МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ
METAL DETECTOR

Изобретение относится к технике обнаружения металлических и металлосодержащих объектов и может быть использовано для поиска и идентификации скрытых подповерхностных объектов, находящихся в непроводящих и слабопроводящих средах.
Известен металлоискатель (патент США, №4563645, МПК G01N 27/72), содержащий генератор несущей частоты, индукционный преобразователь, первый усилитель, которые последовательно соединены между собой, причем индукционный преобразователь состоит из излучающей и двух встречно включенных приемных катушек, а также содержащий три детектора, два из которых детектируют квадратурные составляющие, два элемента памяти, цепь диодных переключателей, два диодных аттенюатора, фазовращатель, блок вывода.
Недостатками данного металлоискателя являются высокая потребляемая мощность в результате непрерывного режима работы генератора несущей частоты; невозможность определения глубины залегания объектов и отсутствие их распознавания, поскольку имеет место селекция только по амплитуде входного сигнала.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является металлоискатель (патент №2216028, МПК G01V 3/11, 10.11.2003, Бюл. №31), содержащий генератор несущей частоты, индукционный преобразователь, первый усилитель, синхронный детектор, первый и второй интеграторы и индикатор, причем первый усилитель выходом подключен к входу синхронного детектора, а первый интегратор своим входом соединен с выходом синхронного детектора. Металлоискатель также содержит генератор зондирующих импульсов, три делителя частоты, две цепи задержки, схему И, модулятор, две дифференцирующие цепочки, второй усилитель, демодулятор, третий усилитель. Индукционный преобразователь состоит из двух резонансных контуров, включающих излучающую и частично перекрывающую ее приемную катушки, и цепей балансировки. Вход разрешения генератора несущей частоты и входы разрешения первого, второго и третьего делителей частоты подключены к выходу генератора зондирующих импульсов, первый делитель частоты информационным входом подключен к выходу генератора несущей частоты, а информационные входы второго и третьего делителей частоты соответственно с прямым и инверсным выходами первого делителя частоты, прямой выход второго делителя частоты соединен с входом индукционного преобразователя, последовательно соединенные первый усилитель, синхронный детектор, первый интегратор подключены к выходу индукционного преобразователя, к выходу первого интегратора подключены последовательно соединенные модулятор, первая дифференцирующая цепочка, второй усилитель, демодулятор, второй интегратор, вторая дифференцирующая цепочка, третий усилитель и индикатор, первая и вторая цепи задержки, своими входами соединенные с выходом генератора зондирующих импульсов, схема И одним входом соединена с прямым выходом третьего делителя частоты, а другим входом соединена с выходом второй цепи задержки, выход схемы И подключен к опорному входу синхронного детектора, опорный вход модулятора подключен к выходу генератора зондирующих импульсов, а опорный вход демодулятора соединен с выходом первой цепи задержки.
Недостатками данного технического решения являются селекция металлосодержащих объектов только на два класса: цветные и черные, так как не регистрируется вся информация об объекте и соответственно не обрабатывается; отсутствие информации о расстоянии до объекта.
Техническим результатом изобретения являются распознавание более широкого класса металлических и металлосодержащих объектов (заведомо больше двух), возможность определения расстояния до объекта.
Технический результат достигается тем, что металлоискатель, содержит индукционный преобразователь, состоящий из двух резонансных контуров, включающих соответственно излучающую и частично перекрывающую ее приемную катушки, цепей балансировки, три усилителя, синхронный детектор и индикатор, причем последовательно соединены выход индукционного преобразователя, первый усилитель и вход первого синхронного детектора, четвертый усилитель, второй синхронный детектор, двухканальный аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор, первый выход микропроцессора последовательно соединен со вторым усилителем и входом индукционного преобразователя, второй и третий выходы соответственно с опорными входами синхронных детекторов, соединенными выходами соответственно с третьим и четвертым усилителями, соединенными выходами с входами двухканального аналого-цифрового преобразователя, соединенного с микропроцессором, соединенного с индикатором, вход второго синхронного детектора присоединен к выходу первого усилителя.
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми к нему чертежами, где на фиг.1 представлена блок-схема металлоискателя, на фиг.2 - индукционный преобразователь.
