low-frequency generator, the receiving coil of the second transducer is connected through a low-frequency amplifier to a synchronous detector, the control input of which is connected to the low-frequency generator through a phase-shifting device, and the recorder is connected to the output of the synchronous detector through the compensation circuit.

Неминучі механічні та температурні деформації котушок давачів приводять до появлення хибного сигналу в прийомній котушці при відсутності металевих об'єктів, що знижує завадозахищенність та чутливість пристрою.Inevitable mechanical and temperature deformations of transmitter coils lead to the appearance of a false signal in the receiving coil in the absence of metal objects, which reduces the immunity and sensitivity of the device.

Схема компенсації нуля також не забезпечує повного придушення хибного сигналу із-за часової та температурної нестабільності параметрів вимірювального пристрою. 29 Відомий пристрій для дистанційного знаходження металевих предметів (див. Щедрин А.И. Металлоискатели « для поиска кладов и реликвий. - М.: Арбат-Информ. - 1998. - С.42-44), що містить в собі генератор низької частоти, до виходу якого Через перетворювач "напруга-струм" підключена котушка індукційого давача та конденсатор, що створюють коливальний контур, та суматор, один вхід якого з'єднаний з виходом генератора, інший вхід якого з'єднаний з виходом коливального контуру, а реєстратор підключений до виходу суматора. оThe zero compensation scheme also does not provide complete suppression of the false signal due to the time and temperature instability of the parameters of the measuring device. 29 A well-known device for remote detection of metal objects (see Shchedrin A.I. Metal detectors "for the search of hoards and relics. - M.: Arbat-Inform. - 1998. - P.42-44), which contains a low-frequency generator , to the output of which the coil of the induction sensor and the capacitor creating the oscillating circuit are connected through the "voltage-current" converter, and the adder, one input of which is connected to the output of the generator, the other input of which is connected to the output of the oscillating circuit, and the recorder is connected to the output of the adder. at

Коефіцієнт перетворювання перетворювача "напруга-струм' вибирається таким, щоб вихідна напруга Ге»! коливального контуру дорівнювала напрузі генератора за умов відсутності металу поблизу давача. В результаті сумування протифазних напруг на коливальному контурі виконується віднімання двох сигналів і його вихідний о сигнал дорівнює нулю. При появі металу поблизу давача змінюються параметри котушки давача, що змінює Га напругу на коливальному контурі. В результаті на виході суматора з'являється сигнал, відмінний від нуля. 3о Однак температурна та часова нестабільність власної індуктивності давача та параметрів конденсатора о призводять до змін резонансної частоти коливального контура, а значить і до дрейфу нуля пристрою, що не дозволяє знаходити дрібні металічні предмети та збільшувати зону дії пристрою.The conversion factor of the "voltage-current" converter is chosen so that the output voltage Ge"! of the oscillating circuit is equal to the voltage of the generator under the conditions of the absence of metal near the sensor. As a result of the summation of antiphase voltages on the oscillating circuit, the subtraction of two signals is performed and its output o signal is zero. When the appearance of metal near the sensor changes the parameters of the sensor coil, which changes the voltage Ha on the oscillating circuit. As a result, a non-zero signal appears at the output of the adder. 3о However, the temperature and time instability of the self-inductance of the sensor and the parameters of the capacitor o lead to changes in the resonant frequency of the oscillating contour, and therefore to zero drift of the device, which prevents finding small metal objects and increases the range of the device.

Відомий також пристрій для дистанційного знаходження металевих предметів (див. Арш З. И. «A device for remote detection of metal objects is also known (see Arsh Z. I. "

Автогенераторнье методь и средства измерений. - М.: Машиностоение. - 1979. - С.60-63), що містить З 70 автогенератор низької частоти, в частотозадаюче коло якого через узгоджуючий трансформатор включені с паралельно з'єднані конденсатор та обмотка індукційного давача, частотний детектор у вигляді послідовно з» з'єднаних підсилювача-обмежувача, формувача коротких імпульсів, одновібратора і фільтра нижніх частот, що підключені до виходу автогенератора, реєстратор та заземлена шина пристрою.Autogenerator method and means of measurement. - M.: Mashynostoenie. - 1979. - P.60-63), containing Z 70 low-frequency autogenerator, in the frequency-setting circuit of which, through a matching transformer, a parallel-connected capacitor and the winding of an induction transducer are included, a frequency detector in the form of a series-connected amplifier- limiter, short pulse generator, monovibrator and low-pass filter connected to the output of the autogenerator, the recorder and the grounded bus of the device.

Крім цього, пристрій включає опорний автогенератор стабільної частоти, балансний змішувач, входи якого і-й з'єднані з виходом опорного автогенератора та вимірювального автогенератора, в коливальний контур якого ка включений індукційний давач.In addition, the device includes a reference autogenerator of stable frequency, a balanced mixer, the inputs of which are connected to the output of the reference autogenerator and the measuring autogenerator, in the oscillating circuit of which an induction transducer is included.

