МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК G01V3/11 

Изобретение относится к области физики и геофизики в части обнаружения токопроводящих и ферромагнитных предметов с помощью индукционных катушек, создающих переменное магнитное поле.

Область применения заявляемого металллоискателя - хобби, коллекционирование, исторический поиск, кладоискательство, спорт, отдых, туризм, Кроме того, он может использоваться также в строительстве, при ремонте трубопроводов, в поиске затонувших судов и т.д.

Известны аналогичные металлоискатели, содержащие опорный и перестраиваемый генераторы, схемы сравнения частот, стрелочные и звуковые индикаторы - головные телефоны (1...7).

Повышение чувствительности в них достигается за счет сравнения опорной частоты с высшими гармониками частоты перестраиваемого генератора.

Недостатком известных металлоискателей является ограниченная чувствительность, обусловленная восприятием сигналов только на слух и стрелочный прибор и неудобство при работе в темноте и под водой.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является металлоискатель [2].

Металлоискатель содержит опорный и перестраиваемый генераторы, схему управления и индикатор. Для повышения производительности и упрощения в металлоискатель введены последовательно соединенные коммутатор, первый счетчик импульсов, первое запоминающее устройство, схема коррекции и цифроаналоговый преобразователь, второй счетчик импульсов и второе запоминающее устройство. Выход цифроаналогового преобразователя соединен со стрелочным индикатором.

Недостатком известного технического решения является необходимость периодической кнопочной коррекции, а также инерционность стрелочного индикатора.

Задачей изобретения является создание металлоискателя с эффективной безынерционной индикацией, позволяющего различать черные и цветные металлы без повышенной нагрузки на внимание и память оператора, а также работать в темноте и под водой.

Поставленная задача решается за счет того, что металлоискатель, содержащий опорный и перестраиваемый генераторы, устройство индикации, выполненное в виде цепочки из n светодиодов, расположенных в форме кольца или линии, создающих эффект "бегущего огонька", счетчик-дешифратор с n выходами, к которым присоединены светодиоды, делитель на n и триггер, при этом выход делителя на n соединен со входом сброса R триггера, прямой выход Q которого соединен с общим проводом светодиодов и составляет цепь запрета света, а инверсный выход триггера соединен со входом запрета счета EC счетчика-дешифратора, устройство индикации дополнительно содержит первый и второй делители частоты, фазовый детектор и стереозвуковой сигнализатор, а перестраиваемый генератор дополнительно снабжен входом перестройки частоты, причем выходы перестраиваемого и опорного генератора соединены со счетными входами C соответственно первого и второго делителей, выход опорного генератора соединен также со счетными входами C делителя на n и счетчика-дешифратора, выход первого делителя соединен со входом установки S триггера, входом сброса R счетчика-дешифратора и первым входом фазового детектора, выход второго делителя соединен со входом сброса R делителя на n и вторым входом фазового детектора, выход которого соединен со входом перестройки частоты перестраиваемого генератора, а входы стереозвукового сигнализатора соединены со входом и выходом фазового детектора.

Таким образом, за счет совокупности признаков достигнуто создание металлоискателя, не требующего напряжения внимания и памяти оператора при различении черных и цветных металлов, что позволяет значительно повысить его эксплуатационно-поисковую эффективность.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена блок-схема металлоискателя, а на фиг. 2 - его принципиальная электрическая схема. Блок-схема металлоискателя, изображенная на фиг. 1, состоит из следующих элементов: 1 - перестраиваемый генератор, 2 - опорный генератор, 3 - первый делитель частоты, 4 - второй делитель частоты, 5 - фазовый детектор, 6 - делитель на n, 7 - триггер, 8 - счетчик-дешифратор на n выходов, 9 - устройство индикации из n светодиодов, 10 - стереозвуковой сигнализатор.