Распознавание более широкого класса металлических и металлосодержащих объектов и определение расстояния до объекта стало возможным благодаря синхронному детектированию обоих квадратурных составляющих входного сигнала, использованию двухканального аналого-цифрового преобразователя и микропроцессорной обработки сигналов.
Распознавание более широкого класса металлических и металлосодержащих объектов происходит за счет того, что детектируется не одна из квадратурных составляющих входного сигнала, как в известных технических решениях, а производится детектирование обеих квадратурных составляющих входного сигнала, с последующим использованием аналого-цифрового преобразования и микропроцессорной обработки сигналов. Это позволило сравнивать входные данные с имеющимися в базе микропроцессора заранее записанными данными от различных эталонных объектов и отображать информацию на экране индикатора, если применять жидкокристаллический дисплей. По форме и отношению квадратурных составляющих входного сигнала и сравнению их с базой данных удалось существенно расширить класс обнаруживаемых объектов.
Определение расстояния до объекта стало возможным за счет того, что после идентификации объекта по отношению квадратурных составляющих, которое является инвариантным к расстоянию до объекта, определяются амплитуды этих составляющих. Величины этих амплитуд для данного объекта зависят от расстояния до него и по их значениям и сравнению с базой данных возможно, разумеется с заданной дискретностью, определить расстояние до данного объекта.
*
Металлоискатель содержит (фиг.1) первый, второй, третий и четвертый усилители 1, 2, 7, 8, индукционный преобразователь 2 (фиг.2), первый и второй синхронные детекторы 4, 5, микропроцессор 6, двухканальный аналого-цифровой преобразователь 10 и индикатор 9. Выход индукционного преобразователя 2 (патент №2216028, МПК G01V 3/11, 10.11.2003, Бюл. №31) последовательно соединен со стандартными элементами: усилителем 1, в качестве которого применен усилитель переменного тока (П.Хоровиц, У.Хилл. Искусство схемотехники. - М.: Мир, 1993 г., т.1, стр.185), синхронными детекторами 4, 5 (П.Хоровиц, У.Хилл. Искусство схемотехники. - М.: Мир, 1993 г., т.1, стр.237), выходы которых соединены соответственно с усилителями 7, 8 (П.Хоровиц, У.Хилл. Искусство схемотехники. - М.: Мир, 1993 г., т.1, стр.185) и входами двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 10, в качестве которого применен АЦП фирмы ANALOG DEVICES (описание AD 974). Выходы АЦП 10 соединены с входами микропроцессора 6, в качестве которого применен микропроцессор ряда At mega 16 фирмы Atmel (см. описание Internet), выходы которого соединены с индикатором 9. Индикатором могут служить жидкокристаллические индикаторы DATA VISION (ПЛАТАН Электронные компоненты 1999 г., стр.20) либо другое средство для вывода информации. Выходы микропроцессора 6 соответственно соединены с опорными входами синхронных детекторов 4, 5 и входом усилителя мощности 3 (П.Хоровиц, У.Хилл. Искусство схемотехники. - М.: Мир, 1993 г., т.1, стр.253), выход которого соединен с входом индукционного преобразователя 2.
Металлоискатель работает следующим образом. Микропроцессор 6 формирует прямоугольные импульсы, заполненные несущей частотой излучения, которые усиливаются усилителем мощности 3 и подаются на вход индукционного преобразователя 2. Происходит излучение сигнала излучающей катушкой, отклик регистрируется приемной катушкой, усиливается усилителем 1 и детектируется синхронными детекторами 4, 5, на опорные входы которых подаются синфазный и квадратурный сигналы с микропроцессора 6. Квадратурные составляющие входного сигнала усиливается усилителями 7, 8 и поступают на входы АЦП 10, затем в цифровом виде подаются на входы микропроцессора 6. Программа построена таким образом, что определяется отношение квадратурных составляющих, по которому идентифицируется объект, за счет сравнения этого отношения с базой данных. Величина отношения не зависит от расстояния до объекта и является характеристикой объекта. По величинам амплитуд квадратурных составляющих для данного объекта определяется расстояние до него. По сравнению с известными техническими решениями детектирование обеих квадратурных составляющих входного сигнала и использование микропроцессорной обработки позволило разделять объекты как минимум на 6 классов и определять расстояние до них с точностью до 3-х см.