АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫЙ МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ

Полезная модель относится к устройствам для обнаружения металлических объектов, и может быть использована для селективного поиска скрытых металлических предметов в различных отраслях промышленности
Известен резонансный металлоискатель, содержащий генератор синусоидального напряжения, амплитудный детектор, фильтр низкой частоты, усилитель импульсов и исполнительный орган (Свидетельство на полезную модель №19329, МКИ G01V 3/10, 2001 г.).
Недостатком известного металлоискателя является отсутствие селективности по черным и цветным металлам, что не дает возможности оценить вид металла, обнаруженного в грунте предмета, без проведения раскопок, и снижает эффективность целенаправленного поиска предметов из металлов определенного вида.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой конструкции полезной модели является селективный резонансный металлоискатель, содержащий индуктивный датчик металла, генератор синусоидального напряжения, амплитудный детектор, фильтр низкой частоты и усилитель импульсов, соединенные последовательно, а также частотный детектор, компенсатор минерализации грунта и индикатор вида металла, соединенные последовательно, причем вход частотного детектора подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, первый вход компенсатора минерализации грунта соединен с выходом частотного детектора, его второй вход соединен с выходом усилителя импульсов, а к выходу компенсатора минерализации грунта подключен индикатор вида металла. При этом компенсатор минерализации грунта состоит из управляемого элемента памяти и дифференциального сумматора, причем первый вход управляемого элемента памяти и неинвертирующий вход дифференциального сумматора, соединены вместе, а выход управляемого элемента памяти подключен к инвертирующему входу дифференциального сумматора (Патент на полезную модель №58227, МПК G01V 3/10 2006 01)
Недостатком указанного металлоискателя является ограничение снизу по скорости перемещения индуктивного датчика металла из-за фиксированного значения времени запоминания управляемого элемента памяти, а так же необходимость перемещать датчик строго параллельно поверхности грунта над металлическим предметом, находящимся в грунте с повышенным содержанием распределенных металлических минералов или электропроводящих солей, для поддержания стабильного уровня сигнала от грунта на неинвертирующем входе дифференциального сумматора в течение времени срабатывания управляемого элемента памяти.
В основу заявленной полезной модели положена задача разработать конструкцию металлоискателя, позволяющую повысить надежность обнаружения металлических предметов в различных типах грунтов путем введения компенсации минерализации грунта и селективности по черным и цветным металлам.
В заявленной конструкции полезной модели это достигается за счет того, что амплитудно-частотный металлоискатель, содержащий индуктивный датчик металла, генератор синусоидального напряжения, амплитудный детектор, первый фильтр низкой частоты и усилитель амплитудных отклонений, соединенные последовательно, частотный детектор, второй фильтр низкой частоты и усилитель частотных отклонений, соединенные последовательно, дополнительно содержит сумматор, устройство сравнения относительных амплитуд и индикатор вида металла, соединенные последовательно, причем вход частотного детектора подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, первый вход сумматора подключен к выходу усилителя амплитудных отклонений, второй вход сумматора и второй вход устройства сравнения относительных амплитуд соединены вместе и подключены к выходу усилителя частотных отклонений, выход сумматора подключен к первому входу устройства сравнения относительных амплитуд, выход которого соединяется с индикатором вида металла.
Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что заявленная конструкция полезной модели не была описана в литературе и содержит отличительные признаки по сравнению с известными аналогами
На чертеже показана функциональная схема амплитудно-частотного металлоискателя.
Индуктивный датчик металла 1, генератор синусоидального напряжения 2, амплитудный детектор 3, первый фильтр низкой частоты 4 и усилитель амплитудных отклонений 5, соединены последовательно. Частотный детектор 6, второй фильтр низкой частоты 7 и усилитель частотных отклонений 8, соединены последовательно. Сумматор 9, устройство сравнения относительных амплитуд 10 и индикатор вида металла 11 соединены последовательно.
