Металлодетекторы. Отчет защищен с оценкой преподаватель доц., канд техн наук

• Название: Отчет защищен с оценкой преподаватель доц., канд техн наук
• Анкор: Металлодетекторы
• Дата: 01.06.2020
• Размер: 104.87 Kb.
• Имя файла: lab metal glad.docx
• Тип: Отчет; #127230

ГУАП

КАФЕДРА № 21

ОТЧЕТ
ЗАЩИЩЕН С ОЦЕНКОЙ

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ

доц., канд. техн. наук				В.С. Федоров
должность, уч. степень, звание		подпись, дата		инициалы, фамилия

ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

СОЗДАНИЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ ФУНКЦИЙ В ПРИЛОЖЕНИИ EXCEL

по курсу: ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ

СТУДЕНТГР. №	2510				A.Ю. Антонов
			подпись, дата		инициалы, фамилия

Санкт-Петербург2020

1 Назначение, основные характеристики и круг решаемых задач
Металлоискателем является индуктивный прибор, позволяющий обнаружить предметы из металла в слабо проводящей среде. Он может работать в воде, определять ценное содержимое стены, грунта, древесины, одежды, пищевых продуктов и багажа. Стремительное развитие микроэлектроники обеспечило настоящих искателей ценных предметов современным компактным и надежным металлоискателем [1].

Данные приборы используются специалистами в профессиональных видах деятельности, а также их приобретают ради развлечения. Например, сейчас очень модно отправляться с подобным техническим оснащением на поиски сокровищ, монет, драгоценных металлов, увлекательных приключений




Рисунок 1.1 – Использование металлоискателя
При выборе металлоискателя (металлодетектора) необходимо четко понимать в какой среде он будет работать. Также важно учитывать, какой размер предмета и на какой глубине он будет искать. Металлодетекторы, технические характеристики которых позволяют легко обнаружить монету под трехметровым слоем грунта могут не увидеть ее на поверхности, и наоборот.

Рассмотрим основные технические характеристики [2]:

• 
  рабочая частота;
  
• 
  чувствительность;
  
• 
  дискриминатор;
  
• 
  балансировка грунта;
  
• 
  целеуказание;
  
• 
  вес;
  

дополнительные функции.

Принцип действия и рабочая частота дают основную характеристику возможностей устройства. Они показывают, к какому типу можно отнести прибор: от простого грунтового до профессионального. Без специальных навыков настройки, профессиональный металлодетектор мало чем отличается от более простых моделей, поэтому новичкам лучше начинать с бюджетных грунтовых металлоискателей. Эффективности их работы будет достаточно для успешного поиск ценностей.

Чувствительность – показывает на какой глубине устройство способно найти предмет, размером с монету. Посмотрев в технический паспорт, можно увидеть две цифры – минимальную и максимальную глубину обнаружения. Зачастую, этот показатель варьируется от 10-50 см до 60-150 см. Однако есть глубинные модели, созданные для обнаружения предметов под 5-ти метровым слоем земли.

Дискриминатор – позволяет металлодетектору реагировать только на определенный вид металла. Знаете ли вы сколько железосодержащего мусора можно найти под землей? Фольга от сигаретных пачек, алюминиевые банки, крышечки от бутылок – детектор реагирующий на все это, значительно добавляет работы оператору. Настроив дискриминатор, можно пропускать весь этот мусор и сосредоточится на поиске только золота, или только меди. Благодаря дискриминатору, можно значительно упростить работу оператора, поэтому на этот показатель следует обратить особое внимание. Чем больше количество программ заложено в память дискриминатора, тем легче работать с металлоискателем.

Балансировка грунта – позволяет настроить устройство на тот тип почвы, в котором находится мишень. Перепады минерализации грунта могут давать ложные сигналы, что затрудняет работу прибора. Большинство детекторов настраивают этот показатель автоматически.

Целеуказание можно отнести к дополнительным функциям. Суть этой программы сводится к настройке поиска на определенный размер мишени.

Все вышеперечисленные технические характеристики помогают понять возможности металлодетектора. Однако успешность его работы зависит от настроек, которые вносит пользователь. Рассмотрим их подробнее.

