ДАТЧИК МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЯ Российский патент 2015 года по МПК G01V3/11 

Изобретение относится к области интроскопии, более конкретно к датчикам металлоискателей, и может быть использовано для решения задачи обнаружения металлических объектов, находящихся в различных укрывающих средах, в частности в слабо- и высокоминерализованном грунте, стенах строений и т.п.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известны различные датчики металлоискателей.

Известен датчик металлоискателя, описанный в патенте ЕР 0764856 В1, G01V 3/10, G01V 3/11, 05.12.2001 (EBINGER KLAUS ING FA) (D1). Известный из Dl датчик металлоискателя имеет кольцевой корпус с соединительными ребрами, расположенными вдоль его средней и поперечной осей и передающую катушку, обмотанную вокруг одной или более приемных катушек. Корпус имеет четыре прямые стороны одинаковой длины и расположенные попарно параллельно. Развязка между каналами приема-передачи обеспечивается за счет выполнения обмотки приемной катушки (приемных катушек) в D-образной форме с прямой стороной вдоль центра корпуса. Недостатком известного из D1 датчика металлоискателя является сложность и нетехнологичность его конструкции, а так же невозможность работы датчика металлоискателя в разных режимах.

Известен датчик металлоискателя, описанный в заявке US 2003107377 А1, G01V 3/10, G01V 3/11, 12.06.2003 (UZMAN MUSTAFA) (D2). Известный из D3 датчик металлоискателя выполнен D-образным и имеет катушку, состоящую из передающей и приемной обмоток, расположенных на металлической подложке, причем передающая обмотка расположена относительно приемной обмотки таким образом, что магнитное поле,генерируемое передающей обмоткой, индуцирует лишь очень небольшое напряжение в приемной обмотке. Недостатком известного из D2 датчика металлоискателя является сложность и нетехнологичность его конструкции, а так же невозможность работы датчика металлоискателя в разных режимах.

Известен датчик металлоискателя, описанный в патенте US 3872380 А, G01V 3/10, 18.03.1975 (GARDINER ROBERT F) (D3). Известный из D3 датчик металлоискателя содержит блок катушек, состоящий из D-образных приемной и передающей катушек. Катушки расположены на одной плоскости и совмещены таким образом, что поток индукции передающей катушки, проходящий через обмотку приемной катушки, является минимальным, равно как и выходное напряжение на обмотке приемной каткушки. Недостатком известного из D4 датчика металлоискателя является сложность и нетехнологичность его конструкции, а так же невозможность работы датчика металлоискателя в разных режимах.

Известен датчик металлоискателя, описанный в патенте RU 2360268 С1, G01V 3/11, 27.06.2009 (АРБУЗОВ В.О. и др.) (D4). Известный из D4 датчик металлоискателя содержит два разноразмерных блока коаксиальных катушек, каждый из которых состоит из двух последовательно соединенных передающих (возбуждающих) катушек и одной приемной (сигнальной) катушки. Передающие катушки включены встречно, что обеспечивает достижение индукционного баланса - минимального потока индукции через приемные катушки. Известный датчик металлоискателя при этом предназначен для работы в двухчастотном режиме. Недостатком известного из D4 датчика металлоискателя является сложность и нетехнологичность его конструкции. Известный из D4 датчик металлоискателя может быть принят в качестве прототипа заявленного изобретения.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На практике для достижения приемлемой чувствительности известного из D4 датчика металлоискателя, как правило, реализуются резонансные режимы работы обеих катушек для заданной частоты тока возбуждения. Чаще всего используется режим последовательного резонанса напряжений, что достигается введением в датчик или в блок обработки сигналов конденсаторов соответствующих резонансу емкостей. Отрицательным следствием такого решения является невозможность эффективного использования датчика на других частотах, необходимость которых часто диктуется задачами поиска. Это обстоятельство, в свою очередь, предопределяет низкую информативность выходных сигналов и, как следствие, низкую информативность поиска. Более того, задачи поиска металлических объектов достаточно разнообразны и включают в себя как необходимость реализации глубинного обнаружения объектов, так и возможность реализации разделения близко расположенных металлических предметов. Решение этих задач на сегодняшний день требует набора разноразмерных датчиков в составе металлоискателя. Так для увеличения глубины поиска требуются большеразмерные датчики, а для лучшего разделения близко расположенных металлических предметов используются малоразмерные датчики.

