Металлоискатель Советский патент 1982 года по МПК G01V3/10 

I

Изобретение отнсюится к бесконтактным устройствам обнаружения скрытых метаппических предметов и может быть использовано для поиска металлопроводов, расположенных под- землей.

Известно устройство для определения типа и массы обнаруженного металлопровода, содержащее звуковой генератор, возбуждающую катушку, подключенную к генератору, последовательно соединенные приемную катушку, усилитель, фазовый детектор, усилитель мошностн и телефонные наушники, а также последовательно соединенные фазовый дискриминатор и индикатор, причем управление фазовых детектора и дискриминатора осуществляется от генератора через возбуждающую катушку tl Недостатком известного устройства 5шляется то, что величину массы металлопровода определяют по амплитуде принятого «синфазного сигнала, величина которого зависит как от массы метал- лопровода, так и от глубины его залегания, т. е. от расстояния между антенной системой и металлопроводом.

При этом величина амплитуды обратно пропорциональна квадрату этого расстояния и пропорциональна массе металлопровода. Без определения глубинь залегания металлопровода определить массу металлопровода с необходимой точностью невозможно.

Наиболее близким по технической

10 сущности к предлагаемому изобретению является металлоискатель, содержащий совмещенную индукционную систему, состоящую из возбуждающей катушки, расположенной горизонтально, приемной

15 антенны, выполненной в виде трех последовательно включенных и горизонтали но расположенных катушек, две из которых установлены параллельно возбуждак щей, имеют одинаковые индуктивности

20 и включены встречно, а третья установлена на продолжении оси восбуждающей катушки, и одной вертикально расположенной катушки, двух последовательно соединенных катушек ориенташш индукционной системы, установленных вертикально, центры осей которых распопожень1 в горизонтальной плоскости, проход5пцей через ось возбуждакяцей катушки, а плоскость, проходящая через оси вертикально установленных катушек ориенташга. индукционной системы, перпендикулярна оси возбуждающей катушки, катушки поиска тpaccы а генератор переменного напряжения, подключенн|з1Й к возбуждающей катушке, и усилительно-измерительный блок, подключенный к выводам катушек 2 . Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет измерять тип металла и массу металлопровода. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет измерения массы и типа металла, повьпиение скорости и точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в металлоискателе, содержащем совмещенную индукционную систему, состоящую из возбуждающей катушки, расположенной горизонтально, приемной антены, выполненной в виде трех последовательно включенных и горизонтально расположенных катушек, две из которых установлены параллельно возбуждающей, имеют одинаковые индуктивности и вклю чены встречно, а третья установлена на продолжении оси возбуждающей катушки, и одной вертикально расположенНОЙ катушки, двух последовательно соеди

ненных катушек ориентации индуктшонно -системы, установленных вертикально,центры осей котррых расположены в горизонтальной плоскости, проходящей через ось возбуждающей катушки, а плоскость, проходящая черее оси вертикалыю установленных катушек ориентации индукционной системы, перпендикулярна оси возбуждающей катушки, а также генератор переменного напряжения, подключенный к возбуждающей катушке, и усилительно-измерительный блок, усилительно-измерительный блок выполнен в виде четырех усилителей, двух фазовращателей, пяти амплитудных и одного фазочувствительного детекторов, -двух усилителей -ограничителей, двух сумматоров, делителя напряжения, квадратора, ук ножителя, источника постоянного напряжения, измерительного прибора, переключателя и регистрирующего устройства, причем выходы гори эонтальных и вертикальной катушек

вьшодом катушек ориентации через пятый амплитудный детектор и четвертый усилитель, вывод второй катушки ориентации соединен с вторыми входами третьего и четвертого усилителей, а измерительный прибор соединен с общим контактом переключателя.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - схема расположения элементов антенной системы, вид сверху; на фиг. 3 - схема расположения антенной системы над металлопроводом для измерения.