Задачи металлоискателя зависят от его типа и рабочего направления [3]:

• 
  Грунтовый металлоискатель – предназначен для поиска кладов, монет и ювелирных изделий, металлолома. Как правило, построен по индукционной технологии. Имеет множество настроек, DSP-процессор, дискриминатор металлов – специальную функцию для определения металла, из которого предположительно состоит объект в земле. Глубина обнаружения объектов от 20 см до 1 метра;
  
• 
  Военный металлоискатель (миноискатель) – предназначен для поиска преимущественно мин. Как правило, построен на принципе приём-передача. Имеет минимум настроек. Глубина обнаружения мины от 20 см (советский миноискатель ИМП) до 1 метра (современные военные миноискатели ИМП-2);
  
• 
  Досмотровый металлоискатель – ручной металлоискатель предназначенный для служб безопасности. Служит для обнаружения на теле человека металлических предметов (пистолет, нож). Дальность обнаружения пистолета Макарова – до 25 см;
  
• 
  Арочный (рамочный) металлоискатель – досмотровый металлоискатель, используемый для контроля больших потоков людей, например, в метро, на вокзалах. Представляют собой рамку, через которую проходит человек;
  
• 
  Глубинный металлоискатель – предназначен для поиска больших глубинных целей, таких, как сундук с золотом. Имеет две разнесённые друг от друга катушки, либо одну большую рамку с катушкой. Основан на принципе приём-передача. Отличительной особенностью данного вида металлоискателей является то, что он реагирует не только на металлы, но и на любые изменения в глубине грунта (переходы от одной почвы к другой, старые фундаменты зданий и т. д.). Глубина обнаружения объектов от 50 см до 3 метров;
  
• 
  Магнитометр – предназначен для поиска ферромагнитных предметов (например, железо). Данный вид металлоискателей самый компактный и самый чувствительный, так как поисковая головка может поместиться на ладони. Также магнитометры могут применяться и для поиска золота, меди, алюминия. Но для этого нужен дополнительно возбудитель, который будет делать из неферромагнитных металлов, образно говоря, электромагниты.
  

2. Обзор методов и средств обнаружения металлических предметов

Каждый металлоискатель по-своему индивидуальный. Одно из отличай и выражений индивидуальности металлоискателя – это выбор метода, на котором будет основано построение металлоискателя. Существует множество методов реализации.



Рисунок 2.1 – Методы реализации металлоискателя

2.1 Метод индукционного баланса – IB/TR

Поисковую головку образуют две катушки, расположенные в одной плоскости и сбалансированные так, что при подаче сигнала в передающую катушку на выходах приемной присутствует минимальный сигнал. Передающая катушка часто включается в контур LC-генератора. Измеряемым параметром является амплитуда сигнала на приемной катушке и фазовый сдвиг между переданным и принятым синусоидальными сигналами. Такие металлоискатели имеют рабочую частоту 80-100 kHz. Они могут обнаруживать небольшие объекты на сравнительно большой глубине (30-35 см), однако они бесполезны при поиске на сильно минерализованных фунтах и морских пляжах [4].

Метод индукционного баланса с использованием очень низких рабочих частот – VLF/TR

Было обнаружено, что при снижении рабочей частоты ниже 20 kHz можно отстроиться от влияния фунта, глубина действия прибора при этом несколько снижается, зато резко возрастает стабильность работы, и исчезают ложные сигналы. Такие приборы получили название VLF/TR, что расшифровывается как металлоискатель типа передатчик-приемник, работающий на очень низких частотах [5].

VLF – метод позволяет построить высокочувствительные приборы с хорошим различением металлов за счет анализа фазовых характеристик. Схемотехника приборов достаточно сложна, катушки требуют прецизионной балансировки. На основе этого метода сейчас строится большинство серийных приборов, в том числе и компьютеризированных. Дискриминация объектов и отстройка от грунта в таких приборах осуществляется сравнительно просто с помощью фазосдвигающих цепей.