Исходя из вышесказанного целью настоящего изобретения является создание датчика металлоискателя с улучшенными свойствами, который может быть использован для решения большого спектра поисковых задач.

Техническим результатом, достигаемым при реализации настоящего изобретения, является упрощение конструкции датчика металлоискателя, повышение информативности поиска металлических объектов, а также расширение спектра решаемых с помощью датчика металлоискателя поисковых задач.

Технический результат достигается за счет того, что датчик металлоискателя содержит первый блок катушек, состоящий из первой возбуждающей катушки, возбуждаемой первой частотой возбуждения, и первой сигнальной катушки, причем упомянутые первая возбуждающая катушка и первая сигнальная катушка расположены на одной плоскости и частично совмещены, причем величина зоны совмещения первой возбуждающей катушки и первой сигнальной катушки выбрана такой, чтобы обеспечивался минимальный поток индукции через первую сигнальную катушку, дополнительно содержит второй блок катушек, состоящий из второй возбуждающей катушки, возбуждаемой второй частотой возбуждения, и второй сигнальной катушки, причем упомянутые вторая возбуждающая катушка и вторая сигнальная катушка расположены на одной плоскости и частично совмещены, причем величина зоны совмещения второй возбуждающей катушки и второй сигнальной катушки выбрана такой, чтобы обеспечивался минимальный поток индукции через вторую сигнальную катушку.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения описываются далее подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые включены в данный документ посредством ссылки, и на которых:

Фиг.1 иллюстрирует примерную принципиальную электрическую схему металлоискателя, в составе которого может быть использован датчик металлоискателя по любому из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 иллюстрирует примерное пространственное расположение катушек датчика металлоискателя друг относительно друга.

Фиг.3 иллюстрирует примерное пространственное расположение блоков катушек датчика металлоискателя друг относительно друга.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее приводятся варианты осуществления настоящего изобретения, раскрывающие примеры его реализации в частных исполнениях. Тем не менее, само описание не предназначено для ограничения объема прав, предоставляемых данным патентом. Скорее, следует исходить из того, что заявленное изобретение также может быть осуществлено другими способами таким образом, что будет включать в себя отличающиеся элементы и условия или комбинации элементов и условий, аналогичных элементам и условиям, описанным в данном документе, в сочетании с другими существующими и будущими технологиями.

В первом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения обеспечивается датчик металлоискателя, содержащий первый блок катушек, состоящий из первой возбуждающей катушки, возбуждаемой первой частотой возбуждения, и первой сигнальной катушки, причем упомянутые первая возбуждающая катушка и первая сигнальная катушка расположены на одной плоскости и частично совмещены, причем величина зоны совмещения первой возбуждающей катушки и первой сигнальной катушки выбрана такой, чтобы обеспечивался минимальный поток индукции через первую сигнальную катушку, дополнительно содержит второй блок катушек, состоящий из второй возбуждающей катушки, возбуждаемой второй частотой возбуждения, и второй сигнальной катушки, причем упомянутые вторая возбуждающая катушка и вторая сигнальная катушка расположены на одной плоскости и частично совмещены, причем величина зоны совмещения второй возбуждающей катушки и второй сигнальной катушки выбрана такой, чтобы обеспечивался минимальный поток индукции через вторую сигнальную катушку.