Внаслідок нестабільності початкової частоти автогенератора з індукційним давачем, навіть при високій о стабільності опорного автогенератора, виникає хибний сигнал різницевої частоти на виході змішувача, якийAs a result of the instability of the initial frequency of the autogenerator with an induction sensor, even with a high stability of the reference autogenerator, a false difference frequency signal appears at the output of the mixer, which

Те) 20 сприймається оператором як корисний сигнал. Скомпенсувати нестабільність вимірювального автогенератора практично неможливо із-за випадкового характеру частотних флуктуацій автогенератора. Крім цього, виділення с невеликої по значенню різниці частот вимірювального та опорного автогенератора зв'язано з великими труднощами внаслідок явища захвату фаз. Воно заключається в тому, що два автогенератори, працюючі на дуже близьких частотах, мають тенденцію до паразитної синхронізації. Ця синхронізація проявляється в тому, 29 що при наближенні різницевої частоти до деякого порогу, виникає стрибкоподібний перехід до стану в. автогенераторів, коли їхні частоти співпадають. Вимірювальний та опорний автогенератори пристрою стають синхронізованими. Причиною цього явища є паразитне проникнення сигналу одного автогенератора в інший по ланцюгам живлення через паразитні ємності та загальний змішувач, в якому формується сигнал різницевої частоти. 60 В основу винаходу поставлена задача створення такого пристрою для дистанційною знаходження металевих предметів, в якому введення нових елементів та зв'язків дозволило би виключити дрейф нуля вимірювальної схеми та підвищити тим самим чутливість та точність знаходження металевих предметів.Te) 20 is perceived by the operator as a useful signal. It is practically impossible to compensate for the instability of the measuring autogenerator due to the random nature of the frequency fluctuations of the autogenerator. In addition, the selection of a small difference in the frequency of the measuring and reference autogenerator is associated with great difficulties due to the phenomenon of phase capture. It consists in the fact that two oscillators operating at very close frequencies have a tendency to parasitic synchronization. This synchronization is manifested in the fact that when the difference frequency approaches a certain threshold, there is a jump-like transition to state v. generators when their frequencies match. The measuring and reference autogenerators of the device become synchronized. The reason for this phenomenon is the parasitic penetration of the signal of one autogenerator into another through the power supply circuits through the parasitic capacitors and the common mixer, in which the differential frequency signal is formed. 60 The invention is based on the task of creating such a device for the remote detection of metal objects, in which the introduction of new elements and connections would eliminate the zero drift of the measuring circuit and thus increase the sensitivity and accuracy of the detection of metal objects.

Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для дистанційного знаходження металевих предметів, що містить автогенератор низької частоти, в частотозадаюче коло якого Через узгоджуючий трансформатор 62 включені паралельно з'єднані конденсатор та обмотка індукційного давача, частотний детектор у вигляді послідовно з'єднаних підсилювача-обмежувача, формувача коротких імпульсів, одновібратора і фільтра нижніх частот, що підключені до виходу автогенератора, реєстратор та заземлена шина пристрою, згідно з винаходом в нього введені другий індукційний давач та другий узгоджуючий трансформатор, повторювач напруги, послідовно з'єднані підсилювач змінної напруги, синхронний детектор та другий фільтр нижніх частот, а також мультивібратор та два автоматичних перемикача, входи яких з'єднані між собою відповідно і підключені до кінців обмоток індукційних давачів, початкові кінці яких з'єднані між собою та з'єднані з заземленою шиною пристрою, вихід першого автоматичного перемикача з'єднаний з потенціальним електродом конденсатора, вихід другого автоматичного перемикача через другий узгоджуючий трансформатор з'єднаний з виходом повторювача /о напруги, вхід якого підключений до виходу автогенератора, до виходу фільтра нижніх частот підключений підсилювач змінної напруги, реєстратор, підключений до другого фільтра нижніх частот, управляючі входи синхронного детектора та входи автоматичних перемикачів з'єднані з протилежними плечима мультивібратора.The task is solved by the fact that in the device for remote detection of metal objects, which contains a low-frequency autogenerator, in the frequency-setting circuit of which, through the matching transformer 62, a parallel-connected capacitor and the winding of an induction sensor are included, a frequency detector in the form of a series-connected amplifier-limiter , a short pulse generator, a monovibrator and a low-pass filter connected to the output of the autogenerator, a recorder and a grounded bus of the device, according to the invention, a second induction sensor and a second matching transformer, a voltage follower, a series-connected alternating voltage amplifier, a synchronous detector are introduced into it and a second low-pass filter, as well as a multivibrator and two automatic switches, the inputs of which are connected to each other, respectively, and connected to the ends of the windings of induction sensors, the initial ends of which are connected to each other and connected to the grounded bus of the device, the output of the first automatic the switch is connected to pot ential electrode of the capacitor, the output of the second automatic switch through the second matching transformer is connected to the output of the /o voltage repeater, the input of which is connected to the output of the autogenerator, the variable voltage amplifier is connected to the output of the low-pass filter, the recorder is connected to the second low-pass filter, control inputs of the synchronous detector and the inputs of the automatic switches are connected to the opposite arms of the multivibrator.