Металлойскатель содержит генератор 1

переменного напряжения, возбуждающую катушку 2, горизонтальные 3, 4 и 5 и вертикальную. 6 катушки приемной антенны, первый-чет1вертый усилители 7-10, первый-пятый амплитудный детекторы

11-15, первый и второй фазовращатели 16 и 17, первый и второй усилителиограничители 18 и 19, первый и второй сумматоры 20 и 21, умножитель 22, приемной антенны через первые и вторые усилители и амплитудные детекторы соединены с входами делителя напряжений, при этом выход одного из указанных усилителей соединен с первым входом первого сумматора непосредственно, а выход другого - с вторым входом первого сумматора через первый фазовращатель, выход генератора переменного напряжения соединен через второй фазовращатель и первый усилитель-ограничитель с опорным входом фазочувствительного детектора, измерительный вход которого соединен через второй усилитель-ограничитель с выходом первого усилителя, а выход - с первым входом регистрирующего устройства и первым контактом переключателя, выход сумматора соединен через третий амплитудный детектор с первым входом умножителя, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, соединенного первым входом с источником постоянного напряжения и вторым входом с выходом квадратора, вход которого соединен с выходом делителя напряжения, вторым входом регистрирующего устройства и вторым контактом переключателя, выход умножителя соединен с третьим входом регистрирующего устройства и третьим контактом переключателя, четвертый контакт которого соединей через четвертый амплитудный детектор и третий усилитель с выводом первой катушки ориентации, пятый контакт переключателя соединен с общим 5 делитель 23 напряжения, квадратор 24 фаэочувствителъный детектор 25, катуш ки 26 и 27 ориентации индукционной системы, измерительный прибор 28, регистрирующее устройство 29, переключатель 30 и источник 31 постоянного напряжения. Устройство работает следующим образом. При подходе к трассе металлопровод на вертикальных катушках 26 и 27, ориентации индукционной системы, соеди ненных между собой последовательно встречно, возникает напряжение, наводи мое вторичным полем металлопровода. Если расстояние от Катушек до металлопровода различно, то на выводах катушек 26 и 27 по$гоится разностное напряжение, которое усиливается третьи усилителем 9 и детектируется амплитуд ным детектором 14. Поворачивая антенную систему вокру вертикальной оси, добиваются на вьто- дах катушек 26 и 27 нулевого напряжения и продолжают движение перпендикулярно плоскости, проходящей через оси .этих катушек, при этом измеритель ный прибор 28 подключают к выходу катушки 27, выходное напряжение которой усиливается четвертым усилитег лем 10 и детектриуется пятым амплитудным детектором 15 до получения нулевого напряжения. В этом положении производят измерение.Вторичное поле наводит ЭДС на горизонтальной и вертикальной катушках 5 ( LS ) При этом величина ЭДС на горизонталь ной 5 (L у) приемной антенны равна VJlwUj -COSd, так как катушки Зи4 имеют равную индуктивность и включены встречно, и на вертикальной катушке WwL а их отношение |ь1Ч) - tQJd ак как 1.5 U{j где К - коэффициент пропорциональности, 7 - ток в катушке, ио - частота тока возбуждения, а f --расстояние от прие ных катушек до металлопровода. Но tqJcL vp . Де О - расстояние между центром возбуждающей катушки и центро вертикальной приемной катушки, f - гл бина залегания металлопровода, отсюда Vi S , т.е. глубина залегания металлохфовода пропорциональна отношению напряжений горизонтальной и 64 вертикальной катушки. Напряженна горизонтальных 3, 4 и 5 и вертикальной 6 катушек после усиления соответствеыво первым и вторым усилителями 7, 8 и детектирования соответствующими влтпя- тудными детекторами 11 и 12 подают на вход делителя 23 напряжения, на выходе которого получают напряжение, пропорциональное глубине залегания кабеля (Uy,). Одновременно напряжение выхода первого усилителя 7 подают на вход второго усилителя-ограничителя 19, которое после усиления и ограничения подают на измерительный вход фазочувс-геительного детектора 25,-на опорный вход которого подают напряжение с выхода генератора 1 через второй фазо- . вращатель 17 и первый усилитель-огра- ничитель 18, на выходе фазоврашателы ного детектора 25 получают напряжение, пропорциональное разности фаз между напряжением генератора и напряжением, созданным за счет вторичного тока металлопровода. Сдвиг фаз обусловлен тем, что вторичное электромагнитное поле, создаваемое металлами с магнитными свой- ствами, отстает на 90, а немагнитными опережает на напряжение генератора 1. По величине и знаку сдвига фаз определяют,какой тип металла использован Б металлопроводе. При сочетании магнитных и немагнитных металлов сдвиг фаз составляет-t- 7 Ч -$-. Одновременно напряжение с выхода первого усилителя 7 подают на первый вход первого сумматора 20, на второй вход которого подают напряжение с выхода второго усилителя 8 через фазовращатель 16. Выходное напряжение