ВИХРЕТОКОВЫЙ МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ С МИКРОПРОЦЕССОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Полезная модель относится к области средств обнаружения металлических объектов и может быть использована в системах безопасности, при производстве продовольственных товаров, при проведении ремонтных и строительных работ, при археологических изысканиях. Чаще такие приборы называют металлоискателями.
В настоящее время на рынке широко представлены досмотровые ручные металлоискатели, идентичные по внутреннему устройству. Примеры серийно выпускаемых устройств: «SPHINX» ВМ-611 ВИХРЬ [1] и «GARRETT» «SUPER SCANNER)) [2]. Наиболее близким к предлагаемому устройству является, например, автогенераторный металлоискатель «SPHINX» ВМ-611 ВИХРЬ [1]. Он содержит последовательно соединенные вихретоковый датчик, автогенератор, амплитудный детектор, микроконтроллер, индикатор. Между вторым входом и вторым выходом автогенератора подключен полевой транзистор. Источником питания служит батарея. Микроконтроллер сигнализирует о наличии металлического предмета, если амплитуда напряжения на выходе автогенератора отклонилась более, чем на пороговую величину от эталонного уровня.
К недостаткам прототипа можно отнести использование полевого транзистора в цепи отрицательной обратной связи, что влечет за собой потребность в источнике питания с избыточным уровнем напряжения (примерно 9 В) для уменьшения влияния разброса характеристик реальных полевых транзисторов и поддержания уровня чувствительности прибора при изменении температуры окружающей среды [3]. Микроконтроллер здесь используется только для оцифровки выходного сигнала автогенератора, индикаций и управления прибором с помощью кнопок и переключателей.
Использование в качестве источника питания батарей типа «Крона» - дорогостоящих и с невысокой емкостью, с высокой степенью саморазряда - также можно отнести к недостаткам.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является удешевление прибора и расширение функциональных возможностей путем более полного использования микроконтроллера и выбора удобного и экономичного источника питания, обеспечивающего более длительную работу прибора без подзарядки.
На рисунке представлена структурная схема предлагаемого металлоискателя.
Вихретоковый металлоискатель с микропроцессорным управлением содержит последовательно соединенные вихретоковый датчик 1, автогенератор 2, выпрямитель (амплитудный детектор) 3, микроконтроллер 4, индикатор 5, источник питания 6. Линейный управляемый резисторный регулятор 7 подключен между вторым входом и вторым выходом автогенератора 2, второй вход линейного управляемого резисторного регулятора 7 подключен ко второму выходу микропроцессора 4, в качестве источника питания 6 выбран аккумулятор, питающий все элементы прибора. На рисунке также обозначен обнаруживаемый металлический объект 8.
Работа устройства происходит следующим образом.
При поднесении к вихретоковому датчику 1 металлического объекта 8 изменяется уровень напряжения на выходе автогенератора 2. Сигнал с выхода автогенератора после амплитудного детектора 3 поступает на вход встроенного в микроконтроллер 4 аналого-цифрового преобразователя.
Микроконтроллер 4 компенсирует изменение уровня напряжения автогенератора 2 путем подстройки сопротивления цепи отрицательной обратной связи автогенератора 2, управляя линейным резисторным регулятором 7. В связи с тем, что система инерционна, при обнаружении металлического объекта 8 возникает переходный процесс стабилизации амплитуды сигнала автогенератора 2.
Микроконтроллер 4 сигнализирует с помощью индикатора 5 о наличии металлического объекта 8 в том случае, если амплитуда напряжения на выходе автогенератора 2 в ходе переходного процесса отклонилась более чем на пороговую величину от эталонного уровня. Величина эталонного уровня и порог отклонения хранятся в энергонезависимой памяти микроконтроллера 4.
Микроконтроллером 4 компенсируются не только изменения уровня напряжения, вызванные появлением металлического объекта 8 вблизи вихретокового датчика 1, но и изменения характеристик элементов схемы под воздействием окружающей среды и вызванные разрядом источника питания. Для компенсации таких изменений используются градуировочные характеристики элементов схемы. Помимо управления линейным резисторным регулятором 7, микроконтроллер 4 применяет алгоритмы цифровой фильтрации значений сигнала, буферизованных за некий промежуток времени. Алгоритм хранится в отдельном участке памяти микроконтроллера 4, что позволяет при необходимости заменять его на требуемый для отстройки от наводок, присущих конкретным условиям использования. Таким образом, возможно производство различных модификаций прибора без необходимости изменять схему и компоновку элементов, что является еще одним преимуществом предлагаемого устройства
Схема питается встроенным в корпус металлоискателя низковольтным аккумулятором 6 большой емкости.
Предлагаемое решение реализуется в конструктивном исполнении в виде «жезла». Блок содержит в себе катушку-датчик, плату с управляющим микроконтроллером и другими электронными компонентами, кнопки и индикаторы, а также встроенную аккумуляторную батарею. Например, типа Li-Ion, обладающую лучшим соотношением цена/емкость и меньшими габаритами, чем батареи типа «Крона», низкой степенью саморазряда и большим ресурсом циклов заряда-разряда.
Источники информации:
1. Интернет-ресурс http://www.sphinx-md.ru/catalog/Вихрь.html
2. Интернет-ресурс http://www. garrett.com/securilysite/security_super_scanner_main.aspx
3. Транзисторы полевые / В.М. Петухов и др. - М: Сов. Радио, 1978.