Металлоискатель с бесконтактной связью с измерительным датчиком Российский патент 2023 года по МПК G01V3/11 

Изобретение относится к области интроскопии, а именно обнаружения металлических объектов, скрытых в различных средах, в частности в слабо- и высокоминерализованном грунте, стенах строений и т.п., к области физики и геофизики, археологии в области детектирования токопроводящих и ферромагнитных предметов в магнитопроницаемых твердых, сыпучих или жидких средах, в т.ч. в грунте, дорожном покрытии, бетоне, морской воде, одежде и других магнитопроницаемых средах, в подводных или воздушных условиях работы при любом климате.

Изобретение может быть использовано для обнаружения металлических предметов на поверхности грунта, в грунте (снегу), воде и под водой, под покрытиями дорог, под водой в грунте донных отложений, в археологии, кладоискательстве, спасательных операциях, военных задачах по разминированию, водолазными службами, дайверами, аквалангистами, и ныряльщиками, для досмотра людей на предмет обнаружения запрещенных к проносу металлических предметов в одежде или на теле человека, в пищевой промышленности для обнаружения металлических объектов попавших из оборудования в пищевой продукт, в строительстве для обнаружения медных или алюминиевых проводников с целью обхода при сверлении или для задач извлечения и восстановления целостности проводников, в дорожном строительстве с целью обнаружения металлических объектов под дорожным покрытием с целью предупреждения поломки дорожной машины при попадании металла в рабочий инструмент, в медицине для поиска пули или осколков в теле человека, в прачечной отрасли для контроля текстильных изделий на предмет оставшихся в них острых металлических предметов, способных повредить механизм стиральной машины, для обеспечения безопасности массовых мероприятий на открытом воздухе, при поиске запрещенных к проносу металлических предметов, даже в условиях атмосферных осадков. В системах измерения расстояния и отдаления, в детекторах расстояния. В лесопереработке для проверки стволов деревьев на наличие металлических объектов способных повредить пилы, в зерноуборочных комбайнах для регистрации и удаления металлических предметов в потоке зерна. В экстремальных условиях в зонах биологического заражения или химического отравления, удаленно и бесконтактно, где невозможно присутствие человека или присутствие сложной вычислительной техники. Также применяется в зоне опасности механического повреждения оператора или микропроцессорного вычислительного оборудования, на пилораме, при производстве лекарственных средств и составов, химические производства, линии автоматической сборки и т.п.

Известен портативный металлодетектор (патент CN110879423, опубл. 13.03.2020), содержащий дисковый поисковый датчик, установленный на конце телескопической штанги, установленные в корпусе поискового датчика беспроводной передатчик данных, микроконтроллер и контроллер, кнопку включения на штанге металлодетектора, ЖК дисплей и беспроводной приемник данных.

Недостатком известного решения является применение поискового датчика только дисковой формы, что ограничивает универсальность применения прибора. Дисковый датчик имеет сплошную непрозрачную конструкцию и своим телом закрывает визуальное наблюдение за областью поиска, что затрудняет обнаружение точного местоположения металлического объекта находящегося в грунте под плоскостью дискового датчика. Также дисковый датчик невозможно применять при поиске в траве или кустарниках, круглая форма не даст протиснуть датчик между веток или травы, увеличится механическое сопротивление перемещения датчика до перелома несущей конструкции или повреждения целостности датчика. Кроме того, недостатком является применение соединяющей прибор в единое целое телескопической штанги, к которой крепится и измерительный датчик, и приемник. Применение единой штанги прибора исключает возможность удаленного бесконтактного исследования недоступных или опасных для человека областей. Осуществляется только односторонняя связь между измерительной и приемной частью прибора, измерительная часть может только передавать данные, но не принимать. Это делает невозможным дистанционное управление параметрами измерительной части, так как передать с приемного устройства на измерительную часть прибора команды и данные невозможно.

Известен портативный металлодетектор (патент CN216209948, опубл. 05.04.2022), содержащий телескопическую штангу, поисковый датчик с катушкой индуктивности, дисплей, аккумуляторную батарею, интеллектуальный блок обработки, блок беспроводной связи, при этом катушка индуктивности, дисплей, блок беспроводной связи электрически соединены с интеллектуальным блоком обработки и используются для отображения металлического целевого объекта на дисплее и/или интеллектуальном терминале.

Недостатком известного решения является, что все блоки прибора электрически соединены между собой и механически закреплены на одной штанге. Это делает невозможным раздельное удаленное бесконтактное использование датчика металлоискателя от блока индикации. Это снижает надежность работы системы и требует дополнительной дорогостоящей подготовки блока индикации для работы в недоступных для присутствия человека средах, при условии получения измеренных данных на терминальном устройстве, что повышает стоимость конструкции, увеличивает себестоимость производства. Электрическое соединение блоков между собой снижает безопасность и надежность применения прибора в случаях попадания высокого напряжения на один из блоков прибора, гальваническая развязка отсутствует. Также осуществляется только односторонняя связь между металлоискателем и терминальным устройством, измерительная часть может только передавать данные но не принимать. Это делает невозможным дистанционное управление параметрами измерительной части, так как передать с терминального устройства на измерительную часть прибора команды и данные невозможно.

