ЭКОНОМИЧНЫЙ МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ Российский патент 2012 года по МПК G01V3/11 

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.

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.

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.