Доцільно, щоб в пристрої обмотки двох індукційних давачів були виконані на одній діелектричній підложці із фольгованого гетинаксу шляхом утворення спіральних обмоток з однаковим кроком та числом витків 7/5 правосторонньої та лівосторонньої намоток на протилежних сторонах підложки із провідних шарів фольгованого гетинаксу, а початкові кінці двох обмоток в центрі давача з'єднані провідним містком.It is advisable that in the device the windings of two induction transducers are made on one dielectric substrate made of foiled getinax by forming spiral windings with the same pitch and the number of turns of 7/5 of the right-hand and left-handed windings on opposite sides of the substrate from conductive layers of foiled getinax, and the initial ends of the two windings in the center of the sensor are connected by a conductive bridge.

Введения в схему пристрою для дистанційного знаходження металевих предметів другого індукційного давача, підключеного до виходу автогенератора Через повторювач напруги та другий узгоджуючий трансформатор, двох автоматичних перемикачів, які періодично з частотою переключень введеного мультивібратора заміщують обмотки давачів одне одним, підсилювача змінної напруги, синхронного детектора та другого фільтра нижніх частот, підключених послідовно до виходу частотного детектора, включення управляючих входів синхронного детектора та автоматичних перемикачів до протилежних плечей мультивібратора і виконання обмоток двох індукційних давачів на одній діелектричній підложці з фольгованого гетинаксу шляхом утворення однакових спіральних обмоток, але з правою і лівою намотками на протилежних сторонах підложки, виключає явище захвату фаз і забезпечує стабільний нуль пристрою навіть при нестабільній початковій частоті « автогенератора, що підвищує чутливість і точність знаходження металевих предметів.Introduction to the scheme of the device for the remote detection of metal objects of the second induction transducer connected to the output of the autogenerator Through the voltage repeater and the second matching transformer, two automatic switches that periodically replace the windings of the transducers with each other with the switching frequency of the introduced multivibrator, the variable voltage amplifier, the synchronous detector and the second low-pass filter connected in series to the output of the frequency detector, including the control inputs of the synchronous detector and automatic switches to the opposite arms of the multivibrator, and performing the windings of two induction transducers on one dielectric substrate made of foil hetinax by forming the same spiral windings, but with the right and left windings on opposite sides on the sides of the substrate, eliminates the phenomenon of phase capture and ensures a stable zero of the device even with an unstable initial frequency of the autogenerator, which increases the sensitivity and accuracy of finding metal objects .

На фіг.1,2,З3приведена функціональна схема пристрою для дистанційного знаходження металевих предметів; на фіг.4 - взаємодія магнітних полів індукційних давачів пристрою з шуканим металевим предметом. о зо Пристрій (фіг.1) містить два накладних індукційних давача 1 і 2, кожний з яких складається з плоскої спіральної обмотки з протилежними навичками (вид зверху за стрілюою А - обмотка З і вид знизу за стрілкою В - Ме обмотка 4), що закріплені відповідно на одній діелектричній підложці 5, автоматичні перемикачі 6 і 7, о мультивібратор 8, конденсатор 9, узгоджуючі трансформатори 10 і 11, автогенератор 12 низької частоти, повторювач напруги 13, підсилювач-обмежувач 14, формувач 15 коротких імпульсів, одновібратор 16, фільтр 17 сFigures 1, 2, and 3 show a functional diagram of the device for remote detection of metal objects; Fig. 4 shows the interaction of the magnetic fields of the induction sensors of the device with the desired metal object. The device (Fig. 1) contains two superimposed induction transducers 1 and 2, each of which consists of a flat spiral winding with opposite skills (top view along arrow A - winding Z and bottom view along arrow B - Me winding 4), which fixed respectively on one dielectric substrate 5, automatic switches 6 and 7, o multivibrator 8, capacitor 9, matching transformers 10 and 11, low-frequency autogenerator 12, voltage follower 13, amplifier-limiter 14, shaper 15 of short pulses, single-vibrator 16, filter 17 p

Зз5 Нижніх частот, підсилювач 18 змінної напруги, синхронний детектор 19, другий фільтр 20 нижніх частот та ю реєстратор 21.Low-frequency amplifier 18, synchronous detector 19, second low-frequency filter 20, and recorder 21.

Позицією 22 позначений шуканий металічний предмет в зоні дії одного із давачів, а позицією 23 - той же предмет в зоні дії двох давачів.Position 22 indicates the wanted metal object in the range of one of the sensors, and position 23 - the same object in the range of two sensors.