Известен ручной детектор (патент РФ №2714524, опубл. 18.02.2020г.) с беспроводной передачей и приемом данных, который содержит электронную схему металлодетектора, схему индикации, блок детектирования ядерных и радиоактивных материалов и/или блок детектирования паров взрывчатых веществ и наркотиков, работающие совместно или независимо друг от друга и от электронной схемы металлодетектора, приемопередающее устройство, обеспечивающее передачу и прием данных по зашифрованному беспроводному радиоканалу. Приемопередающее устройство выполнено отдельно от электронной схемы металлодетектора. Связь между приемопередающим устройством и электронной схемой детектора осуществлена через любой физический интерфейс или посредством портов ввода/вывода. Либо приемопередающее устройство может быть включено в единую электронную схему металлодетектора, в которой используется микроконтроллер с возможностью беспроводной передачи и приема данных. Через приемопередающее устройство осуществляют удаленное управление и настройку металлодетектора, включая изменение режимов работы, запрет на внесение изменений оператором.

Недостатком известного решения является низкая функциональность устройства, связанная с возможностью использования только в ручном режиме. Изобретение содержит блок детектирования ядерных и радиоактивных материалов и/или блок детектирования паров взрывчатых веществ и наркотиков, работающие совместно или независимо друг от друга. Это создает интегральную нагрузку и усложнение конструкции приборов металлодетекторного типа и создает помехи и паразитные влияния работающих измерительных блоков между собой. Также примененные в изобретении дополнительные блоки замедляют работу металлодетектора, так как требуется дополнительное время на обработку и передачу данных от этих измерительных блоков. Примененные в изобретении блок детектирования ядерных и радиоактивных материалов и/или блок детектирования паров взрывчатых веществ и наркотиков имеют дополнительное энергопотребление что сильно уменьшает время работы металлодетектора от автономного источника питания. Передача и прием данных осуществляются по зашифрованному беспроводному радиоканалу. Процесс шифрования данных усложняет конструкцию прибора и увеличивает его стоимость. Также процесс шифрования уменьшает скорость передачи данных и уменьшает время работы от автономного источника питания. Также зашифрованный сигнал может быть расшифрован только теми приемниками, которые имеют встроенные соответствующие дешифраторы, что также сужает применимость и уменьшает универсальность работы изобретения. Приемники с дешифраторами также имеют повышенную стоимость и на процесс дешифрации требуется дополнительное время и энергия, что замедляет скорость обработки данных и уменьшает время работы от автономного источника питания. Передача данных по радиоканалу в морской воде на большие расстояния невозможна, в связи с сильным затуханием электромагнитных волн в соленой воде, пресной воде. Также применение только радиоканала увеличивает количество помех вызванных электромагнитной обстановкой городской среды, что ухудшает качество работы прибора, замедляет передачу сигнала и соответственно может привести к пропуску сигнала от скрытого металлического объекта. Принцип работы металлодетектора основан на гармоническом вихретоковом методе обнаружения скрытых металлических объектов. При появлении металлического объекта в зоне контроля поискового элемента металлодетектора на него начинает воздействовать первичное переменное электромагнитное поле. Так как все типы металлов (цветные и черные) обладают высокой удельной электропроводностью, под действием первичного поля в объекте образуются вихревые токи, создающие вторичное электромагнитное поле, изменяющее амплитуду гармонического сигнала автогенератора. Если изменение амплитуды больше заданного предприятием-изготовителем фиксированного значения, то срабатывает индикация обнаружения. Рабочая частота металлодетектора - 30 кГц. Вероятность обнаружения - 0,98. Данный принцип работы не обеспечивает определение типа металла, что ограничивает отрасли его применения. Также металлодетектор имеет одну рабочую частоту - 30кГц, что делает невозможным его применение для обнаружения металлических объектов в минерализованных средах например в морской воде или граните, щебне. Невозможность применения изобретения в качестве грунтового металлоискателя.

Известен металлоискатель (патент РФ №215357, опубл. 09.12.2022), содержащий измерительный генератор, который образован из экранированной навивки медного провода, двух резервуарных конденсаторов, подключенных по одному с каждого конца навивки, образующих LC-контур, логического элемента с инвертированным выходом, включенного в обратную связь LC-контура для поддержания работы в режиме резонанса, а также контроллера, измеряющего величину частоты генератора с выхода логического элемента для передачи этих данных в цифровом виде беспроводным способом посредством Bluetooth модуля на приемную часть, отличающийся тем, что используется логический элемент, содержащий четыре элемента «2И-НЕ», при этом в цепь обратной связи включено три элемента, соединенных параллельно, а четвертый элемент подключен последовательно на выход с генератора.

