Sergey_P писал(а):
Изначально Фишеры делали 2-х частотными для поиска в сол.воде, т.к её фазовый отклик близок к 0гр и при смене частот не сильно изменяется, а дискриминацию (цвет/чермет) делали от низкочастотного канала. Это позволило сделать приборчик для подводного поиска, но не устранило влияние Грунта.
Последующие многочастотники пошли по более простому пути: на разных частотах с датчиком одного и того же размера, получить оптимальные условия для приема откликов от целей, отличающихся по размеру, в различном по физическому составу грунте. Для более корректного правдоподобия наличия Цели даже был введен режим корреляции (перемножения) между частотными каналами. Каждый из каналов настраивался на подавление сигнала грунта индивидуально как обычный одночастотник фазовым методом.
Вадим писал(а):
Другими словами, вы предлагаете многочастотность в основном для увеличения спектра целей за один проход датчиком, а работу с грунтом предлагаете отставить в сторону.
"А я вам так скажу, ...Оля хочет вместо мерса бэху, от того что просто делать..., ...а я вот езжу на пежо и не жужжу."
Короче, сравнительные данные. Импульсник по схеме "Пират" имеет большее чутьё в медном секторе, чем по схеме "Сюрфмастера". Одночастотный балансник на частоте около 20КГц имеет большее чутьё в грунте в медном секторе, чем "Пират" и примерно равномерное чутьё по всем секторам. Может не стоит применять многочастотность для расширения чувствительности к мелким целям, а пробовать другие варианты улучшения равномерности чутья в разных секторах?! Тем более что существуют вполне рабочие варианты.
Ну хорошо , давайте рассудим логически - для чего нам в принципе может понадобиться "двухчастотность" , и чем две частоты могут в принципе быть лучше одной , особенно в присутствии грунта ? Начнём с одной частоты - при наличии металла рядом с балансным датчиком мы получаем сигнал , имеющий 2 параметра - амплитуду и фазу . Если использовать только амплитуду - то вообще ничего делать не надо , достаточно слушать сигнал в наушниках
. Но тогда прибор вообще никак не различает сигнал от металла и грунта , как и не может различать металлы и размеры целей . То есть получается "all metal" в идеальных условиях
. Чтобы получить дискриминацию , нам надо измерять
фазу ... тут уже надо усложнить схему - добавить два синхронных детектора , и получить от них два сигнала - они обычно называются X и R , и соответствуют двум координатам вектора сигнала цели . Что это нам даёт - можно увидеть , например , на известной картинке из статьи мистера Кэнди ( Metal detector , basics and theory - есть в сети ) . У каждого металлического предмета есть своя постоянная времени ( time constant , T ) и соответственно можно определить "характеристическую частоту" для предмета ( F=1/(2*pi*T) ... и из картинки сразу видно , как сигналы X и R зависят от отношения Ft/F . Когда Ft много меньше F - оба сигнала близки к нулю , так как вихревые токи затухают очень быстро ( намного быстрее периода колебаний ) . Когда Ft много больше F - сигнал R близок к нулю , зато сигнал X достигает максимума ( затуханием вихревых токов за время периода можно пренебречь , предмет становится "идеальным диамагнетиком" ) . Когда Ft=F , сигнал R максимален . Но это для цветных целей , а для чёрных ( ферромагнитных металлов ) - я там нарисовал график для сигнала X ( чёрная линия ) , из него видно , что при Ft<<F сигнал X не стремится к нулю , а меняет знак . Это происходит из-за того , что при малых частотах передатчика проводимость цели имеет мизерное влияние ( из-за быстрого затухания вихревых токов ) , и на первый план выходит
магнитная проницаемость цели - которая теперь даёт сигнал не нулевой ( как для цветного металла ) , а обратной полярности . На высоких же частотах поведение чёрных и цветных целей практически одинаково - просто потому , что вихревые токи текут тогда только по поверхности ( скин-эффект ) , и поле не проникает глубоко в металл , металл не может проявить свои магнитные свойства . В принципе , этого достаточно , чтобы при отсутствии ферромагнитного грунта , измеряя отношение X и R получить как определение ( приблизительное ) постоянной времени цели (T) , так и дискриминацию "чёрный-цветной" ...
Но вот когда появляется ферромагнитный грунт - ситуация опять ухудшается
Феррит даёт мгновенный отклик , и значит , его сигнал в канале X .... и так как при тяжёлом грунте сигнал может превосходить сигнал от слабой цели - канал X оказывается "забит" помехой и не может быть использован . Конечно , возможны разные "ухищрения" с последетекторными фильтрами , позволяющими в некоторых случаях отделить грунт от цели , но мы пока отставим их в сторону , и будем рассматривать статическое приближение . Итак , что мы можем сделать ? Самое очевидное решение - это точно настроить фазу , чтобы сигнал от феррита не попадал в канал R - и использовать этот канал для обнаружения металла , канал же X игнорировать . При этом мы вместо двух каналов информации о цели опять имеем один , и теряем измерение Т и дискриминацию
Как нам теперь улучшить ситуацию ?