Спіральні обмотки З і 4 своїми початками з'єднані між собою і підключені до загальної заземленої шини « пристрою. Кінці обмоток з'єднані з однойменними входами автоматичних перемикачів 6 і 7, управляючі входи з с яких підключені до протилежних плечей мультивібратора 8. Вихід автоматичного перемикача 6 з'єднаний з потенціальним електродом конденсатора 9 та потенціальним кінцем вторинної обмотки узгоджуючого ;» трансформатора 10, який включений в ланцюг збудження автогенератора 12, до виходу автогенератора паралельно підключені повторювач напруги 13 та підсилювач-обмежувач 14. При цьому вихід повторюванаThe spiral windings C and 4 are interconnected at their beginnings and connected to the common grounded bus of the device. The ends of the windings are connected to the inputs of the same names of the automatic switches 6 and 7, the control inputs of which are connected to the opposite arms of the multivibrator 8. The output of the automatic switch 6 is connected to the potential electrode of the capacitor 9 and the potential end of the secondary winding of the matching;" transformer 10, which is included in the excitation circuit of the autogenerator 12, a voltage repeater 13 and a limiter amplifier 14 are connected in parallel to the output of the autogenerator. At the same time, the output is repeated

Напруги 13 через узгоджуючий трансформатор 11 з'єднаний з виходом автоматичного перемикача 7. с До виходу підсилювача-обмежувача 14 підключені послідовно з'єднані формувач 15 коротких імпульсів, одновібратор 16, перший фільтр 17 нижніх частот, підсилювач 18 змінної напруги та синхронний детектор 19, ю управляючі входи якого підключені до протилежних плечей мультивібратора 8. Вихід синхронного детектора 19 о через другий фільтр 20 нижніх частот з'єднаний з реєстратором 21.Voltage 13 through the matching transformer 11 is connected to the output of the automatic switch 7. c The output of the amplifier-limiter 14 is connected in series with the shaper 15 of short pulses, the monovibrator 16, the first low-pass filter 17, the amplifier 18 of the alternating voltage and the synchronous detector 19, whose control inputs are connected to the opposite arms of the multivibrator 8. The output of the synchronous detector 19 is connected to the recorder 21 through the second low-pass filter 20.

Індукційні давачі 1 і 2 закріплені жорстко на одній діелектричній підложці 5, мають однакове число витків і, в обмотках, але з протилежними намотками. Вектори їх магнітних моментів при протіканні по виткам однакових о струмів направлені по одній осі, але в протилежному напрямку (фіг.4).Induction transducers 1 and 2 are fixed rigidly on one dielectric substrate 5, have the same number of turns and, in windings, but with opposite windings. The vectors of their magnetic moments when currents of the same value flow through the coils are directed along one axis, but in the opposite direction (Fig. 4).

Пристрій для дистанційного знаходження металевих предметів працює наступним чином.The device for remote detection of metal objects works as follows.

При вказаному положенні автоматичних перемикачів б і 7 індукційний давач 1 підключений паралельно ов Конденсатору У, що разом утворюють коливальний контур автогенератора 12 низької частоти. В спіральній обмотці З виникає струм низької частоти, що в центрі плоскої обмотки створює індукцію В. магнітного поля:With the indicated position of the automatic switches b and 7, the induction sensor 1 is connected in parallel with the capacitor U, which together form the oscillating circuit of the low-frequency autogenerator 12. In the spiral winding C, a low-frequency current arises, which in the center of the flat winding creates a magnetic field induction B:

Роодолитотт 0 2К, 2КЕ де Р'»т - магнітний момент, утворений струмом 14 обмотки 3; бо УМ. - кількість витків обмотки 3;Roodolitott 0 2K, 2KE where P'»t is the magnetic moment formed by the current 14 of winding 3; because UM. - the number of turns of the winding is 3;

Ко - середній радіус обмотки 3;Ko - the average radius of the winding 3;

Е - площа обмотки 3.E - winding area 3.

За рахунок взаємодії з металевим предметом 22 (провідниковим або феромагнітним) виникає додаткова компонента магнітної індукції: б5 зи дл) хе де 4 - коефіцієнт, що враховує форму та електричні параметри шуканого 9 предмету;Due to the interaction with the metal object 22 (conductive or ferromagnetic), an additional component of magnetic induction arises: b5 zi dl) he de 4 - a coefficient that takes into account the shape and electrical parameters of the sought 9 object;

І - відстань до шуканого предмету.I is the distance to the desired object.

Якщо шуканий предмет має форму кулі, то при врахуванні феромагнітних властивостей предмету коефіцієнт оакд-)ю 70 ШЕУ де цу - магнітна проникність шуканого предмету.If the desired object has the shape of a sphere, then taking into account the ferromagnetic properties of the object, the coefficient oakd-)yu 70 SHEU de tsu is the magnetic permeability of the desired object.

При одночасному врахуванні електропровідних та феромагнітних властивостей маємо: ре! (Ф) лез 5р Хи-у 15 деАК| 5 У - (ЗНА 3 | уурноК мноTaking into account the electrically conductive and ferromagnetic properties, we have: re! (F) blade 5r Khy-u 15 deAK| 5 U - (KNOW 3 | uurnoK pl

Ібо де р- питомий електричний опір матеріалу предмету;For where r is the specific electrical resistance of the material of the object;

Р - оператор Лапласа. 20 Оскільки в загальному випадку коефіцієнт 4 - функція комплексна, то відносна зміна індукції також є функцією оператора Лапласа: в(р)- АВ (5)P is the Laplace operator. 20 Since, in the general case, the coefficient 4 is a complex function, the relative change in induction is also a function of the Laplace operator: v(r)- AB (5)

