Персональный блог BARS-SIMF :)
Теория МД - Форум
Меню сайта

Форма входа


Статистика

Приветствую Вас, Гость · RSS 19.09.2020, 12:47

[ Новые сообщения · Участники · Правила форума · Поиск · RSS ]
  • Страница 1 из 1
  • 1
Модератор форума: bars-simf  
Форум » Общий раздел » Датчики » Теория МД (Введение в теорию МД и датчиков)
Теория МД
vladimir_vДата: Понедельник, 26.10.2015, 17:35 | Сообщение # 1
Генерал-лейтенант
Группа: Участники
Сообщений: 550
Репутация: 34
Статус: Offline
Здравствуйте уважаемые форумчане ! Разместил свою небольшую начальную статью 
по теории IB  металлодетекторов и их датчиков.  Обсуждение приветствуется !

Теоретические выкладки.Нигде не найдете полного теоретического описания принципов
работы МД .Постарался систематизировать первичную информацию. Не полно, но постараюсь
доходчиво и понятно изложить,могу что-то и пропустить. Заметите неточности - прошу поправить.

Принцип действия IB детектора основан на регистрации сдвига фазы и измерения амплитуды 
переизлученного сигнала от цели ,его обработку и выдачу информации о цели в удобном для 
поисковика виде -звуковой сигнал и визуальная информация на дисплее,например в виде числа ВДИ,
по которому Вы и определяете что за цель под катушкой. Рассматриваю случай с датчиком ДД,
имеющим передающий последовательный контур с принудительным возбуждением и низкодобротный
параллельный приемный контур со смещением резонансной частоты от опорной.Считаю его самым
оптимальным датчиком.
Переизлученные сигналы идут не только от металла но и от минерализованного грунта,
причем грунт представляет собой бесконечную ,относительно датчика( катушки)
цель с очень сильным откликом . т к находится в непосредственной близости от датчика
и закрывает всю его площадь, так что магнитное
поле ,излучаемое датчиком должно сначала преодолеть грунт и достичь заветной цели в виде
(допустим) монетки, навести в ней ток, который в свою очередь создаст переизлученное
магнитное поле, а оно в свою очередь, пройдя обратный путь к датчику через тот же грунт,
за счет взаимоиндукции с контуром передатчика вызовет небольшое изменение индуктивности
последнего, что приведет к изменению резонансной частоты и фазы этого контура и теперь в
этот момент фаза излучаемого поля будет сдвинута на некоторый угол, пропорциональный изменению
индуктивности контура.Далее самое интересное - тк передающий и приемный контура находатся 
в индуктивном балансе (сдвиг фазы и вых напряжение с приемного контура равны нулю).то 
малейшее изменение фазы передающего поля вызовет разбаланс и на выходе приемного контура
получим напряжение со сдвигом фазы ,пропорциональным фазе цели. Таким образом мы получаем
фазу цели.(Справедливо сказать и амплитуду цели ). Приемный контур, имеющий низкую добротность, 
так же за счет взаимоиндукции с переизлученным полем цели не может изменить индуктивный баланс, 
а вот наведенная от поля цели эдс в приемном контуре даст нам также информацию о фазе и 
амплитуде цели, но намного меньше по значению. Но монетка, как правило не одна в грунте,
рядом полно железа,горячих камней и прочего шмурдяка, которые тоже имеют свое переизлученное 
магнитное поле,и все эти поля наводят токи в приемной обмотке датчика и изменяют фазу 
передающего контура И вот теперь представьте что твориться на выходе катушки, и эта вся сумма 
сигналов поступает по кабелю в электронику мд, которая на фоне шмурдячных и грунтовых сигналов 
должна выделить очень слабенький сигнал от монеты.
Далее - все переизлученные сигналы имеют СВОЙ ФАЗОВЫЙ СДВИГ относительно сигнала передатчика, 
создавшего магнитное поле.Все сигналы от цветных целей имеют фазовый сдвиг в плюс т.е. от 0 к 
90 градусов, самое большой сдвиг фазы имеет медь и серебро 
( зависит также от массы и формы цели),что соответствует примерно сдвигу фазы в 80-90 градусов.
Все железосодержащие металлы,грунт,имеют сдвиг фазы в минус от 0 к -90 градусов. Самый большой 
сдвиг фазы имеет феррит,примерно к-80 градусам,там же рядом и фазовый сдвиг отклика от грунта.
Теперь вернемся к началу. Уже уяснили, что IB прибор это фазометр, измеряющий сдвиги
фаз и амплитуду переизученных сигналов от разных целей. Теперь определимся какие основные 
требования должны быть для прибора.Прежде всего это линейность всего тракта усиления от датчика
до устройств звука и индикации, и главное - ФАЗОВАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ , т е что бы ни датчик,
ни электроника не вносили своих фазовых сдвигов в обработку сигналов, иначе прибор
просто не будет работать или будет ,но неправильно. С электроникой проще - это требование
не сложно выполнить, а вот датчик(катушка) и есть самое уязвимое место.
Попытаюсь объяснить подробней. 
Например датчик ДД (о котором писал выше) имеет в составе 2 обмотки, передающую и приемную,
контурные конденсаторы и кабель для приема и передачи сигналов от и в блок обработки.
Обмотка передатчика намотана медным проводом и имеет свои параметры индуктивности, добротности, 
сопротивления и вместе с конденсатором представляет собой последовательный  колебательный
контур. Этот контур подключен  к выходному каскаду передатчика,находящегося в блоке.
При протекании в нем переменного тока одной определенной частоты
возникает магнитное поле с частотой  генератора передатчика. Частота и ГЛАВНОЕ - ФАЗА