Металлоискатель работает следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии сигнала, т.е. металлических предметов в зоне действия катушки, частоты на выходах делителей 3 и 4 равны (что определяется соответствующим согласованием частот перестраиваемого 1 и опорного 2 генераторов и коэффициентов деления делителей 3 и 4), сигнал на выходе фазового детектора 5 представляет собой симметричный меандр, что соответствует нулевому воздействию на входе перестройки частоты генератора 1, звука в стереозвуковом сигнализаторе 10 нет, огонек индикатора 9 неподвижен. При появлении металлического предмета в зоне действия катушки настройка генератора 1 со стороны катушки изменяется, фаза на выходе делителя 3 "уходит", вызывая изменение скважности сигнала на выходе фазового детектора 5, и одновременно компенсируется изменение настройки генератора 1 по входу перестройки частоты. При этом появляется звук низкой частоты в одном из телефонов стереозвукового сигнализатора 10 и происходит переключение светодиодов 9 в виде поворота огонька на некоторый угол или несколько оборотов в зависимости от степени воздействия металла (расстояние, размеры), а направление вращения огонька и то, в каком из телефонов появляется звук - в правом или левом, соответствуют виду металла (черный или цветной) при всех режимах работы металлоискателя.

Рассмотрим работу металлоискателя более подробно. Как было сказано выше, при работе металлоискателя частоты на выходах 3 и 4, т.е. на входах фазового детектора 5, равны, но при этом импульс с выхода делителя 3, совпадающий с одним, например передним, фронтом выходного сигнала фазового детектора 5, может занимать любое положение по времени прихода между двумя соседними импульсами с делителя 4. Среднее положение импульса при этом соответствует отсутствию сигнала, т.е. предмета поиска. Задачей схемы управления светодиодами 9 является дискретное измерение интервала времени между импульсами делителей 4 (начало отсчета) и 3 (конец отсчета) и преобразование его в количество переключений светодиодов 9 по кругу. Частота счета, т.е. переключения светодиодов 9 в схеме, равная частоте опорного генератора 2 (1...2 МГц) значительно выше звуковой частоты на выходах делителей 3 и 4 (500...600 Гц), поэтому смещение импульса в пределах одного периода низкой частоты преобразуется приблизительно в 2000....4000 переключений светодиодов по кругу, что при n = 10 соответствует 200...400 оборотов огонька, или (считая от середины) ± 100. . . 200 оборотов, что достаточно много для обеспечения высокой чувствительности металлоискателя.

Работа схемы преобразования происходит следующим образом.

Очередной импульс с выхода делителя 4 сбрасывает на 0 делитель 6, осуществляя привязку к началу отсчета последующих десяток импульсов счета (принимаем n = 10). Каждый из выходных импульсов делителя 6 подтверждает сброс по входу R триггера 7, на инверсном выходе которого присутствует напряжение запрета счета счетчика-дешифратора 8, а прямой выход открыт для включения светодиодов 9. Приход импульса с делителя 3 сбрасывает на "0" счетчик-дешифратор 8 и перебрасывает триггер 7 в состояние S, в результате чего снимается запрет счета и отключаются светодиоды, т.е. осуществляется запрет света. Так как импульс с делителя 3 по времени совпадает с каким-либо импульсом внутри очередной "десятки", то счетчик-дешифратор 8 отсчитает ровно столько импульсов, сколько осталось до прихода импульсов конца этой "десятки" с делителя 6 и остановится, включив соответствующий светодиод до прихода следующего импульса с делителя 3. Если движения импульса "3" относительно "4" нет, то следующий импульс 3 включит тот же самый светодиод на индикаторе, т. е. огонек при этом неподвижен. При изменении интервала между импульсами 3 и 4 вследствие, например, появления предмета поиска, будут поочередно включаться соседние светодиоды, и огонек пойдет по кругу по или против часовой стрелки, индицируя наличие черного или цветного металла.

Для звуковой индикации применен стереозвуковой сигнализатор 10, правый и левый телефоны которого реагируют на импульсы различной полярности, возникающие в результате суммирования правильного меандра на входе фазового детектора 5 с прямоугольным сигналом со смещенной в ту или другую сторону скважностью на выходе фазового детектора 5 в соответствии с видом металла черным или цветным.

Принципиальная электрическая схема металлолискателя приведена на фиг. 2. В ней перестраиваемый генератор 1 выполнен на микросхеме DD1 и содержит передающую катушку, конденсатор C1 для ручной настройки и элементы R1, R2, C2, C3, D1 на выходе перестройки частоты. Опорный генератор 2 выполнен на микросхеме DD2, кварцевом резонаторе ZQ1 и резисторе R3. Делители 3 и 4 выполнены на микросхемах DD3 и DD4, делитель 6 и триггер 7 - на микросхемах DD5 и DD6,1, счетчик-дешифратор 8 - на микросхеме DD7. Фазовый детектор 5 выполнен на триггере DD6.2. Кроме того, имеется ряд согласующих элементов, выполненных на резисторах, конденсаторах и элементах микросхемы DD8, к выходам двух из них подключен стереосигнализатор BE.