Недостатком известного решения является, что передача данных осуществляются только по радиоканалу и только Bluetooth модулем. Передача данных по радиоканалу в морской воде на большие расстояния невозможна, в связи с сильным затуханием электромагнитных волн в соленой воде, пресной воде. Также применение только радиоканала увеличивает количество помех вызванных электромагнитной обстановкой городской среды, что ухудшает качество работы прибора, замедляет передачу сигнала и соответственно может привести к пропуску сигнала от скрытого металлического объекта. Передача данных осуществляется только Bluetooth. Радиосвязь Bluetooth осуществляется в ISM-диапазоне, который используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях. Частоты Bluetooth: 2,402-2,48 ГГц. Передача данных по Bluetooth неприменима в промышленных приложениях, данных формат передачи данных ориентирован только на применение в бытовых системах. По стандарту Bluetooth происходит пакетная передача данных, со специальным шифрованием, ограничена скорость передачи до 256kb/s и ограничено расстояние передачи до 10 метров отдаления. Возможно применение только одного типа приемника оснащенного модулем приема данных по Bluetooth каналу, что делает невозможным применение приемников с другими типами приемных устройств. Также стандарт Bluetooth не поддерживает сетевое соединение, что делает невозможным подключение нескольких приемников к одной измерительной части, что снижает надежность работы прибора и не позволяет применять его в ответственных приложениях. Кроме того, осуществляется только односторонняя связь между измерительной и приемной частью прибора, измерительная часть может только передавать данные, но не принимать. Это делает невозможным дистанционное управление параметрами измерительной части, так как передать с приемного устройства на измерительную часть прибора команды и данные невозможно. Данные передаются с измерительной части на приемную только в цифровом виде. Это увеличивает стоимость производства, снижает помехозащищенность и универсальность применения канала связи, усложняет процесс кодировки сигнала, что увеличивает время передачи данных. Измерительный генератор образован из экранированной навивки медного провода без изолятора навивки. Что делает невозможным стабильную работу измерительного генератора из-за возникающей паразитной электрической емкости между витками навивки и экраном. Применение такой конструкции не может обеспечить высокой чувствительности измерительного датчика металлоискателя к мелким или крупным металлическим объектам и может применяться только в качестве детектора приближения к металлическим объектам на расстояниях до 3-4см. также отсутствует защита от механических повреждений навивки катушки, необходимая при экранировании фольгой металла имеющей острые края, что неизбежно приведет к повреждению изоляции провода навивки и возникновению паразитного электрического контакта между витками навивки и экраном, что приведет к неработоспособности измерительного генератора и дополнительным затратам на перемотку катушки индуктивности.

Техническая задача заявляемого изобретения заключается в обеспечении удаленного бесконтактного исследования сред измерительным датчиком металлоискателя на наличие металлических объектов, исключение шумов вносимых в полезный сигнал проводниками контактной связи, повышение чувствительности металлоискателя.

Техническим результатом изобретения является высокая эффективность, надежность и безопасность эксплуатации металлоискателя при проведении поиска в средах недоступных или опасных для человека, в механически изолированных зонах ограничивающих среду, в которой осуществляется поиск металлических объектов, в отдалении от блока управления и индикации металлоискателя.

Технический результат достигается тем, что металлоискатель с бесконтактной связью с измерительным датчиком содержит измерительный датчик металлоискателя, включающий измерительный генератор с катушкой индуктивности в колебательном контуре, элемент питания и устройство беспроводного обмена данными; блок вычислений, управления и индикации, включающий средства ввода и индикации информации, микроконтроллер, устройство беспроводного обмена данными и элемент питания, при этом измерительный датчик металлоискателя дополнительно содержит цифровой преобразователь параметров импульсов, выполненный с возможностью измерения параметров выходного сигнала измерительного генератора и управления его работой и стабилизатор напряжения, на входе подключенный к элементу питания, а на выходе - к цифровому преобразователю параметров импульсов, измерительному генератору и устройству беспроводного обмена данных, а блок вычислений, управления и индикации дополнительно содержит стабилизатор напряжения, на входе подключенный к элементу питания, а на выходе - к микроконтроллеру, устройству беспроводного обмена данных и средствам ввода и индикации информации, при этом измерительный датчик металлоискателя и блок вычислений, управления и индикации размещены в отдельных корпусах, устройства беспроводного обмена данными выполнены с возможностью передачи и приема данных по радиоканалу и/или оптическому каналу и/или акустическому каналу.

Индукционный металлоискатель с бесконтактной связью с измерительным датчиком по заявляемому изобретению представляет собой портативное устройство для ручного использования. Металлоискатель включает два блока в различных корпусах: измерительный датчик металлоискателя (далее ИДМИ) и блок вычислений, управления и индикации (далее БВУИ).

В блоке ИДМИ размещены измерительный генератор с катушкой индуктивности в колебательном контуре, измерительный микроконтроллер, устройство беспроводной передачи и приема данных, элемент питания, устройство стабилизации питающего напряжения и устройство заряда элемента питания. В блоке БВУИ размещены индикатор-дисплей, клавиатура, вычислительный микроконтроллер, звуковой динамик, виброиндикатор, устройства беспроводной передачи и приема данных, элемент питания, устройство стабилизации питающего напряжения, устройство заряда элемента питания, в другом независимом корпусе.

Блоки ИДМИ и БВУИ могут быть скреплены механически, а также могут использоваться и перемещаться независимо друг от друга, не имея механической связи. Расстояние отдаления работающих модулей металлоискателя друг от друга определяется типом беспроводного обмена данными и запасом энергии элементов питания.

