Экономичный металлоискатель

Авторы патента:

G01V3/11 - для обнаружения токопроводящих объектов, например огнестрельного оружия, кабелей или труб

Владельцы патента RU 2455666:

Соломеин Владислав Петрович (RU)

Использование: в устройствах обнаружения металлов. Технический результат: повышенная чувствительность при незначительном потребляемом токе. Сущность: металлоискатель содержит поисковый LC-генератор с поисковой катушкой индуктивности, образцовый ВЧ-генератор, селективно-усилительный узел, двухвходовой смеситель, усилитель сигнала биений, исполнительный блок. Селективно-усилительный узел осуществляет выделение и усиление ВЧ-гармоники выходного сигнала поискового генератора с последующей подачей выделенного сигнала ВЧ-гармоники на вход смесителя. На второй вход смесителя подается сигнал образцовой частоты с выхода образцового ВЧ-генератора. В качестве поискового генератора используется высокостабильный LC-генератор без непосредственной связи его частотозадающего LC-контура с активным элементом генератора. 3 ил.

Предложенная конструкция относится к техническим средствам обнаружения металлов, имеет высокую экономичность и особенно эффективна в полевых и походных условиях.

Благодаря предложенному способу формирования сигнала обнаружения металлоискатель имеет высокую чувствительность, малый потребляемый ток и практически не излучает радиопомех в эфир при сравнительной простоте конструкции и невысокой стоимости изготовления.

Известны металлоискатели импульсного и индуктивно-балансного (передача-прием) типов. Подобные устройства являются сложными по конструкции, требуют использования двух поисковых катушек, излучают в эфир радиопомехи, дороги в производстве и имеют значительный потребляемый ток - многие десятки мА, что сокращает время работы от батарей и ограничивает использование подобных металлоискателей в полевых условиях.

Другие типы металлоискателей, например широкораспространенные конструкции металлоискателей на биениях имеют невысокую чувствительность и, соответственно, дальность поиска. Сигнал обнаружения металла в данных конструкциях формируется при сравнении двух частот, одна из которых - образцовая, а другая - частота поискового генератора. Известны конструкции, в которых для повышения чувствительности образцовая частота сравнивается не с поисковой частотой, а с ее высокочастотной гармоникой (ВЧ-гармоника), например:

1. «Чуткий металлокскатель», В.Гричко - журн. Моделист-конструктор, 2004 г., №1, стр.17.

2. «Металлоискатель с низковольтным питанием», журн. Радио, 2008 г., 11, с.48.

При этом, чем выше гармоника, тем выше чувствительность металлоискателя, т.к. в данном случае становится более заметной разница (биения) между частотой гармоники и образцовой (стабилизированной) частотой.

При этом в вышеуказанных конструкциях - прототипах - используются гармоники, лежащие неподалеку от основной частоты - номер гармоники 3…5, максимум 10. В подобных конструкциях невозможно использовать более отдаленные от основной частоты генератора гармоники по следующим причинам:

1. С ростом частоты уменьшается и становится недостаточной амплитуда гармоники.

2. Начинает сказываться нестабильность использующихся в подобных конструкциях, традиционных широкораспространенных поисковых LC-генераторов.

Вышеуказанные недостатки, ограничивающие чувствительность металлоискаталей, устранены в представленной конструкции, содержащей следующие технические решения:

1. Между поисковым генератором 2 (Фиг.1) и смесителем 4 установлен селективно-усилительный узел 3, предназначенный для выделения сигнала высокочастотной гармоники из выходного ВЧ-напряжения поискового генератора.

Селективно-усилительный узел включает в себя частотно-избирательный элемент (или несколько частотно-избирательных элементов) для выделения сигнала ВЧ-гармоники из спектра гармониковых частот, содержащихся в выходном сигнале поискового генератора.

Кроме того, селективно-усилительный узел включает в себя усилитель, повышающий амплитуду выделенной частотно-избирательным элементом, ВЧ-гармоники поискового сигнала. Необходимость применения усилителя вызвана тем, что с повышением номера гармоники, т.е. чем более отдаленная от основной частоты гармоника используется, тем значительнее снижается и становится недостаточной ее амплитуда: величина сигнала ВЧ-гармоники становится меньше порога чувствительности смесителя, и для нормальной работы узла смесителя амплитуду сигнала отдаленной ВЧ-гармоники поискового генератора требуется увеличить.