В, 25 Повний опір обмотки індукційного давача (без врахування омічного опору дроту та міжвиткової ємності) « можна представити як: (р)-яцін о) ОС) де ГІ. - індуктивність обмотки без впливу металевого предмету. Резонансна частота коливального контуру з. «3 30 індуктивністю ГІ. давача 1 і ємністю конденсатора 9 визначається формулою: р 1 (7) ФB, 25 The total resistance of the winding of the induction sensor (without taking into account the ohmic resistance of the wire and the inter-turn capacitance) can be represented as: (p)-yatsin o) OS) where GI. - the inductance of the winding without the influence of a metal object. The resonant frequency of the oscillating circuit with. "3 30 inductance GI. sensor 1 and the capacity of capacitor 9 is determined by the formula: p 1 (7) Ф

Созлусцікв (р (2) де С - ємність конденсатора 9. ГаSozlustsikv (p (2) where C is the capacity of the capacitor 9. Ha

Вихідна напруга автогенератора 12 з частотою її Через повторювач напруги 13 та узгоджуючий 35 трансформатор 11 збуджує в обмотці 4 індукційного давача 2 аналогічний струм Іо-ії, що і в обмотці З о індукційного давача 1. Оскільки струми в спіральних обмотках з протилежними намотками створюють однакові магнітні поля, але які направлені в протилежні сторони (фіг.4), то поле індукційного давача 2 не взаємодіє з шуканим предметом 22. При цьому параметри обмотки 4 давача 2 не впливають на частоту автогенератора 12. «The output voltage of the autogenerator 12 with its frequency Through the voltage follower 13 and the matching 35 transformer 11 excites in the winding 4 of the induction sensor 2 a similar current Io-ii as in the winding Z o of the induction sensor 1. Since the currents in the spiral windings with opposite windings create the same magnetic fields, but which are directed in opposite directions (Fig. 4), then the field of the induction sensor 2 does not interact with the desired object 22. At the same time, the parameters of the winding 4 of the sensor 2 do not affect the frequency of the autogenerator 12.

При протилежному положенні автоматичних перемикачів б і 7 в коливальний контур автогенератора 12 40 низької частоти включається обмотка 4 давача 2, а обмотка З давача 1 підключається до трансформатора 11. в с Оскільки магнітне поле давача 2 з магнітним моментом Р" не взаємодіє з шуканим предметом (фіг.4), то з» частота коливального контуру, а значить і автогенератора 12, визначається виразом: я-- 18 8 ет». 2тл-/СІ, 1 Магнітне поле індукційного давача 1 продовжує взаємодіяти з шуканим предметом 22, але вже не вносить зміни в індуктивність обмотки З давача 1 та не впливає на частоту автогенератора 12. о При періодичній комутації обмоток З і 4 давачів автоматичними перемикачами 6 і 7, що забезпечують (ав) протифазні напруги мультивібратора 8, відбуваються і періодичні зміни частоти автогенератора 12 від значення (7) до значення (8) і навпаки. В результаті цього в один напівперіод комутації на виході автогенератора 12 і утворюється низькочастотна напруга частотий: о ОО івіп(сяді я фі, бік) 2Е а у другий період комутації - напруга частоти 5: | І | (10) » /5(уе О до віп олузі фа)» ЗЕ де Опи і Фі - амплітуда та фаза автогенератора 12 при включенні в коливальний контур обмотки З давача 1; уд» і Фо - амплітуда та фаза напруги автогенератора 12 при включенні в коливальний контур обмотки 4 давана 2; бо Е- частота переключення мультивібратора 8.When the automatic switches b and 7 are in the opposite position, winding 4 of sensor 2 is turned on in the low-frequency oscillating circuit of autogenerator 12 40, and winding Z of sensor 1 is connected to transformer 11. in s Since the magnetic field of sensor 2 with a magnetic moment P" does not interact with the desired object ( Fig. 4), then the frequency of the oscillating circuit, and therefore the autogenerator 12, is determined by the expression: я-- 18 8 et". 2tl-/SI, 1 The magnetic field of the induction transducer 1 continues to interact with the sought object 22, but no longer makes changes in the inductance of the winding C of the encoder 1 and does not affect the frequency of the autogenerator 12. o During periodic switching of the windings C and 4 of the encoders by automatic switches 6 and 7, which provide (а) antiphase voltages of the multivibrator 8, periodic changes in the frequency of the autogenerator 12 from the value (7) to the value (8) and vice versa. As a result, in one half-cycle of commutation, a low-frequency voltage of the following frequencies is formed at the output of the autogenerator 12: 2E and in the second switching period - voltage of frequency 5: | And | (10) » /5(ue O to vip oluzi fa)» ZE de Opy and Fi - amplitude and phase of the autogenerator 12 when included in the oscillating circuit of the winding Z of the encoder 1; ud" and Fo - the amplitude and phase of the voltage of the autogenerator 12 when included in the oscillating circuit of the winding 4 of the davan 2; because E is the switching frequency of the multivibrator 8.