этого сумматора равно Ug - . Ц - J где гг -. масса металлопровода, и которое детектируют третьим амплитудным детектором 13 и подают на вход умножителя 22, на второй вход умножителя подают напряжение, равное сумме напряжений 0 i пропорциональное квйдрату глубины залегания металлопровода, и UQ , пропоршональное а j задаваемое источни- ком постоянного напряжения. Такую сумму напряжений получают на выходе второго сумматора 21, один из входов которого соединен с выходом квадратора 24, а другой вход - с выходом источника 31 постоянного напряжения. Выход второго сумматора 21 подключен второму входу умножителя 22. :7 На выходе ук1ножитепя получают напряжение. -Kftp -ltnnawL , величина которого не зависит от расст ния до металпопровода. При постоянных значениях величин 4,3,10,1, величина напряжения зависит только от массы металлопровода. Измерительный прибор 28позволяет контролировать положени металлоискателя относительно металлопровода, как указывалось, и производимые измерения при подключении переключателя ЗО в соответствующее положение. Положительный эффект предлагаемог устройства состоит в том, что оно поз воляет повысить скорость измерения пр одновременном повышении точности эти измерений за счет обеспечения одновре менного измерения глубины залегания металлопроводов, его массы и магнитных свойств металлопровода, т, е, соотношения магнитных и немагнитных металлов в металлопроводе. Кроме того, устройство позволяет отличить заранее измеренный по этим параметрам металлопровод от других, расположенных в данном районе, а при наличии вставок металла, отличающихся от основного металла магнитными свойствами или массой, определить их местоположение. Формула изобретени Металлоискатель, содержащий совме щенную индукционную систему, состоящ вз возбуждающей катушки, расположенн горизонтально, приемной антенны, вьшо .ненной в виде трех последовательно включенных и горизонтально расположенных, катушек, две из которых установлены параллельно возбуждающей, имеют одинаковые индуктивности и вкл чены встречно, а третья установлена н продолжении оси возбуждающей катушки и одной вертикально расположенной каоушки, двух последовательно соединенных катушек ориентации индукционной системы, установленных вертикально, иентры осей которых р)асположены в горизонтальной плоскости, проходящей через ось возбуждающей катущки, а плоскость, проходяшАя через оси вертикально установленных катушек ориентации индукционной системы, перпендику16лярна оси возбуждающей катушки, а, также генератор переменного напряжения, подключенный к возбуждающей катушке, и усилительно-измерительный блок, отличающийся тем, что, с целью расширения функхшонаяьных возможностей за счет измерения массы и типа металла, повышения скорости и точности измерений, ус,илительно-измерительный блок выполнен в виде четырех усилителей, двух фазовращателей, пяти амплитудных и одного фазочувствительного детекторов, двух усилителей-ограничителей, двух сумматоров, делителя напряжения, квадратора, умножителя, источника постоянного напряжения, измерительного прибора, переключателя и регистрирующего устройства, причем выходы горизонтальных и вертикальной катушек приемной антенны через первые и вторые усилители и амплитудные детекторы.соединены с входами делителя напряжений, при этом выход одного из указанных усилителей соединен с первым входом первого сумматора непосредственно, а выход другого - с вторым входом первого сумматора через первый фазовращатель, выход генератора переменного напряжения соединен через второй фазовращатель и первый усилителг ограничитель с опорным входом фазочувс-геительного детектора, измерительный вход которого соединен через второй усилитель-ограничитель с выходом первого усилителя, а выход - с первым входом регистрирующего устройства и первым контактом переключателя, выход первого сумматора соединен через третий амплитудный детектор с первым входом умножителя, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, соединенного первым входом с источником постоянного напряжения и вторым входом с выходом квадратора, вход которого соединен с выходом делителя напряжения, вторым входом регистрирующего устройства и вторым контактом переключателя, выход умножителя соединен с третьим входом регистрирующего .ус- ройства и третьим контактом переключателя, четвертый контакт которого соединен через че1вертый амплитудный детектор и третий усилитель с выводом первой катушки ориентации, пятый контакт переключателя соединен с общим вьшо- дом катушек ориентации через пятый амплитудный детектор и четвертый усилитель, вывод второй катушки ориентахши соединен с вторыми входами третьего

о911416iO

и четвертого усилителей, а измеритель-1. Патент Великобритании

ный прибор соединен с общим контактом№ 1540235, кл, G 1 N , опублик. 1979.

переключателя.2. Авторское свидетельство СССР

Источники информации,по заявке h)b 2827663/18-25,

принятые во внимание при экспертизе 5 кл. 5 O1V 3/1О, 09.1О.79 (прототип).

Фиг. 1

фиг. 2

гг

иг.З