Конструктивно, селективно-усилительный узел представляет собой резонансный усилитель с входным LC-контуром, настроенным на частоту ВЧ-гармоники поискового сигнала. Контур подключен к выходу поискового генератора. При этом выход резонансного усилителя и, соответственно, селективно-усилительного узла подключен к одному из входов смесителя, на другой вход которого подается сигнал образцовой частоты с выхода образцового генератора 5 (Фиг.1).

Резонансный усилитель позволяет получать отдаленные ВЧ-гармоники поискового сигнала - т.е. гармоники, номер которых составляет несколько десятков единиц, при этом селективно-усилительный узел может включать в себя несколько последовательно соединенных каскадов резонансного усилителя.

2. С повышением чувствительности металлоиекателя становятся более заметными изменения частоты поискового генератора, вследствие этого повышаются требования к стабильности рабочей частоты поискового генератора. По этой причине в описываемом металлоискателе должен использоваться высокостабильный генератор, один из вариантов которого представлен на иллюстрации. Данный LC-генератор представляет собой адаптированный вариант высокостабильного генератора (Фиг.2), известного из:

1. Э.Ред «Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике», Изд-во "Мир", 1990 г., стр.158.

2. А.Кульский «КВ-приемиик мирового уровня» Изд-во "Наука" и техника, 2000 г., стр.238.

Вышеуказанный генератор отличается отсутствием непосредственной связи транзистора с частотозадающим LC-контуром, благодаря чему на LC-контур не оказывают влияние такие дестабилизирующие факторы, как дрейф и флуктуации выходных токов активного элемента генератора (транзистора), что обеспечивает высокую стабильность частоты генератора.

Однако для его использования в качестве поискового генератора металлоискателя необходимо исключить резистор высокочастотной ООС: Re (56 Ом) - Фиг.2 с целью предотвращения подавления высокочастотных гармоник. При этом должно быть увеличено сопротивление резистора R_Е на такую же величину - 56 Ом, с целью сохранения на прежнем уровне глубины ООС по постоянному току транзистора, что необходимо для предотвращения ухудшения стабильности рабочего режима вышеуказанного транзистора. Вследствие этого сопротивление резистора Рэм поискового генератора металлоискателя (Фиг.3) должно определяться суммой сопротивлений R_Е и Re: Rэм=R_E+Re.

С выхода смесителя 4 сигнал разностной частоты поступает на вход усилителя биений 6 (Фиг.1) и затем на исполнительный блок 7.

Применение селективно-усилительного узла и высокостабильного поискового генератора позволяет использовать в металлоискателях отдаленные ВЧ-гармоники и обеспечить высокую дальность обнаружения металлов, сохраняя при этом возможность различать металлы по принципу: черный/цветной.

Кроме того, в отличие от импульсных и индуктивно-балансных металлоискателей потребляемый ток у предложенной конструкции незначительный - находится на уровне нескольких мА, что обеспечивает возможность непрерывной работы металлоискателя в течение многих десятков часов.

Уровень излучения радиопомех в эфир у предложенного металлоискателя также многократно меньше, т.к., во-первых, принцип действия импульсных и индуктивно-балансных металлоискателей заключается в электромагнитном облучении предмета поиска, и их передающие катушки излучают в окружающее пространство сильный электромагнитный сигнал; во-вторых, поисковая катушка 1 (Фиг.1) металлоискателей на биениях экранирована, благодаря чему она практически не излучает в эфир радиопомехи, что обеспечивает металлоискателю хорошую электромагнитную совместимость с окружающими электронными устройствами.

Экономичный металлоискатель, включающий в себя поисковый LC-генератор с поисковой катушкой индуктивности, образцовый ВЧ-генератор и последовательно соединенные: двухвходовой смеситель, усилитель сигнала биений, исполнительный блок, отличающийся тем, что в него введены: селективно-усилительный узел, вход которого соединен с выходом поискового генератора, осуществляющий выделение и усиление ВЧ-гармоники выходного сигнала поискового генератора с последующей подачей выделенного сигнала ВЧ-гармоники на вход смесителя, при этом на второй вход смесителя подается сигнал образцовой частоты с выхода образцового ВЧ-генератора для формирования разностной частоты биений, при этом в качестве поискового генератора используется высокостабильный LC-генератор без непосредственной связи его частотозадающего LC-контура с активным элементом данного генератора.

Изобретение относится к области обнаружения ферромагнитных объектов и может быть использовано при морском гуманитарном разминировании, для выявления металлического мусора на прибрежных акваториях, а также при поиске стальных нефте- и газопроводов в водной среде.