Часову послідовність пакетів коливань Ш(О) ії 02(Ю можна розглядати як один безперервний гармонічний сигнал, модульований по частоті і амплітуді більш низької частотою переключення ГБ. Для цього частоту переключення вибирають в 50-100 раз менше частот автогенератора ї і та Її». Модульована напруга підсилюється підсилювачем-обмежувачем 14 (фіг. 1), де синусоїдальна напруга перетворюється в прямокутну бо (меандр). За допомогою формувачів імпульсів 15 формується послідовність коротких імпульсів в момент переходу через нуль прямокутної напруги. Короткі імпульси діють на вхід одновібратора 16, який утворює однополярні прямокутні імпульси постійної тривалості то та амплітуди Од. Конденсатор та резистор часозадаючого ланцюга одновібратора 16 вибирають такими, щоб тривалість імпульсів задовольняла умові дочнін СThe time sequence of oscillation packets Ш(О) и 02(Ю can be considered as one continuous harmonic signal, modulated in frequency and amplitude by a lower switching frequency GB. For this, the switching frequency is chosen 50-100 times less than the frequencies of the autogenerator и and и and Я". The modulated voltage is amplified by the amplifier-limiter 14 (Fig. 1), where the sinusoidal voltage is transformed into a rectangular bo (meander). With the help of pulse shapers 15, a sequence of short pulses is formed at the moment of the transition through the zero of the rectangular voltage. The short pulses act on the input of the single-vibrator 16, which forms unipolar rectangular pulses of constant duration and amplitude Unit. The capacitor and resistor of the timing circuit of the single-vibrator 16 are chosen so that the duration of the pulses satisfies the condition C

При цьому частота слідкування імпульсів з постійною вольтсекундною площею (Ш ото-сопві) в кожному періоді комутації визначається частотою автогенератора 12. В результаті усереднення коротких прямокутних імпульсів в фільтрі 17 нижніх частот на його виході при одному положенні автоматичних перемикачів 6 і 7 утворюється один довгий імпульс тривалості 1 з амплітудою жAt the same time, the tracking frequency of pulses with a constant volt-second area (Shoto-sopvi) in each switching period is determined by the frequency of the autogenerator 12. As a result of averaging short rectangular pulses in the low-pass filter 17 at its output, at one position of the automatic switches 6 and 7, one long pulse is formed duration 1 with the same amplitude

Оз е КітоОл» 2 де К. - коефіцієнт передачі фільтра 17 нижніх частот. При другому положенні автоматичних перемикачів 75 утворюється один довгий імпульс з тією ж самою тривалістю, але з амплітудоюOz e KitoOl» 2 de K. - transmission coefficient of the filter 17 lower frequencies. At the second position of the automatic switches 75, one long pulse is formed with the same duration, but with an amplitude

Ор КитоОв/: (113)Or KytoOv/: (113)

Із послідовності імпульсів з амплітудами Оз ії 0, підсилювачем 18 змінної напруги підсилюється одна прямокутна напруга, пропорційна різниці амплітуд імпульсів: 14 хід К, 737 зідпвіполні кФ), Не де К» - коефіцієнт підсилення підсилювача 18 змінної напруги;From a sequence of pulses with amplitudes Oz and 0, the amplifier 18 of alternating voltage amplifies one rectangular voltage proportional to the difference in the amplitudes of the pulses: 14 course K, 737 zidpvipolni kF), where K» is the amplification factor of the amplifier 18 of alternating voltage;

Ф - початкова фаза напруги прямокутної обвідної частотно-модульованого сигналу.Ф is the initial phase of the voltage of the rectangular contour of the frequency-modulated signal.

Підсилена змінна напруга О5() частоти Е випрямляється синхронним детектором 19, який управляється безпосередньо парафазною напругою мультивібратора 8. Випрямлена напруга згладжується другим фільтром « 20 нижніх частот і фіксується вихідним реєтратором 21. Реєструєма напруга буде мати вигляд: ее коки) де К»з - коефіцієнт передачі фільтра 20 нижніх частот. Га»)The amplified alternating voltage О5() of frequency E is rectified by the synchronous detector 19, which is controlled directly by the paraphase voltage of the multivibrator 8. The rectified voltage is smoothed by the second low-frequency filter "20 and fixed by the output reterator 21. The registered voltage will have the form: ee koki) where K»z - filter transmission ratio of 20 low frequencies. Ha")

Підставляючи значення частоти автогенератора Її. та ї» з (7) та (8) в вираз (15), отримаємо: (16) Ф во тя о зл Ср де ЗАК/КоКзЦо То - чутливість модуляційного автогенераторного пристрою. сBy substituting the value of the frequency of the autogenerator Her. and i" from (7) and (8) into expression (15), we get: (16) with

При пошуках невеликих металічних предметів відносна зміна магнітної індукції (Р) невелика (6(Р)У. Отже (3 можна використовувати наближений вираз 17When searching for small metal objects, the relative change in magnetic induction (P) is small (6(P)U. Therefore (3, you can use the approximate expression 17

М еб(р) 1 0,5б(р), тоді враховуючи вираз (17) отримаємо: « ! (8) н- с Об. уро), :з» де в- 1 - початкова частота автогенератора при 5(р)- 0. зт.M eb(r) 1 0.5b(r), then taking into account the expression (17), we get: « ! (8) n- s Ob. uro), :z» where v- 1 is the initial frequency of the autogenerator at 5(r)- 0. zt.