В иных вариантах осуществления настоящего изобретения может также обеспечиваться датчик металлоискателя по первому варианту осуществления настоящего изобретения, отличающийся тем, что, в частности, первая частота возбуждения и вторая частота возбуждения не равны; геометрические размеры и форма первого блока катушек и второго блока катушек и пространственное расположение первого блока катушек и второго блока катушек по отношению друг к другу, а так же геометрические размеры и форма катушек и их пространственное расположение по отношению друг к другу, выбраны такими, чтобы обеспечивался минимальный суммарный выходной сигнал; геометрические размеры первого блока катушек и второго блока катушек не равны; геометрическая форма первой возбуждающей катушки подобна геометрической форме первой сигнальной катушки, а геометрическая форма второй возбуждающей катушки подобна геометрической форме второй сигнальной катушки; взаимное пространственное расположение катушек второго блока катушек подобно взаимному пространственному расположению катушек первого блока катушек; плоскости первого блока катушек и второго блока катушек наложены одна на другую; зона совмещения катушек второго блока катушек полностью наложена на зону совмещения катушек первого блока катушек; плоскость второй возбуждающей катушки наложена на плоскость первой возбуждающей катушки, а плоскость второй сигнальной катушки наложена на плоскость первой сигнальной катушки; первый и второй блоки катушек размещены в одном корпусе и жестко зафиксированы.

Кроме того, для специалиста в области техники, к которой относится настоящее изобретение, должно быть очевидно, что варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы в виде различных комбинаций технических признаков, изложенных в предыдущем абзаце, в дополнение к предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, для наилучшего достижения решения задачи, на которую направлено настоящее изобретение.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Описанные далее возможные осуществления вариантов настоящего изобретения представлены на неограничивающих объем правовой охраны примерах, применительно к конкретным вариантам осуществления настоящего изобретения, которые во всех их аспектах предполагаются иллюстративными и не накладывающими ограничения. Альтернативные варианты реализации настоящего изобретения, не выходящие за пределы объема его правовой охраны, являются очевидными специалистам в данной области, имеющим обычную квалификацию, на которых это изобретение рассчитано.

На фиг.1 в качестве примера, но не ограничения, изображена примерная принципиальная электрическая схема металлоискателя, в составе которого может быть использован датчик металлоискателя по любому из вариантов осуществления настоящего изобретения. Металлоискатель 100 содержит генератор 1010, предпочтительно управляемый микропроцессором 1090 и связанный первой возбуждающей цепью 1020, содержащей первый конденсатор 1021, с первой возбуждающей катушкой первого блока катушек 1041 датчика металлоискателя 1040; и связанный второй возбуждающей цепью 1030, содержащей второй конденсатор 1031, со второй возбуждающей катушкой второго блока катушек 1042 датчика металлоискателя 1040. Как уже отмечалось, для цели повышения чувствительности датчика металлоискателя, предпочтительно возбуждение соответствующих катушек производить в резонансном режиме. Для этой же цели такой режим предпочтительно реализовать и в соответствующих сигнальных катушках. Для реализации этого требования и для уменьшения взаимного влияния блоков