Блоки ИДМИ и БВУИ осуществляют обмен данными по беспроводной технологии передачи данных, и содержат в своем составе электронные модули, обеспечивающие беспроводную бесконтактную связь. Также блоки содержат элементы питания, поддерживающие длительную автономную работу устройства. Изобретение обеспечивает возможность использования прибора с далеко разнесенными в пространстве измерительным датчиком и блоком индикации и управления, не имеющими механической и/или электрической связи. Это обеспечивает возможность применения прибора для анализа и проверки сред, недоступных или опасных для человека вблизи которых он находиться не может. Обеспечение двустороннего обмена данными между измерительным датчиком металлоискателя и блоком вычислений, управления и индикации позволяет управлять параметрами измерительной части прибора, передавать команды и числовые данные параметров. Это обеспечивает полностью дистанционное бесконтактное управление работой измерительного датчика металлоискателя оператором через блок вычислений, управления и индикации, который передает команды и числовые значения и принимает данные измеренного сигнала с датчика. Таким образом, реализована универсальность применения прибора в различных отраслях народного хозяйства и для решения специальных задач работы в опасных для человека средах бесконтактно на удалении.

Передача и прием данных осуществляются по радиоканалу и/или оптическому каналу и/или акустическому каналу, что увеличивает надежность, скорость и точность передачи данных, а также расширяет применимость устройства в магнитонепроницаемых средах. Изобретение может применяться для работы в морской воде на больших дистанциях до 1000 метров при акустическом принципе передачи данных.

Наличие одного измерительного блока металлодетектора ускоряет обмен данными на удаленное устройство или устройства, значительно уменьшает энергопотребление при питании от автономного источника питания, упрощает и удешевляет производство конструкции.

Изобретение поясняется следующими схемами:

Фиг.1 - схема измерительного датчика металлоискателя;

Фиг.2 - схема блока вычислений управления и индикации;

Все компоненты блока ИДМИ располагаются в одном корпусе. Корпус может быть цельным, составным, разборным, складным или любой другой конфигурации и иметь любые форму и размеры.

Например, применение узких прямоугольных датчиков позволяет проводить поиск металлических предметов в грунте на местности плотно заросшей травой или кустарником, когда оператор вводит датчик между стеблей близко к грунту. Применение кольцевидных датчиков обеспечивает свободный обзор грунта центральным пространством, ускоряет процесс обнаружения металлических объектов.

Катушка индуктивности (1) намотана медным или алюминиевым изолированным проводом, количество витков катушки определяется из задач обнаружения металлических предметов и находиться в диапазоне от 1 до 5000 витков. Катушка индуктивности (1) покрыта изолятором и затем металлическим или проводящим разомкнутым электромагнитным экраном, выполненным в виде сплошной оплетки из алюминиевой фольги, или в виде напыления проводящего слоя, и имеющей изолированный разрыв между концами оплетки размером от 2 до 15мм. Изолятор выполнен в виде сплошной навивки ПВХ ленты на катушку индуктивности толщиной от 0,5 до 2мм. Разрыв металлического или проводящего экрана необходим для исключения короткозамкнутого витка гасящего и поглощающего электромагнитное излучение катушки индуктивности.

Изолятор катушки индуктивности (1) выполнен в виде сплошной навивки ПВХ ленты толщиной от 0,5 до 2мм. Изолятор устраняет явление паразитной электрической емкости между витками провода катушки индуктивности и металлическим разомкнутым электромагнитным экраном, а также обеспечивает защиту от механических повреждений изоляции провода навивки катушки.

Металлический или проводящий разомкнутый электромагнитный экран, нанесенный на измерительную катушку индуктивности (1) покрытую изолятором, устраняет влияние паразитной переменной электрической емкости между витками измерительной катушки индуктивности и грунтом или непроводящими или слабопроводящими объектами. Металлический или проводящий разомкнутый электромагнитный экран катушки индуктивности (1) обеспечивает защиту витков катушки индуктивности от возникновения паразитной электрической ёмкости при приближении катушки к грунту или непроводящим минеральным объектам, телу человека или животных, или биологическим объектам, также обеспечивает защиту от паразитного влияния статического заряда, возникающего на поверхности датчика при перемещении в сухой траве или сухом пыльном воздухе. Толщина металлического экрана зависит от частоты экранируемого поля - чем больше частота, тем тоньше экран. Экран выполняется преимущественно из меди или алюминия или графита, с осаждением медного слоя на стенках непроводящего корпуса, либо в виде навивки металлической фольги на изолированную катушку индуктивности, либо многослойной конструкции с диэлектрическим зазором между слоями. Экран припаивается к контактной площадке платы измерительного генератора (2).

Катушка индуктивности (1) включена в цепь обратной связи измерительного генератора (2), является чувствительным элементом и конструктивно вынесена за пределы платы измерительного генератора (2). Катушка индуктивности может быть выполнена в виде круга, многоугольника, эллипса, плоской спирали, с различной индуктивностью и любых требуемых размеров. Плата измерительного генератора (2) установлена вблизи измерительной катушки индуктивности (1), и соединена посредством изолированных проводов с платой цифрового преобразователя параметров импульсов (3). Плата измерительного генератора (2) устанавливается в корпусе блока ИДМИ.