Із формули (18) видно, що при відсутності металевих предметів в зоні дії індукційного давача (5(р)-0), 1 вихідна напруга пристрою дорівнює нулю при будь-якій чутливості 5 та початковій частоті автогенератора 9. т Це означає ,що будь-які зміни параметрів автогенератора та елементів вимірювальної схеми не викликають хибного сигналу. Тому за рахунок підвищення коефіцієнта підсилення підсилювача 18 змінної напруги можна (ав) значно підвищити чутливість пристрою 5, а тому - збільшити глибину знаходження предметів. Це також означає, с 50 що прилад може реєструвати при невеликих відстанях шукомі предмети меншої маси. При цьому повністю відсутнє явище захвату фаз двох близьких по частоті коливань. 62 При переміщенні індукційних давачів 1 і 2 шукомий предмет 22 попаде в зону дії давача 2 (фіг.4), який визначає частоту автогенератора 12. При цьому індукційний давач 1 перестане впливати на частоту автогенератора 12 низької часоти. В цьому випадку фаза змінної напруги (14) змінюється на 180 градусів, а напруга на виході фільтра 20 синхронного детектора змінює свою полярність. Отже, якщо шукомий предмет з» знаходиться між двома давачами (поз. 23 на фіг. ЦУ перпендикулярно векторам його магнітних моментів Р" п іIt can be seen from formula (18) that in the absence of metal objects in the field of action of the induction sensor (5(r)-0), 1 the output voltage of the device is zero at any sensitivity 5 and the initial frequency of the autogenerator 9. t This means that any -what changes in autogenerator parameters and elements of the measuring circuit do not cause a false signal. Therefore, by increasing the gain of the amplifier 18 of the alternating voltage, it is possible (av) to significantly increase the sensitivity of the device 5, and therefore - to increase the depth of finding objects. This also means, with 50, that the device can register smaller mass objects at short distances. At the same time, the phenomenon of phase capture of two oscillations close in frequency is completely absent. 62 When moving the induction transducers 1 and 2, the desired object 22 will fall into the area of operation of the transducer 2 (Fig. 4), which determines the frequency of the autogenerator 12. At the same time, the induction transducer 1 will cease to affect the frequency of the autogenerator 12 of a low hour. In this case, the phase of the alternating voltage (14) changes by 180 degrees, and the voltage at the output of the filter 20 of the synchronous detector changes its polarity. Therefore, if the desired object z" is located between two transducers (item 23 in Fig. CU perpendicular to the vectors of its magnetic moments P" n and

Р'я, то вихідний сигнал пристрою дорівнює нулю.Rya, then the output signal of the device is zero.

Таким чином, якщо шукомий об єкт вже знайдений по вихідному сигналу пристрою, то напрямок його точного бо місцезнаходження може бути легко визначений по нульовому значенню вихідного сигналу при точній орієнтації поперечної осі давачів на предмет (по любих орієнтаціях по крену).Thus, if the desired object has already been found by the output signal of the device, then the direction of its exact location can be easily determined by the zero value of the output signal with the exact orientation of the transverse axis of the sensors to the object (in any roll orientation).

Для забезпечення ідентичності індукційних давачів 1 і 2 (фіг.1), їх обмотки З і 4 виконані на одній діелектричній підложці 5 з пластини фольгованого гетинаксу у вигляді спіралей з однаковим шагом та однаковою кількістю витків. Самі обмотки виконані з правим та лівим напрямком намотки на протилежних сторонах 65 підложки. Обмотки З і 4 мають вигляд провідних шарів фольгованого гетинаксу, що виконані шляхом травлення.To ensure the identity of induction transducers 1 and 2 (Fig. 1), their windings C and 4 are made on the same dielectric substrate 5 from a foil hetinax plate in the form of spirals with the same pitch and the same number of turns. The windings themselves are made with the right and left winding direction on opposite sides of the 65 substrate. Windings C and 4 have the form of conductive layers of foil hetinax made by etching.

На витравленому місці утворюється необхідний проміжок між витками кожної обмотки. Початкові кінці двох обмоток в центрі підложки з єднані провідним містком, а на кінцях обмоток утворюють струмопровідні виводи.The necessary gap between the turns of each winding is formed on the etched place. The initial ends of the two windings in the center of the substrate are connected by a conductive bridge, and at the ends of the windings form conductive terminals.

Приклад. Досліджувався макет автогенераторного пристрою з двома однаковими індукційними давачами, які виконані на фольгованому гетинаксі діаметром 100мм, товщиною 2,5мм. Спіральні обмотки виконані методом травлення ії мають по 50 витків при товщині провідного слою 0,4-0,55мм та розраховані на струми до 2-ЗА.Example. The layout of an autogenerator device with two identical induction transducers, which are made on a 100 mm diameter, 2.5 mm thick foil hetinax, was investigated. The spiral windings are made by the etching method and have 50 turns each with a conductive layer thickness of 0.4-0.55 mm and are designed for currents up to 2-ZA.