катушек друг на друга в схему введены включенные в цепи возбуждения конденсаторы 1021 и 1031, позволяющие добиваться последовательного резонанса в первой возбуждающей цепи 1020 и второй возбуждающей цепи 1030 на первой частоте возбуждения (F₁) и второй частоте возбуждения (F₂) соответственно. Первая сигнальная катушка первого блока 1041 катушек датчика металлоискателя 1040 связана первой сигнальной цепью 1050, содержащей первый шунтирующий конденсатор 1051, с первым блоком выделения квадратурных составляющих (БКВС) 1070. Вторая сигнальная катушка второго блока катушек 1042 датчика металлоискателя 1040 связана второй сигнальной цепью 1060, содержащей второй шунтирующий конденсатор 1061 со вторым БКВС 1080. Шунтирующие конденсаторы 1051 и 1061 позволяют добиваться последовательного резонанса в первой сигнальной цепи 1050 и второй сигнальной цепи 1060 на первой частоте возбуждения и второй частоте возбуждения соответственно. При правильном выборе величин зон совмещения катушек в блоках катушек 1041 и 1042 обеспечивается минимальный поток индукции через их сигнальные катушки, за счет чего достигается индукционный баланс. При помещении в зону чувствительности датчика металлоискателя 1040 какого-либо металлического объекта, индукционный баланс нарушается, что приводит к появлению в первой сигнальной цепи 1050 и второй сигнальной цепи 1060 первого напряжения и второго напряжения соответственно. Первое и второе напряжения представляют собой комплексные величины - векторы, которые в декартовых координатах могут быть представлены через проекции (квадратурные составляющие). Сигналы с величинами первого и второго напряжений поступают на входы первого БКВС 1070 и второго БКВС 1080 соответственно. Первый (X₁) и второй (Y₁) выходные сигналы первого БКВС 1070 и первый (Х₂) и второй (Y₂) выходные сигналы второго БКВС 1080 представляют собой сигналы, прямо пропорциональные квадратурным составляющим первого и второго напряжений в сигнальных цепях 1050 и 1060 соответственно. Эти сигналы поступают на входы микропроцессора 1090, где осуществляется их обработка, в частности, в соответствии с алгоритмами, описанными в D1. Блок индикации 1091 при этом выполнен с возможностью вывода обработанных сигналов в виде годографов первого и второго напряжений. При этом блоки катушек 1041 и 1042 датчика металлоискателя 1040 могут быть выполнены геометрически разных размеров, что фактически позволяет использовать каждый из блоков в виде самостоятельного датчика металлоискателя. Посредством микропроцессора 1090, в частности, ток возбуждения первой цепи возбуждения 1020 может быть отключен, за счет чего обеспечится отключение первого блока катушек 1041. В том случае, если первый блок катушек 1042 является блоком катушек большего размера, то полученный за счет отключения первого блока катушек 1041 датчик металлоискателя может быть использован для лучшего разделения металлических предметов и поисков на участках с большим количеством металлического мусора или в высокоминерализованных грунтах. В случае, когда первый блок катушек 1042, наоборот, является блоком катушек меньшего размера, его отключение позволит обеспечить глубинный поиск объектов, пригодный для поиска в слабоминерализованных грунтах, или когда не требуются повышенные идентификационные возможности металлоискателя, которые, как уже отмечалось, реализуются посредством обработки всех сигналов с датчика металлоискателя. Кроме того, отключение одного из блоков катушек 1041, 1042 позволяет обеспечить экономию электроэнергии и увеличить срок автономной работы металлоискателя.