Принцип TR (или его разновидность VLF/TR) предусматривает анализ фазовых характеристик сигнала, поэтому эти приборы легко различают черные и цветные металлы, отстраиваются от мусора и грунта. Они имеют высокую чувствительность и разрешающую способность, которая зависит от диаметра поисковой катушки – чем она больше, тем глубже обнаружение, но тем труднее искать мелкие предметы.

Недостаток таких приборов заключался в том, что отстройку от грунта нельзя было выполнять одновременно с дискриминацией и оператор с помощью переключателя должен выбирать либо тот, либо другой режим. Такие приборы выпускались в США и Англии в течение 10 лет вплоть до 1980 г., когда они были заменены на так называемые динамические металлоискатели.

В конце 70-х гг. XX в. американец Дж. Пейн разработал схему, позволяющую проводить одновременно и дискриминацию и отстройку от грунта.

Первые приборы такого типа необходимо было очень быстро перемещать для достижения приемлемой глубины их действия, что было для оператора весьма утомительно. Белее поздние модели (за счет усложнения схемы) позволяли работать уже с меньшими скоростями перемещения катушки без потери глубины.

В начале 80-х гг. металлоискатели стали тяжелыми и сложными в настройке. По существу, один прибор включал в себя четыре металлоискателя различных типов. Американская фирма Fisher Researh Laboratory своевременно отреагировала на просьбы искателей сокровищ сделать более простой, но не менее чувствительный прибор и на основе последних достижений микроэлектроники разработала металлоискатель 1260-х с автоподстройкой порога, работающий на очень низкой частоте. Он имел лишь несколько органов управления и не требовал никакой ручной настройки. Это легкий, удобный в работе и чувствительный к мелким объектам прибор, успешно действующий на плохих минерализованных грунтах. Его модификация 1266-х выпускалась до 2003 г.

Этот металлоискатель стал называться динамическим, хотя, по существу, он относится к типу VLF/TR. Предыдущие статические металлоискатели типа VLF/TR практически перестали производиться, и все ведущие фирмы быстро переключились на производство приборов, использующих указанный динамический принцип. Многочисленные мелкие компании, не успевшие это сделать, были вынуждены прекратить свое существование. С тех пор в мире осталось лишь около десятка фирм, производящих металлоискатели.

Метод индукционного баланса с разнесенными катушками – RF

Это высокочастотный вариант TR, где передающая и приемная катушки образуют не плоский трансформатор, а разнесены в пространстве и расположены перпендикулярно друг к другу. Приемная катушка принимает отраженный от металлической поверхности сигнал, излучаемый передающей катушкой. Этот метод используется в глубинных приборах и характеризуется нечувствительностью к мелким объектам и невозможностью различать черные и цветные металлы [6].

2.2 Метод срыва резонанса – OR

Анализируемым параметром является амплитуда сигнала на катушке колебательного контура, настроенного близко к резонансу с подаваемым на него сигналом от генератора. Появление металла в поле катушки вызывает или достижение резонанса или уход от него, в зависимости от вида металла, что приводит к увеличению или уменьшению амплитуды колебаний на катушке. Этот метод, так же как и BFO разрабатывался радиолюбителями.

2.3 Автогенераторный металлоискатель

Известные автогенераторные металлоискатели для обнаружения металлических включений в массе неэлектропроводного материала выполнены в виде лампового генератора с выносным колебательным контуром, катушка индуктивности, которая служит параметрическим датчиком металла. К недостаткам известных автогенераторных металлоискателей следует отнести их низкую чувствительность и плохую помехозащищенность [7].

В описываемом металлоискателе эти недостатки устранены благодаря тому, что симметричные катушки собранного по схеме дифференциального трансформатора датчика включены одна – в цепь положительной обратной связи, а другая – в цепь отрицательной обратной связи. Схема настроена с преобладанием положительной обратной связи.

Приближение металла к датчику увеличивает амплитуду колебаний генератора, а дальнейшее продвижение металла при приближении его к катушке, включенной в цепь отрицательной обратной связи, уменьшает амплитуду этих колебаний.