Электронная схема измерительного генератора (2) металлоискателя создает электромагнитное поле вокруг поискового магнитоиндуктивного элемента металлодетектора - катушки индуктивности (1). При попадании металлических объектов в зону действия элекромагнитного поля, сигнал измерительного генератора (2) меняет свои характеристики, цифровой преобразователь параметров импульсов (3) фиксирует изменения сигнала и инициирует передачу цифрового сигнала обнаружения металлического объекта в электромагнитном поле в блок БВУИ.

Элемент питания (6) выполнен в виде батарейки либо аккумулятора, может быть установлен как сменным, так и интегрированным внутри корпуса.

Внешний разъем подключения зарядного устройства (8) может быть установлен любого типа. В частном варианте реализации блок ИДМИ может быть снабжен модулем беспроводного заряда аккумуляторной батареи.

Коммутирующее устройство (9) представляет собой кнопку или тумблер, обеспечивающие включение и выключение устройства.

Дополнительно на корпусе блока ИДМИ могут быть установлены индикационные светодиоды индикации режима работы беспроводного соединения и индикации режима заряда аккумулятора, а также любые другие индикаторы необходимые для контроля функциональности блока датчика металлоискателя.

Перемещение блока ИДМИ в пространстве в зонах недоступных присутствию человека может осуществляться всеми видами беспилотных и пилотируемых летательных аппаратов, всеми видами беспилотных и пилотируемых наземных средств передвижения, любыми видами беспилотных и пилотируемых подводных аппаратов.

Например: блок ИДМИ крепится на специальный безинерционный подвес к беспилотному летательному аппарату, летательный аппарат совершает воздушное перемещение над минным полем пронося блок ИДМИ в непосредственной близости над грунтом, блок ИДМИ производит регистрацию взрывоопасных и подозрительных металлических объектов в грунте и передает данные на блок БВУИ металлоискателя находящийся у оператора на безопасном отдалении. БВУИ индицирует обнаружение металлического предмета, его тип металла, объем, размеры, глубину залегания, и записывает данные с отметкой на карте местности с учетом координат получаемых по каналу GPS, Глонасс. Или ИДМИ может устанавливаться на автономных глубоководных исследовательских аппаратах, с целью обнаружения скрытых под поверхностью дна металлических предметов.

Блок вычислений, управления и индикации (БВУИ) содержит дисплей (10), клавиатуру (11) для ввода параметров работы металлоискателя, звуковой динамик (12) для обеспечения звуковой сигнальной индикации характеристик обнаруженного металлического объекта, встроенный виброиндикатор (13), вычислительный микроконтроллер (14), устройство стабилизации питания (15), устройство заряда элемента питания с системой защиты от перезаряда (16), элемент питания (17), устройство беспроводного обмена данными (18), а также внешние разъемы подключения зарядного устройства (19) и компьютера (20).

Все компоненты блока БВУИ располагаются в одном корпусе. Корпус может быть цельным, составным, разборным, складным или любой другой конфигурации и иметь любые форму и размеры.

В качестве дисплея (10) могут быть применены любые типы дисплеев, отображающие графические и символьные данные, светодиодные шкалы и отдельные индикационные светодиоды, сенсорные экраны.

Клавиатура (11) для ввода параметров работы металлоискателя может быть выполнена в виде набора контактных кнопок или сенсоров; звуковой динамик(15) для обеспечения звуковой сигнальной индикации характеристик обнаруженного металлического объекта.

Встроенный виброиндикатор (13) расположен внутри корпуса блока вычислений управления и индикации, и имеет жесткое крепление к стенке корпуса прибора или к печатной плате электронной схемы. При сигнальном срабатывании металлоискателя на обнаруженный металл передается максимальная амплитуда вибрации от виброиндикатора на стенки корпуса, что обеспечивает точно различимое осязание пользователем. Виброиндикатор (13) выполнен в виде микродвигателя, при этом к валу двигателя крепится нагрузка не центром, а несколько смещено, что при движении заставляет двигатель слегка колебаться. Суть его работы заключается во вращении эксцентрика со смещенной массой, прикрепленного к валу. Такой дисбаланс создает вибрации, но так как он жестко прикреплен к корпусу металлоискателя, эти вибрации передаются на корпус. Когда эксцентрик раскручивается, он создает движение вверх-вниз и влево-вправо, создается значительная вибрационная амплитуда, хорошо осязаемая даже в перчатке гидрокостюма.

В блоке БВУИ металлоискателя установлена плата вычислительного микроконтроллера (14) или микропроцессора, обеспечивающий цифровую обработку сигнала поступающего через систему беспроводной связи с датчика металлоискателя, цифровую фильтрацию (фильтр низкой частоты, фильтр верхней частоты, фильтр скользящего среднего), детектирование уровня сигнала, цифровое масштабирование (усиление) сигнала, цифровое аддитивное нормирование уровня сигнала, задание нулевого уровня. Вычислительный микроконтроллер (14) обеспечивает отображение графических или символьных данных на дисплее, считывает данные работы клавиатуры задание параметров и управления прибором, выполняет управление звуковым динамиком (12) и виброиндикатором (13).

Блок БВУИ имеет внешние разъемы подключения зарядного устройства (19), а также внешние разъемы для подключения к компьютеру(20) для обеспечения приема и передачи данных.