На фиг.2 и 3 в качестве примера, но не ограничения, изображено примерное пространственное расположение катушек датчика металлоискателя друг относительно друга. В данном неограничивающем объем охраны примере, возбуждающие катушки 2010, 2020 и сигнальные катушки 2030 и 2040 имеют D-образную форму, а их взаимное расположение подобно. Кроме того, геометрические размеры формируемого катушками 2020, 2040 второго блока катушек 1042 меньше геометрических размеров формируемого катушками 2010, 2030 первого блока катушек 1041. При этом формируемая катушками 2020, 2040 зона совмещения 2060 полностью наложена на формируемую катушками 2010, 2030 зону совмещения 2050. Также из фиг.2 и 3 следует, что плоскость второй возбуждающей катушки 2020 полностью наложена на плоскость первой возбуждающей катушки 2010, а плоскость второй сигнальной катушки 2040 полностью наложена на плоскость первой сигнальной катушки 2030. Обеспечение такого совмещения катушек 2010, 2020, 2030, 2040 позволяет добиться минимальных потоков индукции через сигнальные катушки 2020, 2040, за счет чего обеспечивается индукционный баланс в датчике металлоискателя 1040 и минимальный суммарный выходной сигнал.

Изобретение относится к области интроскопии, более конкретно к датчикам металлоискателей, и может быть использовано для решения задачи обнаружения металлических объектов, находящихся в различных укрывающих средах, в частности в слабо- и высокоминерализованном грунте, стенах строений и т.п. Технический результат: упрощение конструкции датчика, повышение информативности поиска металлических объектов, а так же расширение функциональных возможностей датчика. Сущность: датчик металлоискателя содержит первый блок катушек, состоящий из первой возбуждающей катушки, возбуждаемой первой частотой возбуждения, и первой сигнальной катушки, и второй блок катушек, состоящий из второй возбуждающей катушки, возбуждаемой второй частотой возбуждения, и второй сигнальной катушки. Первая возбуждающая катушка и первая сигнальная катушка расположены на одной плоскости и частично совмещены. Величина зоны совмещения первой возбуждающей катушки и первой сигнальной катушки выбрана такой, чтобы обеспечивался минимальный поток индукции через первую сигнальную катушку. Вторая возбуждающая катушка и вторая сигнальная катушка расположены на одной плоскости и частично совмещены. Величина зоны совмещения второй возбуждающей катушки и второй сигнальной катушки выбрана такой, чтобы обеспечивался минимальный поток индукции через вторую сигнальную катушку. Плоскость второй возбуждающей катушки наложена на плоскость первой возбуждающей катушки, а плоскость второй сигнальной катушки наложена на плоскость первой сигнальной катушки. При этом, зона совмещения катушек второго блока катушек полностью наложена на зону совмещения катушек первого блока катушек. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Датчик металлоискателя, содержащий первый блок катушек, состоящий из первой возбуждающей катушки, возбуждаемой первой частотой возбуждения, и первой сигнальной катушки, и второй блок катушек, состоящий из второй возбуждающей катушки, возбуждаемой второй частотой возбуждения, и второй сигнальной катушки, отличающийся тем, что упомянутые первая возбуждающая катушка и первая сигнальная катушка расположены на одной плоскости и частично совмещены, причем величина зоны совмещения первой возбуждающей катушки и первой сигнальной катушки выбрана такой, чтобы обеспечивался минимальный поток индукции через первую сигнальную катушку, причем упомянутые вторая возбуждающая катушка и вторая сигнальная катушка расположены на одной плоскости и частично совмещены, причем величина зоны совмещения второй возбуждающей катушки и второй сигнальной катушки выбрана такой, чтобы обеспечивался минимальный поток индукции через вторую сигнальную катушку, причем геометрические размеры и форма первого блока катушек и второго блока катушек и пространственное расположение первого блока катушек и второго блока катушек по отношению друг к другу, а так же геометрические размеры и форма катушек и их пространственное расположение по отношению друг к другу, выбраны такими, чтобы обеспечить минимальный поток индукции через упомянутые сигнальные катушки и обеспечить индукционный баланс по сигнальным катушкам датчика металлоискателя, а именно:
зона совмещения катушек второго блока катушек полностью наложена на зону совмещения катушек первого блока катушек;
плоскость второй возбуждающей катушки параллельно наложена на плоскость первой возбуждающей катушки, а плоскость второй сигнальной катушки параллельно наложена на плоскость первой сигнальной катушки.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что первая частота возбуждения и вторая частота возбуждения не равны.

3. Датчик по п. 2, отличающийся тем, что первый и второй блоки катушек размещены в одном корпусе и жестко зафиксированы.

4. Датчик по п. 2, отличающийся тем, что геометрические размеры первого блока катушек и второго блока катушек не равны.

5. Датчик по п. 2, отличающийся тем, что геометрическая форма первой возбуждающей катушки подобна геометрической форме первой сигнальной катушки, а геометрическая форма второй возбуждающей катушки подобна геометрической форме второй сигнальной катушки.

6. Датчик по п. 2, отличающийся тем, что взаимное пространственное расположение катушек второго блока катушек подобно взаимному пространственному расположению катушек первого блока катушек.

7. Датчик по п. 2, отличающийся тем, что:
геометрические размеры первого блока катушек и второго блока катушек не равны; причем
геометрическая форма первой возбуждающей катушки подобна геометрической форме первой сигнальной катушки, а геометрическая форма второй возбуждающей катушки подобна геометрической форме второй сигнальной катушки; причем
взаимное пространственное расположение катушек второго блока катушек подобно взаимному пространственному расположению катушек первого блока катушек.

8. Датчик по любому из п.п. 1-2, 4-6, отличающийся тем, что первый и второй блоки катушек размещены в одном корпусе и жестко зафиксированы.