Резонансное металл детектирование

Римарев И.В., Купреев Т.А.,

Кокорев Д.К.

2016 г.

Аннотации

В работе изложен способ импульсного детектирования металлических объектов на основе резонанса в L-C контуре. Представлена функциональная схема устройства и первые результаты испытаний.

Ключевые слова: резонанс, детектирование, рамка.

The paper discloses a method of detecting a pulse of metal objects based on resonance L-C circuit. The functional diagram of the device and the first test results.

Key words: resonance, detection, frame.

Основное содержание исследования

В настоящее время широкое распространение получили металл детекторы, применяемые в промышленности.

Например, строители пользуются приборами обнаружения сторонних металлических объектов в бетонных конструкциях; в пищевой промышленности, для обнаружения посторонних металлических предметов в продуктах и сырье; в горной промышленности, для поиска в породе нежелательных ферромагнитных включений.

Главным недостатком классических металлоискателей является высокий уровень ложных срабатываний (до 1000 на объект) что является причиной низкой вероятности обнаружения [1].

После рассмотрения основных методов металл детектирования был выбран импульсный. Его преимущества:

1) позволяет находить мелкие металлические объекты с примесями за счет высокой резонансной частоты;

2) широкий динамический диапазон зондирующего сигнала, позволяющий увеличить радиус поисков и более подробно рассмотреть обнаруженный предмет, распознать металл;

3) отстройка от начальных условий работы, повышающая чувствительность прибора.

На основе выбранного метода составлена функциональная схема, представленная на (рис.1).

Рисунок 1 - Функциональная схема

Генератор импульсов, собранный на макетной плате, формирует импульсы тока, поступающие на передающую рамку, в которой возникает переменное магнитное поле, пронизывающее принимающую рамку, в которой появляется такой же импульс. Если в действие поля попадает металлический предмет, то под действие магнитного поля (вследствие самоиндукции) в нем наводятся вихревые токи, обуславливающие изменение длительности затухания импульса на принимающей рамке в зависимости от величины объекта, расстоянии до него и магнитной проницаемости.

Результаты снимаются осциллографом с принимающей рамки, затем передаются на ПК с программным обеспечением LabVIEW, в котором производится обработка полученных сигналов.

На основе функциональной схемы была разработана принципиальная схема формирования импульса в L-C контуре и схема управления зарядом\разрядом, позволяющая регулировать и и f передающих импульсов.

Рассчитанная частота резонанса колебательного контура:

Добротность:

Не высокая добротность объясняется отсутствием согласование между элементами резонансного контура, которая будет повышаться за счет:

1) подбора ёмкости качественного конденсатора (воздушного или танталового);

2) уменьшение количества витков передающей рамки до оптимального значения с учетом чувствительности.

Собрана макетная установка и проведена серия опытов: без объекта, с объектом №1 и с объектом №2 (по размерам, превышающим №1).

Рисунок 2 - Осциллограммы опытов

Для обработки полученных осциллограмм была разработана программа в среде LabVIEW, основанная на преобразовании Гилберта-Хуанга для анализа временных рядов (построение касательных к сигналам). Результаты обработки сигналов представлены на (рис.3).

Рисунок 3 - Осциллограммы опытов после обработки

Сигнал без объекта (верхний) можно взять как исходный. На графиках наблюдается изменение крутизны сигнала при наличии рядом металлического объекта - касательная без объекта более пологая, чем при наличии объекта. Так же прослеживается зависимость от его размеров, касательная (нижняя) к осциллограмме объекта №2 (большего по размерам, чем №1) более крутая, чем две другие.

По полученным данным можно сделать вывод о наличии металлического объекта в зоне действия устройства, так же можно судить о геометрических размерах объекта при сравнении крутизны сигнала.

В настоящий момент собрана макетная плата и получены первые результаты, представленные выше.

резонансный металл детектирование контур

Литература

1. Serkan AKSOY, Fundamentals // Advanced Metal Detectors, - 2014 [Электронный ресурс]. Режим доступа URL: http://anibal. gyte.edu. tr/dosya/102/~saksoy/Metal%20Detectors/Advanced%20Metal%20Detectors%20-%20Book.html