Устройство для обнаружения неоднородностей в средах Советский патент 1984 года по МПК G01V3/08 

Изобретение относится к технике обнаружения, а более конкретно к устройствам для обнаружения неоднородностей в различных средах, и может быть использовано для поиска находящихся в земле металлических и неметаллических предметов заданных размеров.

Известно устройство для обнаружения подповерхностных предметов, содержащее автогенератор дециметровых волн на высокочастотном ламповом триоде с полосковой линией в цепи анод - сетка. Полосковая линия закорочена на конце емкостью достаточно, большой величины. При помощи витка связи полосковая линия взаимодействует с антенной типа волновой канал. В цепи сетки лампы включено сопротивление автосмещения. Для индикации используется микроамперметр, включенный последовательно с сопротивлением автосмещения, и звуковой индикатор, содержащий генератор низкой частоты и выходной каскад с головными телефонами. Выходной каскад управляется напряжением, падак«цим на сопротивлении автосмещения так, что увеличение напряжения нд этом резисторе приводит к уменьшению громкости в головных телефонах.

При попадании металлических предметов в зону действия антенны нагрузка генератора уменьшается, что вызывает существенное увеличение сеточного тока. Присутствие неметаллических предметов увеличивает нагрузку генератора и сеточный ток уменьшается tl3«

Недостатками устройства являются ограниченная чувствительность к неметаллическим предметам, обладающим электропроводностью, и к композитным системс1М металл-диэлектрик, а также отсутствие отстройки от влияния.зазора между антенной и поверхностью контролируемого вещества.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для обнаружение неоднородиостей в средах, содержащее автогенератор дециметровых волн с управлягацим входом, содержащий транзистор, включенный по схеме с общей базой, резонансную систему с полосковой линией, индуктивно связанной с антенной и витком связи, амплитудный детектор, частотный детектор, генератор низкой частоты с управляющим входсм, звуковой индикатор, причем выход автогенератора, дециметровых волн соединен с входом амплитудного детектора, а выход генератор низкой частоты соединен с входом ,звуковогЬ индикатора 121.

Недостатками известного устройства являются низкие точность и надежность обнаружения из-за наличия

корреляции амплитудного и фазового сигналов, а также из-за отсутствия отстройки от изменения величины зазора антенна - поверхность Земли.

Цель изобретения - повышение точности и надежности обнаружения.