Вход частотного детектора 6 подключен к выходу генератора синусоидального напряжения 2, первый вход сумматора 9 подключен к выходу усилителя амплитудных отклонений 5, второй вход сумматора 9 и второй вход устройства сравнения относительных амплитуд 10 соединены вместе и подключены к выходу усилителя частотных отклонений 8, выход сумматора 9 подключен к первому входу устройства сравнения относительных амплитуд 10, а к его выходу подключен индикатор вида металла 11.
Амплитудно-частотный металлоискатель работает следующим образом.
В исходном состоянии, при отсутствии вблизи индуктивного датчика 1 металлических предметов и минерализованного грунта, генератор синусоидального напряжения 2 вырабатывает переменное напряжение с фиксированными амплитудой и частотой, которые определяются параметрами индуктивного датчика металла 1, вследствие чего отсутствуют сигналы на выходах амплитудного детектора 3, первого фильтра низкой частоты 4, усилителя амплитудных отклонений 5, частотного детектора 6, второго фильтра низкой частоты 7, усилителя частотных отклонений 8, сумматора 9 и устройства сравнения относительных амплитуд 10, в результате чего индикатор вида металла 11 находятся в нерабочем состоянии.
При появлении металлического предмета вблизи индуктивного датчика металла 1, при отсутствии минерализованного грунта, за счет внесенного сопротивления уменьшается амплитуда переменного напряжения на выходе генератора синусоидального напряжения 2. Амплитудный детектор 3 выделяет огибающую амплитуды переменного напряжения. Первый фильтр низкой частоты 4 выделяет полезный сигнал и отсекает сигналы помех. Усилитель амплитудных отклонений 5 усиливает сигнал до уровня, необходимого для срабатывания сумматора 9 и устройства сравнения относительных амплитуд 10. При этом полярность сигнала на выходе усилителя амплитудных отклонений 5 не зависит от вида металла и имеет отрицательное значение. Одновременно, за счет изменения индуктивности датчика металла 1, изменяется частота переменного напряжения на выходе генератора синусоидального напряжения 2. Частотный детектор 6 обеспечивает преобразование изменения частоты переменного напряжения, поступающего на его вход, в изменение амплитуды сигнала на его выходе. Второй фильтр низкой частоты 7 выделяет полезный сигнал и отсекает сигналы помех. Усилитель частотных отклонений 8 усиливает сигнал до уровня, необходимого для срабатывания сумматора 9 и устройства сравнения относительных амплитуд 10. При этом полярность сигнала на выходе усилителя частотных отклонений 8 зависит от вида металла, отрицательное значение для черных металлов и положительное значение для цветных металлов. В случае появления вблизи индуктивного датчика металла 1 предмета из черного металла, сигнал отрицательной полярности с выхода усилителя частотных отклонений 8 поступает на второй вход устройства сравнения относительных амплитуд 10 и на второй вход сумматора 9. Одновременно на первый вход сумматора 9 поступает сигнал отрицательной полярности с выхода усилителя амплитудных отклонений 5. Вследствие этого суммарный сигнал, поступающий с выхода сумматора 9 на первый вход устройства сравнения относительных амплитуд 10, превышает по величине сигнал, поступающий на его второй вход. В результате этого, на выходе устройства сравнения относительных амплитуд 10 появляется сигнал отрицательной полярности, поступающий на вход индикатора вида металла 11, который отображает наличие предмета из черного металла. В случае появления вблизи индуктивного датчика металла 1 предмета из цветного металла, сигнал положительной полярности с выхода усилителя частотных отклонений 8 поступает на второй вход устройства сравнения относительных амплитуд 10 и на второй вход сумматора 9. Одновременно на первый вход сумматора 9 поступает сигнал отрицательной полярности с выхода усилителя амплитудных отклонений 5. Вследствие этого суммарный сигнал, поступающий с выхода сумматора 9 на первый вход устройства сравнения относительных амплитуд 10, из-за сложения разнополярных сигналов, имеет величину меньшую, по сравнению с сигналом поступившим на его второй вход. В результате этого, на выходе устройства сравнения относительных амплитуд 10 появляется сигнал положительной полярности, поступающий на вход индикатора вида металла 11, который отображает наличие предмета из цветного металла.