Беспроводная удаленная бесконтактная связь для приема и передачи цифровых потоков данных между блоком ИДМИ и блоком БВУИ может осуществляться по радиоканалу устройствами беспроводного протокола обмена данными следующих стандартов и технологий:

• WiFi, стандарт IEEE 802.11., основные диапазоны беспроводной передачи данных устройствами Wi-Fi 2,4 ГГц (2412 МГц-2472 МГц), 5 ГГц (5160-5825 МГц) и 6 ГГц (5955-7115 МГц)

• Bluetooth. Радиосвязь Bluetooth осуществляется в ISM-диапазоне, который используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях. Частоты Bluetooth: 2,402-2,48 ГГц.

• Zigbee, стандарт IEEE 802.15.4., Zigbee работает в промышленных, научных и медицинских (ISM-диапазон) радиодиапазонах: 868 МГц, 915 МГц, и 2,4 ГГц.

• UWB, (англ. Ultra-Wide Band, сверхширокая полоса), для безлицензионного использования сверхширокополосных сигналов в Российской Федерации выделены диапазоны от 2,85-10,6 ГГц, в США - 3,1-10,6 ГГц, в Евросоюзе - 6-8 ГГц.

• DECT, беспроводная связь на частотах 1880-1900 МГц с модуляцией GMSK (BT = 0,5), Диапазон радиочастот, используемых для приёма/передачи - 1880-1900 МГц в Европе, 1920-1930 МГц в США.

• GPRS

• GSM

• WiMAX, стандарт IEEE 802.16. В большинстве стран под эту технологию отведены диапазоны 3,5 и 5 ГГц.

В устройстве могут применяться выше перечисленные технологии любых версий и модификаций, в зависимости от задач применения металлоискателя и условий фоновой электромагнитной обстановки среды. Также для обеспечения беспроводной удаленной бесконтактной связи между блоком ИДМИ и блоком БВУИ могут применяться устройства приема передачи данных по одному или группе радиоканалов на одной или нескольких частотах, различного диапазона.

Для обеспечения беспроводной удаленной бесконтактной связи приема передачи цифровых потоков данных между блоком ИДМИ и блоком БВУИ также могут быть применены устройства, работающие на оптическом принципе. Применяются устройства передачи данных по оптическому каналу в инфракрасном диапазоне IrDA (InfraRed Data Association), в видимом диапазоне, в ультрафиолетовом диапазоне. Применение оптического канала связи защищает передачу данных между измерительным контроллером и блоком управления от электромагнитных помех, в случае использования технологии удаленного беспроводного управления датчиком металлоискателя в местах с сильным электромагнитным или ионизирующим излучением. Диапазон спектра оптической связи определяется из условий светопроницаемости среды применения металлоискателя.

Беспроводная удаленная бесконтактная связь приема передачи цифровых потоков данных между блоком ИДМИ и блоком БВУИ также может быть реализована акустическим методом. Акустический канал передачи данных реализуется за счет излучения и последующего приема механических волн передаваемых в воздушной, газовой, паровой, жидкостной, твердой средах. Акустический канал связи реализует передачу данных как в ультразвуковом, слышимом или инфразвуковом диапазонах. Диапазон работы акустического канала связи выбирается из свойств акустической проницаемости среды функционирования металлоискателя.

В изобретении предусмотрена возможность подключения множества блоков вычислений, управления и индикации к одному измерительному датчику металлоискателя, и возможно сетевое подключение измерительного датчика металлоискателя, как к локальной сети, так и к глобальной Internet.

В качестве блока БВУИ металлоискателя может применяться любой смартфон, карманный персональный компьютер, планшет, ноутбук и другие мобильные, портативные или стационарные цифровые устройства содержащие систему беспроводного приема и передачи данных, согласованную с системой, установленной в блоке измерительного датчика металлоискателя, также содержащие дисплей, программу обработки, визуализации данных сигнала измерительного датчика металлоискателя и управления работой металлоискателя.

Блок БВУИ металлоискателя определяет тип металла обнаруженного объекта, дифференцируя его тип металла. Яркая цветная или монохромная индикация отображает тип обнаруженного металла, объем металлического объекта в виде заполненного графика на дисплее (10) или уровня на светодиодной шкале, также возможно отображение расстояния до обнаруженного металлического объекта и его размера.

Описание работы устройства

Принцип работы устройства основан на обеспечении приема передачи данных между блоком ИДМИ и блоком управления металлоискателя БВУИ бесконтактным путем, без препятствий или сквозь препятствия в различных средах и на дальние расстояния, не создавая помех и не влияя на полезный сигнал измерительной индуктивной катушки (1), обеспечивая удаленное управление работой датчика металлоискателя.

Электронная схема измерительного генератора (2) металлоискателя создает электромагнитное поле вокруг поискового магнитоиндуктивного элемента металлоискателя - катушки индуктивности (1). Измерительная катушка индуктивности (1) воздействует на металлический объект переменным магнитным полем, металлический объект в зависимости от своих индуктивных свойств либо переотражает наведенный электромагнитный сигнал, либо поглощает его. Тем самым возвращенный сигнал от объекта суммируется с основным сигналом в катушке и в зависимости от типа металла, находящегося в зоне действия катушки, увеличивает или уменьшает его мощность.