Автогенераторный металлоискатель с индуктивным дифференциальным датчиком металла, отличающийся тем, что, с целью увеличения надежности, чувствительности и помехозащищенности, указанный датчик образует цепь положительной и отрицательной обратной связи и отрегулирован па преобладание положительной обратной связи с тем, чтобы приближение обнаруживаемого металла вызвало увеличение амплитуды колебаний автогенератора, а дальнейшее продвижение металла – уменьшение амплитуды указанных колебаний.

2.4 Импульсные металлоискатели

Принцип работы импульсных металлоискателей, основан на временном разделении сигналов излучения и приеме отраженного сигнала. Т.е. в катушку на короткий промежуток времени закачивается импульс большой амплитуды (десятки или сотни вольт), при воздействии и металлический объект такими импульсами, на поверхности металла возникают вихревые токи. Эти токи и являются источником сигналов для металлоискателя. Их регистрацию металлоискатель производит в перерывах между импульсами. Поэтому катушка металлоискателя служит сразу и приёмной и передающей [8].



Рисунок 2.2 – Принципиальная схема импульсного металлоискателя

Импульсные металлоискатели являются самыми чувствительными, среди всех типов металлодетекторов, и имеют наилучшую глубину поиска.

2.5 Однокатушечный металлоискатель индукционного типа

Прибор данного типа имеет в составе датчика одну катушку любой удобной формы, возбуждаемую переменным сигналом. Появление вблизи датчика металлического предмета вызывает появление отраженного (переизлученного сигнала), который наводит в катушке дополнительный сигнал электрический. Остается этот дополнительный сигнал только выделить [9].

Металлоискатель индукционного типа получил право на жизнь, главным образом, из-за основного недостатка приборов по принципу передача-прием – сложности конструкции датчиков. Эта сложность приводит либо к высокой стоимости и трудоемкости изготовления датчика, либо к его недостаточной механической жесткости, что обуславливает появление ложных сигналов при движении и снижает чувствительность прибора. Если задаться целью, устранить у приборов по принципу передача-прием этот недостаток, то можно прийти к необычному выводу – излучающая и приемная катушки у металлоискателя должны быть объединены в одну. В самом деле, весьма нежелательные перемещения и изгибы одной катушки относительно другой в данном случае отсутствуют, так как катушка только одна и она одновременно и излучающая, и приемная. Налицо также предельная простота датчика. Платой за эти преимущества является необходимость выделения полезного отраженного сигнала на фоне значительно большего сигнала возбуждения излучающей/приемной катушки.

Индукционные металлоискатели сочетают в себе высокую чувствительность и селективность металлоискателей по принципу передача-прием и простоту конструкции датчика металлоискателей на биениях.

Актуальной становится задача компенсации температурного дрейфа параметров катушки датчика металлоискателя.

Список источников

1. 
   Наука и техника. Назначение металлоискателя [Электронный ресурс]; Режим доступа: https://don-news.net/nauka-i-tehnika/3511-naznachenie-metalloiskatelja.html.
   
2. 
   Принцип работы металлоискателя. [Электронный ресурс]; Режим доступа: http://perstni.com/magazine/metalloiskateli/printsip-raboti-metalloislkatelya.html.
   
3. 
   Википедия. Металлоискатель. [Электронный ресурс]; Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Металлоискатель.
   
4. 
   Типы металлоискателей. [Электронный ресурс]; Режим доступа: http://habaroved.net/forum/77-148-1.
   
5. 
   Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники. Различные виды металлоискателей и их принцип действия. [Электронный ресурс]; Режим доступа: http://www.diagram.com.ua/list/metalloiskateli/metalloiskateli092.shtml.
   
6. 
   Принцип действия металлоискателя. [Электронный ресурс]; Режим доступа: http://www.sledovnet.ru/article_27.html.
   
7. 
   Принцип действия металлоискателей. [Электронный ресурс]; Режим доступа: http://www.plongeur.ru/page_215.html.
   
8. 
   Импульсный металлодетектор. [Электронный ресурс]; Режим доступа: https://acdc.foxylab.com/node/47.
   
9. 
   А. Щедрин Новые металлоискатели для поиска кладов и реликвий. [Электронный ресурс]; Режим доступа: http://izmer-ls.ru/met/sche1-1.html.