Устройство для возбуждения колебаний в подземных коммуникациях // 2418309

Изобретение относится к технике обнаружения скрытых коммуникаций: кабелей металлических и пластмассовых трубопроводов, находящихся под слоем грунта, снега, асфальта.

Способ поверки приемных устройств для измерения глубины залегания подземных коммуникаций // 2389045

Изобретение относится к измерительной технике. .

Металлоискатель // 2366982

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.

Устройство для определения положения поисковой головки искателя // 2361243

Изобретение относится к технике обнаружения скрытых токопроводящих объектов, например кабелей, трубопроводов и иных металлических предметов, расположенных под слоем грунта, асфальта, снега и др.

Вихретоковое устройство // 2360268

Изобретение относится к области интроскопии и может быть использовано при неразрушающем контроле для обнаружения различных электрофизических неоднородностей в различных укрывающих средах, а также при поиске металлических предметов в указанных средах.

Способ определения расстояния до кабеля, расположенного в земле, и глубины его залегания // 2352963

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения глубины залегания и расстояния до кабеля, расположенного в земле.

Устройство для обнаружения металлических предметов в потоке материала // 2332691

Изобретение относится к технике обнаружения металлических предметов в потоках материалов. .

Способ обнаружения металлических объектов // 2313109

Изобретение относится к области обнаружения электропроводящих тел в непроводящих или слабопроводящих электрический ток средах. .

Способ обнаружения трассы подземной металлической линии // 2302649

Изобретение относится к технике обнаружения кабелей и трубопроводов, проложенных в земле. .

Способ локализации магнитного диполя // 2456642

Изобретение относится к поиску скрытых ферромагнитных объектов с помощью переносной штанги с датчиками трехкомпонентных магнитометров

Измеритель разубоживания медно-никелевой сульфидной руды в мерном объеме // 2460128

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано на горных предприятиях цветной металлургии для определения величины разубоживания добываемой медно-никелевой сульфидной руды

Трассопоисковый генератор сигналов // 2463629

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для генерирования гармонических сигналов в составе измерительного комплекса для реализации индукционного метода поиска и диагностики подземных коммуникаций

Устройство обнаружения электропроводящих объектов на базе датчиков магнитного поля с частотным выходом // 2472182

Изобретение относится к металлоискателям для целей диагностики и дефектоскопии, археологии, входного контроля в системах безопасности и т.п

Трассопоисковый приемник // 2482517

Изобретение относится к электроизмерительной технике, и может быть использовано для генерирования гармонических сигналов в составе измерительного комплекса для реализации индукционного метода поиска и диагностики подземных коммуникаций

Способ и устройство обнаружения противопехотных взрывных устройств с контактно-проводными датчиками цели // 2497155

Изобретение относится к обеспечению безопасности и может быть использовано при создании технических средств, предназначенных для выявления взрывных устройств, имеющих короткие контактно-проводные датчики цели с электрическими замыкателями, борьбе с терроризмом, гуманитарном разминировании, а также при поиске подземных кабельных линий связи и управления. Способ обнаружения противопехотных взрывных устройств с контактно-проводными датчиками цели заключается в том, что возбуждение проводника осуществляется перестраиваемым по частоте электромагнитным полем с коэффициентом перекрытия диапазона частот не менее двух и регистрируемой скоростью изменения амплитуды отраженного сигнала. Устройство обнаружения противопехотных взрывных устройств с контактно-проводными датчиками цели содержит генератор, передающую магнитную антенну, приемник, приемную магнитную антенну, индикаторное устройство. Кроме того, устройство дополнительно включает блок перестройки несущей частоты генератора и дифференцирующую цепочку, включенную между выходом приемного усилителя и входом индикаторного устройства. Технический результат заключается в увеличении скорости поиска, повышении безопасности при разминировании. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ выявления локальных дефектов металла подземного трубопровода // 2536778

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ выявления локальных дефектов металла подземного трубопровода и может применяться для диагностики и контроля состояния подземных трубопроводов, изготовленных из ферромагнитных материалов. При реализации способа измеряют индукцию магнитного поля над осью трубопровода и глубину заложения трубопровода с определенным шагом, выбираемым исходя из глубины заложения трубопровода, определяют расположение источников аномалий магнитного поля. Из проектной или эксплуатационной документации получают дополнительную информацию о местоположении кольцевых сварных швов трубопровода и расчетным путем определяют индукцию магнитного поля, создаваемую элементами трубопровода, ограниченными кольцевыми сварными швами. По величине отклонения значений, полученных в результате измерений индукции магнитного поля трубопровода, от расчетных значений судят о наличии дефектов. Техническим результатом является повышение достоверности выявления дефектов металла подземного трубопровода без вскрытия грунта. 1 табл., 4 ил.