этого генератора является ОПОРНОЙ для работы всего прибора.Почему последовательный контур,
тут тоже просто- он требует малое напряжение питания и можно прилично разгонять ток накачки,
меняя сечение провода обмотки , тем самым увеличивать напряженность магнитного поля, но 
к этому еще вернемся.
Приемная обмотка имеет свои параметры и включена 
в состав колебательного контура. Здесь есть свои + и -
Плюс - хорошая отдача как приемника и чем выше добротность этого контура тем она выше,
также хорошая помехоустойчивость(это все же рез. контур, являющийся фильтром на своей рабочей 
частоте). Этот же  + является и огромным минусом. Поясняю, любой резонансный контур
имеет свою резонансную частоту и ФАЗОВУЮ характеристику, фазовый сдвиг на резонансной
частоте равен 0, и чем выше добротность контура тем круче фазовая характеристика и при 
малейших изменениях температуры окружающего воздуха меняется комплексное сопротивление 
контура и как следствие изменяется резонансная его частота ,а фаза убегает даже трудно 
представить куда. Поэтому добротность колеб. контура - это зло, и применяя его в приемных
контурах всячески пытаются ее уменьшить в ущерб отдачи,например смещают резонансную частоту 
приемного контура, в результате и отдача не сильно падает и фазовая характеристика
не сильно меняется. 
Возвращаемся к передающему контуру. Тут тоже не все гладко , законы физики тоже действуют.
В передающий контур , настроенный в резонанс на опорную частоту и имеющий нулевой сдвиг фазы 
на этой частоте закачиваем определенный переменный ток, который создает определенное магнитное
поле. Изменится температура окружающей среды, сразу меняется рез. частота и фаза контура,
и он будет излучать с опорной частотой но со своей ФАЗОЙ,на лицо изменение фазовой
характеристики датчика, что не допустимо.Добротность же передающего контура сильно
уменьшать нельзя,т к резко уменьшится генерируемое поле и уменьшится чувствительность.
С откликом грунта тоже все плохо, хотя и реализовано вычитание грунта схемотехникой прибора,
но этого мало и его отклик все же присутствует в обработке сигнала. Особенно это заметно
на тяжелых грунтах, они дают фазу отклика до минус 40 градусов и в результате отклик от
монеты, имеющий сдвиг фазы допустим 80 гр. будет иметь отклик в плюс 40 гр., а все 
низкопроводящие цели уйдут в чернину и чем глубже цель тем хуже. Увеличивать сильно ток накачки
также нельзя, если при малой напряженности магнитного поля магнитные домены грунта
перемагничиваются с частотой поля, то при больших напряженностях поля магнитные домены
грунта намагничиваются и резко падает глубина обнаружения.
Далее поговорим про сведение датчика.Все видели как устроен датчик дд- две обмотки,
наложенные друг на друга ,одна передающая, другая приемная. Перемещая их относительно
друг друга, выполняем механический баланс. Для чего это нужно ? Передающий контур
имеет довольно приличную мощность и магнитное его поле создавая магнитный поток при помощи
магнитной индукции пронизывает витки приемной обмотки наводя также в них приличный ток,
причем в разных половинках приемной обмотки токи текут в противоположных направлениях.
задача сведения - так расположить приемную обмотку, что бы эти токи взаимно скомпенсировались
и на выходе приемной обмотки было минимальное напряжение. Еще есть настроечный виток для 
доводки сведения датчика. Это и есть индуктивный баланс датчика. 
Маленькое уточнение- датчик является системой связанных контуров и общая фазовая 
характеристика имеет стабильный фазовый сдвиг отличный от опорной фазы, и он просто 
компенсируется электроникой.
Но это еще не все. 
Хорош дд датчик еще и тем, что переизлученное магнитное поле от грунта наводит токи в
приемном и передающем контуре одновременно, но с разными знаками и происходит частичная 
компенсация отклика грунта прямо в датчике ( частичная потому что параметры контуров разные)
Теперь подошли к самой главной теме- можно ли "разогнать" датчик те повысить чувствительность
и улучшить глубинную дискриминацию целей без ухудшения стабильности прибора ?
Мне видиться, что сильно много тут не выжмешь. По порядку :
1.Самый действенный способ- это снизить частоту работы прибора.Это даст возможность
увеличить размеры датчика и немного увеличить усиление, что даст небольшой прирост в глубине
обнаружения, но с потерями мелких целей 
2.Закачка большего тока в передатчик ничего не даст, кроме повышеного отклика грунта,
намагничивания грунта и нагрева передающего контура, что приведет к фазовой болтанке и 
есть шанс вывести из строя выходной каскад передатчика
3.Более перспективный способ - это применить в качестве приемной катушки параллельный 
резонансный контур с низкой добротностью и небольшим смещением резонансной частоты этого 
контура, что даст приемлемую фазовую характеристику и повышенную чувствительность.
Тут главное не переусердствовать, без фанатизма
4.Совершенствование схемотехники прибора и ПО- довольно сложный процесс, о чем прекрасно
знает автор блога и МД
 
Все что я тут написал, это только знакомство с теорией мд. Чтобы рассмотреть все вопросы
и еще проверить на практике нужны годы.

С уважением ко всем, Владимир
 
Форум » Общий раздел » Датчики » Теория МД (Введение в теорию МД и датчиков)
  • Страница 1 из 1
  • 1
Поиск:

Copyright by SSC © 2020