Автогенератор виконаний на частоту 5кГц, а частота мультивібратора, яка визначає частоту переключення обмоток давача вибрана близько 75Гц. Автоматичні перемикачі виконані на двох герконах, обмотки керування яких включені в протилежні плечі мультивібратора. Відносний поріг чутливості по частоті автогенераторного пристрою становить 5 107, що дозволяє знаходити сталеву кульку діаметром 1Омм на відстані З м при постійній 70 часу фільтра на виході синхронного детектора не більше Зсек.The autogenerator is made at a frequency of 5kHz, and the frequency of the multivibrator, which determines the switching frequency of the encoder windings, is selected at about 75Hz. Automatic switches are made on two reed switches, the control windings of which are included in the opposite arms of the multivibrator. The relative frequency sensitivity threshold of the autogenerator device is 5 107, which makes it possible to find a steel ball with a diameter of 1 mm at a distance of 3 m with a constant 70 filter time at the output of the synchronous detector of no more than Zsec.

Claims (2)

Формула винаходуThe formula of the invention 1. Пристрій для дистанційного знаходження металевих предметів, що містить автогенератор низької частоти, в частотозадавальне коло якого через узгоджуючий трансформатор включені паралельно з'єднані конденсатор та обмотка індукційного давача, частотний детектор у вигляді послідовного з'єднаних підсилювача-обмежувача, формувача коротких імпульсів, одновібратора і фільтра нижніх частот, що підключені до виходу автогенератора, реєстратор та заземлена шина пристрою, який відрізняється тим, що в нього введені другий індукційний давач 2о та другий узгоджуючий трансформатор, повторювач напруги, послідовно з'єднані підсилювач змінної напруги, синхронний детектор та другий фільтр нижніх частот, а також мультивібратор та два автоматичних перемикачі, входи яких з'єднані між собою відповідно і підключені до кінців обмоток накладних індукційних давачів, початкові кінці яких з'єднані між собою та з'єднані з заземленою шиною пристрою, вихід першого автоматичного перемикача з'єднаний з потенціальним електродом конденсатора, вихід другого автоматичного перемикача ов через другий узгоджуючий трансформатор з'єднаний з виходом повторювача напруги, вхід якого підключений до виходу автогенератора, до виходу фільтра нижніх частот частотного детектора підключений підсилювач змінної « напруги, реєстратор, підключений до другого фільтра нижніх частот, управляючі входи синхронного детектора та входи автоматичних перемикачів з'єднані з протилежними плечами мультивібратора.1. A device for remote detection of metal objects, containing a low-frequency autogenerator, in the frequency-setting circuit of which a parallel-connected capacitor and the winding of an induction sensor are included through a matching transformer, a frequency detector in the form of a series-connected amplifier-limiter, a short pulse generator, a monovibrator and a low-pass filter connected to the output of the autogenerator, the recorder and the grounded bus of the device, which is distinguished by the fact that it includes a second induction sensor 2o and a second matching transformer, a voltage follower, a series-connected alternating voltage amplifier, a synchronous detector and a second filter low frequencies, as well as a multivibrator and two automatic switches, the inputs of which are connected to each other, respectively, and connected to the ends of the windings of overhead induction sensors, the initial ends of which are connected to each other and connected to the grounded bus of the device, the output of the first automatic switch with connected to the potential ele the cathode of the capacitor, the output of the second automatic switch OV through the second matching transformer is connected to the output of the voltage repeater, the input of which is connected to the output of the autogenerator, the output of the low-pass filter of the frequency detector is connected to the variable voltage amplifier, the recorder connected to the second low-pass filter, controls the inputs of the synchronous detector and the inputs of the automatic switches are connected to the opposite arms of the multivibrator. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що обмотки двох індукційних давачів виконані на одній о Зо діелектричній підкладці з фольгованого гетинаксу шляхом утворення спіральних обмоток з однаковим кроком та числом витків правосторонньої та лівосторонньої намоток на протилежних сторонах підкладки із провідних шарів б» фольгованого гетинаксу, а початкові кінці двох обмоток в центрі давача з'єднані провідним містком. о Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних с Зв Мікросхем", 2002, М 12, 15.12.2002. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і (З науки України.2. The device according to claim 1, which differs in that the windings of two induction transducers are made on the same dielectric substrate made of foil hetinax by forming spiral windings with the same pitch and number of turns of the right-hand and left-hand windings on opposite sides of the substrate from conductive layers of foil hetinax, and the initial ends of the two windings in the center of the sensor are connected by a conductive bridge. o Official bulletin "Industrial Property". Book 1 "Inventions, useful models, topographies of integrated circuit boards", 2002, M 12, 15.12.2002. State Department of Intellectual Property of the Ministry of Education and Science of Ukraine. - . и? 1 іме) («в) се) (42) 60 б5- and? 1 name) («c) se) (42) 60 b5