И вот тут мы опять усложняем схему и вводим 2 частоты , назовём их F1 и F2 ( F2>F1 ) , соответственно на приёме у нас будут 4 параметра - X1 , R1 , X2 , R2 . Для обнаружения металла ( без дискриминации ) - у нас теперь есть каналы R1 и R2 , в каждом из которых есть сигнал цели . Так что мы возьмём их сумму и пустим на дальнейшую обработку - сигналы при этом сложатся линейно , а шумы и некоррелированные помехи в каналах - среднеквадратично , значит , мы можем получить ещё и выигрыш в отношении сигнал/шум
. А что у нас в каналах X ? Феррит ( как и ферромагнитный грунт ) даёт отклик в обоих каналах , так что мы можем так откалибровать их , что отклик от феррита станет
равным в обоих каналах , и если взять их разность - она будет равна нулю как в покое , так и в присутствии феррита . Ну а что с металлами ? Если посмотреть на всё тот же график , то станет понятно - при росте частоты отклик цветного металла в канале X монотонно растёт с частотой , значит - при появлении металла около катушки разность (X2-X1) станет положительной . То есть , в этой разности тоже появляется положительный сигнал цели .... а отсюда какой вывод ? Да такой , что надо эту разность сложить с суммой каналов R ( там ведь тоже положительный отклик ) . В результате , в канале обнаружения должна усиливаться ( и фильтроваться ) такая функция каналов - ( R1+R2+(X2-X1)) . С обнаружением вроде всё ...
Что же касается второй задачи металлоискателя - измерения постоянной времени цели (Т) - то тут у нас ( благодаря большему количеству каналов с информацией ) появляются возможности , которых не было у одночастотника . В самом деле , из графика видно , что сигнал в канале R достигает максимума тогда , когда "характеристическая частота" цели (F) равна частоте передатчика , в прочих случаях она будет меньше . А из этого следует , что например если частота F близка к частоте F1 , то R1>R2 . Если близка к F2 , то R1<R2 , если где-то посередине - то R1=R2 ... иначе говоря , если мы вычислим отношение R1/R2 , то по нему можно с приемлемой точностью судить о постоянной времени цели , притом как в отсутствии , так и в присутствии грунта . Это верно потому , что каналы X , поражённые помехой от грунта - для этого не используются . Зависимость там , конечно , получается нелинейная - но в цифре это всё нетрудно вычислить ... да впрочем , и в аналоге тоже можно
Теперь самый интересный ( животрепещущий ) вопрос - дискриминация чёрный-цветной . Что мы можем сделать тут , используя 2 частоты ? Опять же ( в который раз
) посмотрим на график . Как мы уже заметили выше - для цветного металла сигнал в канале Х монотонно растёт с частотой ... притом , снизу он ограничен 0 , сверху 1 . Отсюда вывод - разность между двумя точками на этой кривой , в нашем случае это (X2-X1) , всегда положительна и никогда не может превысить 1 . На практике , для разных целей , мы можем ожидать значение , близкое к 0,5 - более точно это могут показать эксперименты с реальными целями и частотами передатчика . А что , например , насчёт суммы (R1+R2) ? Так как максимум у каждого R положителен и равен 0,5 , то и эта сумма не может превысить 1 ... и так же можно считать , что в среднем будет получаться число около 0,5 - так как если R1 около максимума , то R2 "где-то далеко" , и наоборот ... в общем , если мы вычислим значение частного (X2-X1)/(R2+R1) , то значение его будет примерно около 1 . А если металл ферромагнитный ? А вот тогда разность X2-X1 может стать и больше 0,5 . В самом деле - сверху у нас тот же предел ( 1 ) , но при понижении частоты сигнал X меняет знак ( чёрная линия на графике ) - то есть ожидаемая разность очевидно будет больше . Так что у нас появляется такой критерий распознавания чёрный-цветной , а именно - если значение выражения (X2-X1)/(R2+R1) примерно равно 1 , то металл цветной , если значительно больше - то чёрный . Границу между ними можно опять же установить экспериментально , для реальных частот и целей .... При этом ферромагнитный грунт опять же влиять не будет - просто потому , что значение (X2-X1) не будет меняться в присутствии феррита , феррит ведь даст равную добавку к X в каждом канале , и эти добавки в разности сократятся . Для соблюдения этого , разумеется , нам необходимо обеспечивать хорошую линейность в наших каналах приёма вплоть до выхода демодуляторов , но это уже вопрос схемотехнический ...
В общем , если бы я взялся делать двухчастотный прибор - я бы пошёл примерно в таком направлении .
Вложение:
R-X_black.jpg