Указанная цель достигается тем, что устройство для обнаружения неоднородностей в средах, содержащее автогенератор дециметровых волн с управлякяцим входом, включаквдий транзистор, включенный по схеме с общей базой, резонансную систему с полосковой линией, индуктивно связанной с антенной и витком связи, амплитудный детектор, частотный детектор, генератор низкой частоты с управляющим входом, звуковой индикатор, причем выход автогенератора дециметровых волн соединен с входом амплитуднохо детектора, а выход генератора низкой частоты соединен с входом звукового индикатора, содержит также преобразователь частоты, усилитель-ограничитель, инвертор, блок деления, элемент задержки, функциональный преобразователь и сумматор, при этом выход амплитудного детектора соединен с первым входом блока деления и через инвертор с управляющим входом частотного детектора, полосковая линия автогенератора дециметровых волн через виток связи индуктивно связана с входом преобразователя частоты, выход которого через усилитель-ограничитель соединен с входом частотного детектора, выход которого соединен с вторым входом блока деления и с вторым входом сумматора, выход блока деления соединен с входом генератора низкой частоты и через элемент задержки и функциональный преобразователь с первым входом сумматора, выход которого соединен с управляющим входом автогенератора дециметровых волк.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит автогенератор 1 дециметровых волн, амплитудный детектор 2, инвертор 3, преобразователь 4 частоты, усилитель-ограничитель 5, частотный детектор 6, блок 7 деления, элемент 8 задержки, функциональный преобразователь 9, сумматор 10, управляемый генератор И низкой частоты и звуковой индикатор 12. автогенератор I дециметровых волн собран на транзисторе 13. Управляемый резистор 14 и резистор 15 образуют цепь смещения в эмиттерной цепи транзистора 13, Резисторы 16 . и 17 и конденсатор 18 образуют цепь фиксированного смещения на базу. Конденсатор 19 является конденсаторе связи. Конденсатор 20 - переходный. Антенна 21 индуктивно связана с полосковой линией 22, с которой связан виток 23 связи. Частотный детектор 6 содержит индуктивности 24 и 25 и резисторы 26 и 27, образу щие развязывающие цепи. Варикап 28, конденсаторы 29 - 31 и катушка 32 индуктивности образуют колебательный контур. В состав частотного детектора входит также детектор 33. Выход генератора 1 дециметровых волн через конденсатор 20 соединен с входом амплитудного детектора 2, выход которого подключен к входу инвертора 3.Выход инвертора через цепочку индуктивности 24 и резистор I26 соединен с анодом варикапа 28, катод которого через цепочку индуктивности 25 и резистора 27 соединен с общей шиной устройства. Виток 23 связи подключен к входу преобразова теля 4 частоты, выход которого через усилитель-ограничитель 5 соединен с входом частотного детектора 6 Выходы амплитудного и частотного детекторов 2 и 6 подключены на вход блока 7 деления, выход которого сое динен с генератором 11 низкой часто ты и через элемент 8 задержки и функциональный преобразователь 9 с вторым входом сумматора 10, первый вход которого соединен также с выходом частотного детектора 6. .Выход сумматора 10 соединен с управляющим BXQQOM управляемого резистора 14. Устройство работает следующим об разом. При наличии неоднрродностей в контролируемой среде в колебательную систему автогенератора 1 вносит ся комплексное сопротивление, актив ная составлякяцая которого приводит в основном к изменению амплитуды колебаний и в меньшей степени к изменению частоты, а реактивная сос тавляющая вызывает изменение частоты колебаний и в меньшей степени из менение амплитуды. Сигналы на выходе с1мплитудного и частотного дете-кторов 2 и 6 оказываются взаимно коррелированными. Для устранения взаимной корреляции служат обратные связи. Первая обратная связь образо вана амплитудным детектором 2, инвертором 3 и цепью с варикапом 28. При неизменной реактивной составляю щей полного внесенного сопротивлени увеличение активной составляющей полного внесенного сопротивления увеличение активной составляющей приводит к увеличению амплитуды колебаний и напряжения на выходе амплитудного детектора 2. Напряжение на выходе частотного детектора 6 уменьшается. При увеличении напряжения на выхояе амплитудного детектора 2 напряжение на выходе инвертора 3 уменьшается, емкость варикап i па 28 возрастает, что уменьшает резонансную частоту фазосдвигаюцего контура. Напряжение на выходе частот ного детектора 6 уменьшается до первоначальной величины. Вторая обратная связь образована частотншй детектором 6, сумматором 10 и управляемым резистором 14. При увеличении реактивной составляющей полного сопротивления уменьшается частота колебаний и напряжение на выходе частотного детектора 6. Напряжение на выходе амплитудного детектора 2 также уменьшается. С выхода частотного детектора 6 напряжение поступает на сумматор 10 и от сумматора 10 на управляемый резистор 14,.изменяя его сопротивление таким образом, что амплитуда колебаний возрастает. Напряжение на выходе амплитудного детектора 2 возвращается к первоначаль.ной величине. На выходе блока 7 делейия получается нормированный активный сигнал в меньшей степени, чеМ сигнал амплитудного детектора 2,. зависящий от расстояния до поверхности среды. С выхода блока 7 деления сигнал поступает на генератор 11 низкой частоты, а с него - на звуковой индикатор 12. Напряжение с выхода блока 7 деления используется для создания общей отрицательной обратной связи, для чего выход блока 7 деления подключен к входу элемента 8 задержки, который подавляет быстропеременные помехи. Выход элемента 8 задержки соединен с входом функционального преобразователя 9, передаточная характеристика которого имеет зону нечувствительности. Сигнал общей отрицательной обратной связи с выхсда сумлатора 10 поступает на резистор 15. При наличии объектов в зоне действия антенны 21 изменяется режим автогенератора 1 дециметровых волн в зависимости от свойств обнаруживаемой неоднородности . С увеличением проводимости обнаруживаемого объекта уменьшается нагрузка автогенератора и увеличивается амплитудная составляющая сигнала. Использование двух некоррелироыанных сигналов - амплитудного и частотного - позволяет легко определять свойства обнаруживаемого объек-та, что обеспечивает повышение точности и чувствительность устройства. ; Использование в качестве выходного сигнала нормированного внесенного сопротивления позволяет осуществить отстройку от величины зазора, причем наибольшая ширина этой зоны имеет место при обнаружении полупрЬвсдящих объектов, Использование обратных связей для получения двух некоррелированных параметров, снижающих погрианость от влияния измерений зазора/ йовьвиает точность и надежность обнаружения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ НБОДНОРОДНОСТЕЙ В СРЕДАХ, содержащее автогенератор дециметровых волн с управляющим входом, включающий транзистор, включенный по схеме с общей базой, резонансную систему с полосКовой линией, индуктивно связанной с антенной и витком связи, амплитудный детектор, частотный детектор, генератор низкой частоты с управляющим входом, звуковой индикатор, причем выход автогенератора дециметровых волн соединен с входом смплитудного детектора, а выход генератора, низкой частоты соединен с входом звукового индикатора, о т л и ч а ю-. щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности обнаружения оно содержит преобразователь частоты, усилитель-ограничитель, инвертор, блок деления, злемент задержки, функциональный преобразователь и суьматор, при зтсмл выход амплитудного детектора соединен с первым BXGoioM блока деления и через инвертор с управляющим вход см частотного детектсфа, полосковая линия автогенератора дециметровых волн через виток связи индуктивно связана с входсмх пр еобразователя частоты, i выход которого через усилитель-ограничитель соединен с входе частот(Л ного детектора, выход которого соединен с вторым входом блока деления и с вторым входом сумматора, выход блока деления соединен с входом генератора низкой частоты и через злеMeHt задержки и функциональный преобразователь с первым входом сумматора, выход -Которого соединен с управляющим входам автогенератора о дециметровых волн. : 00 00 СП о