При перемещении индуктивного датчика металла 1 над поверхностью грунта с повышенной минерализацией, при отсутствии металлических предметов вблизи индуктивного датчика металла 1, амплитуда переменного напряжения на выходе генератора синусоидального напряжения 2 остается неизменной. Вследствие этого отсутствует сигнал на выходах амплитудного детектора 3, первого фильтра нижних частот 4 и усилителя амплитудных отклонений 5. В то же время частота переменного напряжения на выходе генератора синусоидального напряжения 2 изменяется в зависимости от степени минерализации грунта, в результате чего на выходе частотного детектора 6 появляется сигнал, амплитуда которого пропорциональна степени минерализации. Второй фильтр низкой частоты 7 выделяет полезный сигнал и отсекает сигналы помех. Усилитель частотных отклонений 8 усиливает сигнал до уровня, необходимого для срабатывания сумматора 9 и устройства сравнения относительных амплитуд 10. Сигнал, пропорциональный степени минерализации грунта, поступает с выхода усилителя частотных отклонений 8 на второй вход устройства сравнения относительных амплитуд 10 и на второй вход сумматора 9. Вследствие того, что на первом входе сумматора 9 сигнал отсутствует, на первый и на второй входы устройства сравнения относительных амплитуд 10 поступают идентичные сигналы с одинаковой амплитудой и полярностью. В результате этого, сигнал на выходе устройства сравнения относительных амплитуд 10 отсутствует и индикатор вида металла 11 находится в нерабочем состоянии.
При появлении вблизи индуктивного датчика металла 1 металлического предмета, находящегося в грунте с повышенной минерализацией, происходит уменьшение амплитуды переменного напряжения на выходе генератора синусоидального напряжения 2, амплитудный детектор 3 выделяет огибающую амплитуды переменного напряжения, первый фильтр низкой частоты 4 выделяет полезный сигнал и отсекает сигналы помех, вследствие чего с выхода усилителя амплитудных отклонений 5 поступает сигнал отрицательной полярности на первый вход сумматора 9. Дополнительное изменение частоты переменного напряжения на выходе генератора синусоидального напряжения 2, вызванное появлением металлического предмета, преобразуется в частотном детекторе 6 в дополнительное изменение амплитуды на его выходе. Второй фильтр нижних частот 7 выделяет полезный сигнал и отсекает сигналы помех, усилитель частотных отклонений 8 усиливает дополнительное изменение амплитуды сигнала до уровня, необходимого для срабатывания сумматора 9 и устройства сравнения относительных амплитуд 10. Вследствие этого, на второй устройства сравнения относительных амплитуд 10 и на второй вход сумматора 9, поступает дополнительное изменение амплитуды сигнала, полярность которого соответствует виду металла, отрицательная для черных металлов и положительная для цветных металлов. В результате, на выходе устройства сравнения относительных амплитуд 10, независимо от степени минерализации грунта, появляется сигнал отрицательной или положительной полярности, поступающий на вход индикатора вида металла 11, который отображает наличие предмета из черного или цветного металла.
Заявленная конструкция амплитудно-частотного металлоискателя в результате введения компенсации минерализации грунта, а также селективности по черным и цветным металлам, обеспечивает избирательный поиск металлов определенного вида, как в обычных грунтах, так и в сложных грунтах с повышенной минерализацией, повышает чувствительность и надежность обнаружения мелких металлических предметов, снижает количество непроизводительных раскопок и повышает скорость проведения поисков, а так же позволяет использовать металлоискатель, как в полевых условиях, в том числе под водой, так и в стационарных условиях для обнаружения инородных металлических включений в технологических процессах.