Таким образом, при попадании металлического объекта в зону действия измерительной катушки индуктивности (1), измеряя изменение параметров выходного сигнала генератора, определяется тип обнаруженного металла, форма металлического объекта, площадь металлического объекта, находящегося в зоне действия измерительной катушки индуктивности. Также при измерении скорости перемещения измерительной катушки индуктивности над металлическим объектом возможно измерение расстояния его расположения от катушки индуктивности, как функции частного длины обнаруженного металлического объекта к максимальному уровню изменения частоты сигнала, вызванного металлическим объектом.

Измерение параметров выходного сигнала измерительного генератора (2) и управление его работой осуществляют цифровым преобразователем параметров импульсов (3). Микроконтроллер цифрового преобразователя параметров импульсов, следуя внутренней программе, производит управление встроенными системами аналогово-цифрового преобразования (ADC) и время- цифрового преобразования (TDC) поступающего сигнала, для его точного и корректного преобразования в цифровой код. Микроконтроллер цифрового преобразователя (3) также осуществляет запись полученного цифрового кода сигнала в регистры устройства беспроводной передачи данных (7) и управление работой устройства беспроводной передачи данных (7).

Питание цифрового преобразователя параметров импульсов (3), измерительного генератора (2), устройства беспроводного обмена данных (7) осуществляется от стабилизатора напряжения питания (4). Стабилизатор напряжения (4) подключают к элементу питания (6) через коммутирующее устройство (9). Разъем подключения внешнего зарядного устройства или систему беспроводной зарядки (8) подключают к встроенной электронной плате зарядного устройства (5), подключенной к элементу питания (6). Также в качестве вспомогательной индикации в корпус могут устанавливаться индикаторы различного типа для отображения режимов работы внутренних устройств и, или отображения сервисных сигналов.

При подключении внешнего зарядного устройства загорается светодиодный индикатор, установленный на корпусе блока ИДМИ, индицирующий нормальный процесс заряда элемента питания. При полном заряде элемента питания (6) цвет свечения светодиодного индикатора процесса заряда меняется.

После аналогово-цифрового преобразования сигнала измерительного генератора цифровым преобразователем параметров импульсов (3), микроконтроллер цифрового преобразователя параметров импульсов (3), следуя внутренней программе, отправляет цифровые данные через устройство беспроводного обмена данных (7) в блок БВУИ.

Данные через систему бесконтактной связи передаются в устройство беспроводного обмена данных (18) блока БВУИ. С устройства беспроводной связи (18) получаемые цифровые данные измеренного сигнала поступают в вычислительный микроконтроллер (14), где осуществляют цифровую обработку сигнала, производиться цифровая фильтрация (фильтр низкой частоты, фильтр верхней частоты, фильтр скользящего среднего), детектирование уровня сигнала, цифровое масштабирование (усиление) сигнала, цифровое аддитивное нормирование уровня сигнала, задание нулевого уровня с учетом параметров введенных оператором с клавиатуры (11).

Вычислительный микроконтроллер (14) обеспечивает отображение графических или символьных данных на дисплее (10), считывает данные работы клавиатуры (11), задание параметров и управления устройством, выполняет управление звуковым динамиком (12) и виброиндикатором (13).

Питание вычислительного микроконтроллера (14), дисплея (10), виброиндикатора (13), звукового динамика (12), устройства беспроводного обмена данных (18) осуществляют от стабилизатора напряжения питания (15). Стабилизатор напряжения (15) подключен к элементу питания (17) через коммутирующее устройство. Разъем подключения внешнего зарядного устройства или система беспроводной зарядки (19) подключены к встроенной электронной плате зарядного устройства (16) подключенной к элементу питания (17).

При подключении внешнего зарядного устройства загорается светодиодный индикатор, установленный на корпусе блока, индицирующий нормальный процесс заряда элемента питания. При полном заряде элемента питания (17) цвет свечения светодиодного индикатора процесса заряда меняется. Также в качестве вспомогательной индикации в корпус могут устанавливаться индикаторы различного типа для отображения режимов работы внутренних устройств и, или отображения сервисных сигналов.

Блок БВУИ отображает тип металла обнаруженного объекта, уровень сигнала от металлического объекта, возможна индикация расстояния металлического объекта от датчика металлоискателя, графическое отображение уровня сигнала от металлического объекта дает возможность оценить его форму. Отображение данных возможно как на дисплее любого типа, так и на светодиодных индикаторах любой конфигурации и расположения. Индикация обнаруженного типа металла и уровня сигнала осуществляется звуковым динамиком (12) политонально, громкость регулируют программой устройства, параметр задают с клавиатуры (11). Также индикация обнаруженного металла осуществляется виброиндикатором (13).

Блок БВУИ имеет внешний разъем для подключения ПК, через который осуществляется программирование устройства и запись данных во внутреннюю энергонезависимую память.

Блок БВУИ передает параметры точности измерения на измерительный датчик металлоискателя, определяя скорость сканирования датчика, скорость передачи данных, частоту дискретизации, количество уровней квантования сигнала по напряжению или току, задает частоту работы измерительного генератора датчика металлоискателя.

