МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ Российский патент 2000 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 металлоискателя - 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, усилитель обратной связи, передающую катушку, соединенную с выходом усилителя, и устройство индикации (1...7).

Недостатком известных металлоискателей является ограниченная чувствительность, обусловленная низким уровнем сигнала вторичного поля предмета поиска, воздействующего на передающую катушку перестраиваемого генератора.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению, выбранному в качестве прототипа, является металлоискатель (8).

Металлоискатель (8) содержит опорный и перестраиваемый генераторы, усилитель обратной связи, передающую катушку, соединенную с выходом усилителя, и устройство индикации.

Металлоискатель (8) работает следующим образом. При приближении передающей катушки перестраиваемого генератора к металлическому предмету в нем в результате облучения переменным магнитным полем возникают вихревые токи, создающие вторичное магнитное поле предмета, которое достигает передающей катушки перестраиваемого генератора и наводит в ней ЭДС сигнала, вызывающую изменение частоты генератора и срабатывание устройства индикации, что указывает на наличие предмета поиска в зоне действия передающей катушки.

Однако, вследствие резкого ослабления низкочастотных магнитных полей с расстоянием от источника поля (по законам физики) и отсутствия их усиления глубина обнаружения предметов в этом металлоискателе относительно невелика.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение чувствительности металлоискателя.

Поставленная задача решается за счет того, что в металлоискателе, содержащем опорный и перестраиваемый генераторы и устройство индикации, причем перестраиваемый генератор содержит усилитель обратной связи и соединенные с его выходом передающую катушку и цепь обратной связи, перестраиваемый генератор дополнительно снабжен приемной катушкой и сумматором, входы которого соединены с выходом приемной катушки и выходом цепи обратной связи, а выход соединен с входом усилителя обратной связи.

Таким образом, за счет совокупности признаков достигнуто создание металлоискателя, чувствительность которого, а следовательно, глубина обнаружения предметов, значительно выше, чем то же самое у прототипа.

Заявляемое техническое решение поясняется на чертеже.

Блок-схема металлоискателя, изображенная на фиг. 1, состоит из следующих элементов:
1. Перестраиваемый генератор
2. Опорный генератор
3. Усилитель обратной связи
4. Передающая катушка
5. Приемная катушка
6. Устройство индикации
7. Сумматор
Кроме того, для пояснения работы металлоискателя на блок-схеме фиг. 1 дополнительно показаны:
9. Предмет поиска
10. Переменное магнитное поле передающей катушки.

11. Вторичное поле от предмета поиска
12. Остаточное поле передающей катушки, наводящее остаточную ЭДС в приемной катушке.

Металлоискатель работает следующим образом:
В металлоискателе (см. блок-схему на фиг. 1) передающая 4 и приемная 5 катушки взаимно ориентированы и закреплены так, чтобы остаточное напряжение, наводимое в приемной катушке 5 от поля передающей катушки 4 было близко к нулю, а коэффициент передачи цепи обратной связи 7 выбирается настолько малым, чтобы суммарное напряжение на входе усилителя 3 было минимальным, но достаточным для самовозбуждения перестраиваемого генератора 1.

При появлении металлического предмета 9 в переменном магнитном поле 10 передающей катушки 4 возникающее вторичное поле 11 достигает одновременно обеих катушек 4 и 5 и индуцирует в них малую ЭДС сигнала, которая в первом случае суммируется непосредственно с высоким напряжением на передающей катушке, во втором - с соизмеримо малым же напряжением на входе усилителя 3. Фаза ЭДС сигнала, наводимого вторичным полем в катушке, зависит от вида металла (магнитный, немагнитный), конфигурации предмета, его положения и т.д. и практически никогда не совпадает с фазой напряжения обратной связи на входе усилителя. Как известно, при суммировании переменных напряжений различной фазы фазовое смещение суммарного сигнала будет тем большим, чем меньше разница сигналов по амплитуде. Так как усилитель имеет свойство сохранять фазовое соотношение между входом и выходом неизменным, получим, что малая ЭДС сигнала, суммируясь на входе усилителя с соизмеримо малым же напряжением обратной связи, приведет к значительно большему фазовому смещению напряжения на передающей катушке и вызовет также значительно большее смещение частоты перестраиваемого генератора, чем непосредственное влияние ЭДС сигнала на передающую катушку 4, т. е. приведет к существенному повышению чувствительности металлоискателя. При этом непосредственное влияние вторичного поля 11 предмета 9 на передающую катушку 4 относительно настолько мало, что им можно пренебречь.