Изобретение позволяет упростить работу с металлоискателями, свести к минимуму нагрузку на внимание и память оператора при определении вида металла (черный или цветной).

Источники информации
1. Измерительное устройство, а.с. СССР 393713, G 01 V 3/10, 1973 г.

2. Металлоискатель, а.с. СССР 1327033, G 01 V 3/11, 1987 г.

3. Металлоискатель, а.с. 1422200, G 01 V 3/11, 1986 г.

4. Радио Аматор (Киев), 5-7, 1993, с. 30. В. Петрушенко, Металлоискатель с повышенной чувствительностью.

5. Радио, N 10, 1994, с. 26, И. Александров, Металлоискатель с повышенной чувствительностью.

6. Радио N 8, 1994, с. 33, Р. Скетерис, Три металлоискателя на микросхемах.

7. Моделист-конструктор, N 4, 1996, с. 15. С электроникой за кладами (по материалам болгарского Млад конструктор).

Изобретение относится к физике и геофизике в части обнаружения токопроводящих и ферромагнитных предметов с помощью индукционных катушек, создающих переменное магнитное поле. Задачей изобретения является устранение нагрузки на внимание и память оператора при различении черных и цветных металлов. Металлоискатель содержит опорный и перестраиваемый генераторы, устройство индикации, выполненное в виде цепочки из n светодиодов, расположенных в форме кольца или линии, создающих эффект "бегущего огонька", счетчик-дешифратор с n выходами, к которым присоединены светодиоды, делитель на n и триггер, при этом выход делителя на n соединен с входом сброса R триггера, прямой выход Q которого соединен с общим приводом светодиодов и составляет цепь запрета света, а инверсный выход триггера соединен с входом запрета счета ЕС счетчика-дешифратора, устройство индикации дополнительно содержит первый и второй делители частоты, фазовый детектор и стереозвуковой сигнализатор, а перестраиваемый генератор дополнительно снабжен входом перестройки частоты, причем выходы перестраиваемого и опорного генераторов соединены со счетными входами S соответственно первого и второго делителей, выход опорного генератора соединен также со счетными входами С делителя на n и счетчика-дешифратора, выход первого делителя соединен с входом установки S триггера, входом сброса R счетчика-дешифратора и первым входом фазового детектора, выход второго делителя соединен с входом сброса R делителя на n и вторым входом фазового детектора, выход которого соединен с входом перестройки частоты перестраиваемого генератора, а входы стереозвукового сигнализатора соединены с входом и выходом фазового детектора. Изобретение позволяет свести к минимуму нагрузку на внимание и память оператора при определении вида металла (черный или цветной). 2 ил.

Металлоискатель, содержащий опорный и перестраиваемый генераторы, устройство индикации, выполненное в виде цепочки из n светодиодов, расположенных в форме кольца или линии, создающих эффект "бегущего огонька", счетчик-дешифратор с n выходами, к которым присоединены светодиоды, делитель на n и триггер, при этом выход делителя на n соединен со входом сброса R триггера, прямой выход Q которого соединен с общим проводом светодиодов и составляет цепь запрета света, а инверсный выход триггера соединен со входом запрета счета ЕС счетчика-дешифратора, отличающийся тем, что устройство индикации дополнительно содержит первый и второй делители частоты, фазовый детектор и стереозвуковой сигнализатор, а перестраиваемый генератор дополнительно снабжен входом перестройки частоты, причем выходы перестраиваемого и опорного генераторов соединены со счетными входами С соответственно первого и второго делителей, выход опорного генератора соединен также со счетными входами С делителя на n и счетчика-дешифратора, выход первого делителя соединен со входом установки S триггера, входом сброса R счетчика-дешифратора и первым входом фазового детектора, выход второго делителя соединен со входом сброса R делителя на n и вторым входом фазового детектора, выход которого соединен со входом перестройки частоты перестраиваемого генератора, а входы стереозвукового сигнализатора соединены со входом и выходом фазового детектора.