Измерительный датчик металлоискателя передает данные измеренного сигнала бесконтактным методом в блок БВУИ металлоискателя. Между блоками ИДМИ и БВУИ организована двухсторонняя связь, обеспечивающая передачу данных в обоих направлениях. Также возможна организация симплексной связи, односторонней, когда данные передаются только от измерительного датчика металлоискателя к блоку вычислений управления и индикации.

Заявляемое изобретение обеспечивает возможность расположения работающего измерительного датчика металлоискателя на значительных расстояниях от блока управления и индикации металлоискателя от 5см до 10м, или от 20см до 5000км. Оператору доступно управление и контроль измеренных значений на безопасном удалении от опасной или потенциально опасной среды в которой осуществляется поиск металлических объектов. При этом при бесконтактном удаленном считывании измеренных значений датчика металлоискателя отсутствуют паразитные помехи, электромагнитные искажения и шумы передаваемого сигнала, что повышает надежность и эффективность работы металлоискателя. Кроме того изобретение обеспечивает возможность автономной работы датчика металлоискателя, скрыто установленного внутри твердых объектов, стен, дорожных покрытий, потолков, полов и других конструкций для дистанционного обнаружения перемещающихся металлических объектов.

Использование блока металлодетектора с функцией измерения длительности и амплитуды сигнала магнитоиндуктивного датчика позволяет определять тип обнаруженного металла, а при измерении скорости перемещения измерительной катушки индуктивности над металлическим объектом возможно измерение расстояния его расположения от катушки индуктивности, как функции частного длины обнаруженного металлического объекта к максимальному уровню изменения частоты сигнала, вызванного металлическим объектом, что расширяет применимость изобретения и делает его возможным во всех отраслях. Возможность изменения частоты измерительного генератора обеспечивает обнаружение металлических объектов в сильноминерализованных средах, сложных грунтах или морской воде.

Изобретение относится к области обнаружения металлических объектов, скрытых в различных средах. Металлоискатель с бесконтактной связью с измерительным датчиком содержит измерительный датчик металлоискателя и блок вычислений, управления и индикации, размещенные в отдельных корпусах. Измерительный датчик включает измерительный генератор с катушкой индуктивности в колебательном контуре, элемент питания, устройство беспроводного обмена данными, цифровой преобразователь параметров импульсов, выполненный с возможностью измерения параметров выходного сигнала измерительного генератора и стабилизатор напряжения, на входе подключенный к элементу питания, а на выходе - к цифровому преобразователю параметров импульсов, измерительному генератору и устройству беспроводного обмена данных. Блок вычислений, управления и индикации включает средства ввода и индикации информации, микроконтроллер, устройство беспроводного обмена данными, элемент питания и стабилизатор напряжения, на входе подключенный к элементу питания, а на выходе - к микроконтроллеру, устройству беспроводного обмена данных и средствам ввода и индикации информации. Устройства беспроводного обмена данными выполнены с возможностью передачи и приема данных по радиоканалу, и/или оптическому каналу, и/или акустическому каналу. Технический результат: высокая эффективность, надежность и безопасность эксплуатации металлоискателя при проведении поиска в средах, недоступных или опасных для человека. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Металлоискатель с бесконтактной связью с измерительным датчиком, содержащий измерительный датчик металлоискателя, включающий измерительный генератор с катушкой индуктивности в колебательном контуре, элемент питания и устройство беспроводного обмена данными; блок вычислений, управления и индикации, включающий средства ввода и индикации информации, микроконтроллер, устройство беспроводного обмена данными и элемент питания, отличающийся тем, что измерительный датчик металлоискателя дополнительно содержит цифровой преобразователь параметров импульсов, выполненный с возможностью измерения параметров выходного сигнала измерительного генератора и стабилизатор напряжения, на входе подключенный к элементу питания, а на выходе - к цифровому преобразователю параметров импульсов, измерительному генератору и устройству беспроводного обмена данных, а блок вычислений, управления и индикации дополнительно содержит стабилизатор напряжения, на входе подключенный к элементу питания, а на выходе - к микроконтроллеру, устройству беспроводного обмена данных и средствам ввода и индикации информации, при этом измерительный датчик металлоискателя и блок вычислений, управления и индикации размещены в отдельных корпусах, устройства беспроводного обмена данными выполнены с возможностью передачи и приема данных по радиоканалу, и/или оптическому каналу, и/или акустическому каналу.

2. Металлоискатель по п.1, отличающийся тем, что измерительный датчик металлоискателя и блок вычислений, управления и индикации снабжены зарядными устройствами с системой защиты от перезаряда.

3. Металлоискатель по п.1, отличающийся тем, что выполнен с возможностью подключения множества блоков вычислений, управления и индикации к одному измерительному датчику металлоискателя.

4. Металлоискатель по п.1, отличающийся тем, что выполнен с возможностью сетевого подключения измерительного датчика металлоискателя к локальной и/или глобальной сети Internet.

5. Металлоискатель по п.1, отличающийся тем, что средства индикации данных включают по меньшей мере одно из следующих устройств: дисплей, звуковой динамик, вибро-индикатор.

6. Металлоискатель по п.1, отличающийся тем, что катушка индуктивности измерительного датчика снабжена изолятором в виде сплошной навивки ПВХ ленты.