Принципиальная электрическая схема металлоискателя приведена на фиг. 2. В ней перестраиваемый генератор 1 выполнен на микросхеме DD1 и содержит передающую катушку L1 и конденсатор C1 для ручной настройки. Опорный генератор 2 выполнен на микросхеме DD2, кварцевом резонаторе ZQ1 и резисторе R3. Усилитель обратной связи 3 выполнен на микросхеме DA1, состоящей из двух элементов DA1.1 и DA1.2. К входу первого элемента DA1.1 подключена приемная катушка L2. Цепь обратной связи состоит из резисторов R5 и R6, суммирование сигналов на входе усилителя осуществляется с помощью сумматора, выполненного на резисторах R4 и R5. Устройство индикации выполнено на микросхемах DD3... DD8.

Заявляемое техническое решение полностью решает задачу, стоящую перед изобретением.

На настоящее время техническое решение, характеризующееся совокупностью заявляемых отличительных признаков, не известно в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям категории "новизна".

Заявляемое техническое решение является оригинальным, существенно упрощая и улучшая известные технические решения, оптимизирует конструкцию, не вытекает очевидным образом из существующего уровня техники и отвечает требованиям критерия "изобретательский уровень".

В настоящее время изготовлены и испытаны два макета и готовится запуск изделий в производство.

Заявляемый металлоискатель может быть реализован промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий, материалов и комплектующих и отвечает требованиям критерия "промышленная применимость".

Заявляемое решение существенно улучшает основной параметр металлоискателя - его чувствительность, и следовательно, глубину обнаружения предметов при сохранении других важных свойств, таких как различение черных и цветных металлов, эффективность сочетания оптической и звуковой индикации и др.

Источники информации:
1. Измерительное устройство, А. С. СССР N 393713, G 01 V 3/10, 1973 г.

2. Металлоискатель, А. С. СССР N 1327033, G 01 V 3/11, 1987 г.

3. Металлоискатель, А. С. СССР N 1422200, G 01 V 3/11, 1986 г.

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

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

6. Радио, N 8, 1990 г., с. 33, P.Скетерис, Три металлоискателя на микросхемах.

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

8. Металлоискатель на биениях, в кн. А.И. Щедрин, Металлоискатели для поиска кладов и реликвий, М., "Арбат-Информ", 1998, с. 82.

Изобретение относится к области физики и геофизики в части обнаружения токопроводящих и ферромагнитных предметов с помощью катушек, создающих переменное магнитное поле. Металлоискатель содержит опорный и перестраиваемый генераторы и устройство индикации. Перестраиваемый генератор содержит усилитель обратной связи и соединенные с его выходом передающую катушку и цепь обратной связи. Перестраиваемый генератор дополнительно снабжен приемной катушкой и сумматором, входы которого соединены с выходом приемной катушки и выходом цепи обратной связи, а выход соединен с входом усилителя обратной связи. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности металлоискателя. 2 ил.

Металлоискатель, содержащий опорный и перестраиваемый генераторы и устройство индикации, причем перестраиваемый генератор содержит усилитель обратной связи и соединенные с его выходом передающую катушку и цепь обратной связи, отличающийся тем, что перестраиваемый генератор дополнительно снабжен приемной катушкой и сумматором, входы которого соединены с выходом приемной катушки и выходом цепи обратной связи, а выход соединен со входом усилителя обратной связи.