Способ определения пространственного положения протяженных объектов, расположенных на глубине, преимущественно расположенных под водой, и трассоискатель электромагнитный, преимущественно трассоискатель электромагнитный судовой для осуществления способа // 2559565

Предложенная группа изобретений относится к области геофизических исследований, а именно поиску протяженных подводных объектов, например трубопроводов или кабелей, проложенных по дну моря. Предложенный способ определения пространственного положения протяженного электропроводящего объекта, расположенного на глубине, включает перемещение электромагнитного трассоискателя в горизонтальной плоскости по сетке преимущественно параллельных галсов, пересекающих преобладающее направление протяженного электропроводящего объекта, измерение в опорных точках в режиме реального времени компонентов электромагнитного поля, создаваемых токами в протяженном электропроводящем объекте. Последующую обработку и отображение результатов измерений по всем галсам с определением точек максимума сигнала, соответствующих высоте расположения протяженного электропроводящего объекта, и построением сплайнов, соединяющих данные точки, построение и картографическое отображение пространственной модели электромагнитного поля и расположения протяженного электропроводящего объекта с последующей ее оптимизацией. При этом при определении точек максимума используют полуширину максимума с учетом угла между трассой проводника и траекторией съемки, обеспечивая при этом измерения во всем возможном диапазоне без переключения коэффициента усиления, а также без искажения и потери данных. Трассоискатель электромагнитный оснащен взаимно перпендикулярными датчиками электромагнитного поля с интегрированным в него аналого-цифровым преобразователем и компьютерными средствами обработки данных согласно описанному способу. Предложенная группа изобретений позволяет повысить точность и качество исследований пространственного расположения подводных протяженных электропроводящих объектов за счет снижения дисперсии полученных результатов измерения. 2 н. и 2 з.п ф-лы, 1 ил.

Универсальный вихретоковый импульсный металлоискатель // 2559796

Изобретение относится к области технических средств обнаружения металлических объектов и может быть использовано в системах безопасности, при производстве продовольственных товаров, при проведении ремонтных и строительных работ, при археологических изысканиях. Сущность: металлоискатель содержит блок управления, приемные и возбуждающую катушки, блок формирования тока возбуждающей катушки, схему обработки сигнала. Периодический импульс тока возбуждающей катушки содержит участки сравнительно медленного возрастания и убывания тока и участки его постоянного значения. Схема обработки сигнала содержит блок амплитудно-временного анализа сигнала, блок обработки гармонических составляющих сигналов, фильтры низких и высоких частот, синхронные детекторы и позволяет определять расстояние до объекта, его электромагнитные и геометрические параметры. Технический результат: повышение достоверности результатов обследования. 7 ил.

Способ и устройство для определения местонахождения смотровых колодцев трубопроводов // 2559864

Использование: изобретение относится к технике, использующей излучение и отражение акустических волн для поиска смотровых колодцев трубопроводов, покрытых слоем земли, асфальта, снега и т.п. Сущность: генератором в незаполненный трубопровод, являющийся волноводом, подают сигнал определенной частоты, который принимается излучателем акустического сигнала, преобразуется в акустический сигнал, который передается далее по волноводу, попадает в замкнутый объем смотрового колодца и распространяется по грунту. Наличие разрыва трубопровода в месте сообщения со смотровым колодцем и меньшей толщины грунта над колодцем, чем над трубопроводом, способствует тому, что уровень акустического сигнала над колодцем больше, чем над трубопроводом. По увеличенному уровню акустического сигнала, принимаемого акустическим датчиком, соединенным с приемником, сонастроенным по частоте с частотой генератора, определяют местоположение смотрового колодца. Указанный способ и устройство могут найти применение в работе коммунальных служб при необходимости поиска и обнаружения смотровых колодцев, скрытых под слоем земли, асфальта, снега и т.п. Технический результат: возможность обнаружения смотровых колодцев, покрытых слоем земли, асфальта, снега и т.п., независимо от материала, из которого изготовлены крышки люков смотровых колодцев или сами коммуникации; увеличение дальности обнаружения колодцев от источника сигналов; снижение стоимости оборудования, необходимого для обнаружения смотровых колодцев; снижение затрат на обучение персонала в связи с упрощением способа поиска; повышение безопасности работы персонала. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.